柴油稀释和DPF远后喷策略控制优化

苏新宇 薛志祥 李哓平

摘 要：柴油機因其具有功率大、燃油消耗少、维修简单等诸多优点，被广泛引用于汽车行业。柴油机DPF为满足排放标准的必要手段，DPF的再生通常采用远后喷再生技术。但利用远后喷进行DPF再生会导致燃油对机油的稀释问题。为解决DPF远后喷再生时产生的机油稀释问题，本研究通过模拟柴油稀释台架试验，分析机油粘度随稀释率变化的关系，确定机油稀释下限以及机油稀释的影响因素及控制方法。通过研究发现：在对发动机DPF远后喷策略的研究中发现，远后喷的开始时刻、结束时刻及再生中断，对发动机排放性能、机油粘度均有较大影响。

关键词：柴油机;机油稀释粘度;DPF;策略优化

一、概述

通过对汽车发动机机油粘度的实验研究以及查阅大量文献发现，发动机的机油粘度对燃油的燃烧效率以及减排效果都有显著的影响[1]。当其他条件不变时，发动机机油粘度越高，越有利于发动机油膜的形成，油模可以有效减小各零件间的摩擦阻力[2];较高的发动机机油粘度也使机油的流动性降低，从而增加各部分的摩擦阻力;发动机机油粘度越低，流动性越好，有效减小各零件间的摩擦阻力，但承载力差，发动机内部油膜易破裂，丧失各部分的润滑作用。通过进一步的分析以下现象：1、发动机机油粘度过大，导致机油流动阻力显著增高，在这种情况下再加之环境温度低，可造成发动机极难启动[3];2、发动机机油粘度过大时，发动机曲轴转动所需要的转矩也会变大，从而造成内燃机运动阻力同步增大，这种情况下也极易造成发动机启动困难;3）发动机机油粘度过小最明显的就是造成机体内油膜厚度不足，致使油模强度差[4]。由于油膜强度被削弱而造成其承载能力差，造成发动机在有负荷的工况下极易丧失油膜，从而造成发动机过度磨损。4）发动机密封性已破坏。发动机机油黏度过小可造成活塞环密封不足，从而造成燃烧室窜气和机油烧失等现象，造成发动机性能下降。根据以上资料以及大量的实验研究表明，仅通过原有的DPF再生后喷策略来控制机油稀释问题已经不能满足现在的减排政策[5]。本研究针对这一现象，对柴油稀释和DPF远后喷策略进行控制优化。

二、实验条件

项目组所在的江苏省清洁能源动力机械应用重点实验室、江苏省摩擦学重点实验室等研究机构，可为本项目的开展提供完整的研究基地保证，项目的顺利实施条件十分成熟。试验设备包括：AVL513DVisioScope可视化试验系统、电力动态测功机YNOROAD202/12、台架试验测控仪PUMATC5、Inca标定系统。

三、实验目的

模拟稀释试验：通过柴、机油掺混模拟DPF再生后喷造成的机油稀释效应，研究不同柴油掺混比例对机油粘度的影响规律，拟合不同牌号机油的粘度随稀释率变化曲线。

台架稀释试验：通过在发动机台架上进行快速机油稀释试验，提取不同试验时刻下油底壳中油品进行分析，研究在不同机油粘度的情况下发动机缸内碳烟的具体数值进行对比，从而获取柴油机内机油稀释对发动机减排效率的真实影响规律。

四、实验过程及分析

模拟稀释试验的实验思路：调整发动机远后喷再生策略，测量发动机机油稀释率，分析远后喷再生策略对机油稀释的影响规律，对再生策略进行优化。

DPF再生控制策略优化中，再生开始判断条件：在再生系统的精密控制下，DOC入口温度一般高于250℃，此时燃油的反应速率较高，反应稳定，油耗较小，尾气污染排放量最低。因此，为达到发动机再生控制的精确进行，一般会采用限制发动机启动转速不高于某一确定值时进行再生。通过研究发现在以下两种情况下进行再生控制可以收到良好的效果。第一种是高速高转矩发动机工况下，由于发动机的高速转动导致在这种情况下发动机的排气温度较高，此时进行再生可以起到很好的减排效果;第二种是发动机在高速高转矩工况下突然变为低速低转矩的工况时，在这种工况下发动机排气温度由于发动机运行状态的改变，在其DOC入口处的温度会急剧下降，可能导致达不到DOC的起燃温度。在此时进行再生时可以明显减少燃油的消耗量，从而达到节能减排的作用。

再生结束时刻选择：再生结束时刻的准确判断对于降低油耗、减少二次污染具有重要意义。借助对各个时刻的DPF积载量进行研究发现，在积载量达到什么程度对发动机进行再生的影响十分重大。本文通过对不同时刻的积载量进行研究发现以下规律，在再生彻底后进行停止喷油时发现，再生过程可以一直进行到积载量几乎为零的程度。分析其原因在于，当这种情况下停止喷油后，由于DPF温度还保持在一定高度，故而该时刻的选择使得再生非常彻底。对再生喷油进行进一步研究发现，提前结束喷油对于降低油耗以及减小积载量也有明显的作用。

再生中断处理：随着升温过程的进行，DOC出口温度越来越高，DOC入口温度和转速的限制越来越宽，即越来越不容易停止再生。然而，有时还会由于工况的剧烈变化使得再生条件不再满足。比如发动机转速升高，此时继续喷油再生则排气会带走大量热量，造成比较严重的二次污染和燃油消耗，因此需要停止再生。停止再生后，转速快速下降到合适再生范围内，此时需要进行判断是否立即继续喷油再生。

五、总结

在对发动机DPF远后喷策略的研究中发现，远后喷的开始时刻、结束时刻以及再生中断，对发动机尾气的净化以及燃油效率均有较大影响。本课题希望，通过本课题的实验分析为今后汽车节能减排的研究提供实验数据以及理论基础。

参考文献：

[1]冀树德，杨天军，刘新华.柴油机油液光谱分析中换油干扰的处理[J].车用发动机，2011（02）：92-95.

[2]陈士玮，李柱国，陈文星.内燃机油液监测参数灰色关联度研究[J].内燃机工程，2005（04）：86-88.

[3]王波，高峰，向卫华.降低内燃机车机油换油量以降低机油消耗[J].内燃机，2011（02）：61-63.

[4]李军.使用润滑油不要一味追求高黏度[J].驾驶园，2007（09）：29.

[5]耿文华，徐志兴.发动机润滑油的选用[J].河北农机，2007（04）：24.