Ξ柴油车微粒捕捉器再生控制策略资新运1,宁智2,张春润1,贺宇1,王宪成3(1.军事交通学院汽车工程系,天津300161;2.北方交通大学机电学院,北京100081;3.大连理工大学,辽宁大连116023)摘要:对柴油车微粒捕捉器的各种再生控制方法进行了比较分析,并对背压控制方法进行了试验研究。利用背压模拟装置替代微粒捕捉器,研究了排气背压对YC6108柴油机的动力性、燃油经济性、排放和排温等参数的影响,在此基础上讨论了微粒捕捉器定背压再生控制方法的可行性及控制限值。首次提出利用排气温度对背压控制方法进行修正,以保证捕捉器在正确的时机进行再生。关键词:柴油机;微粒捕捉器;再生控制:文献标识码:ATK421.5体来改变排气背压。但是如果要深入研究不同工况下背压对柴油机性能的影响,使用这种方法的工作量和时间消耗是相当大的,而且背压难以稳定在某一值进行重复试验测量。因此本文在排气管中安装了一蝶形阀,控制蝶形阀的开度便可产生所需的排气背压。这种方法不仅简单,而且产生的背压非常稳定。试验中所用的柴油机为YC6108柴油机。为了便于说明问题,研究中有关排气背压对油耗、功率及排放的影响都是以百分比的形式给出。由于波许烟度与微粒量不是线性关系,因此波许烟度变化的百分比并不能真实地反映微粒量的变化。为此,研究中先利用经验公式将波许烟度转换为微粒的质量浓度,然后再计引言在各种柴油机微粒捕捉器再生技术中,除连续再生外,都要对再生时机进行判断,即进行再生控制。再生控制系统是微粒捕捉器不可缺少的部分。确定再生时机须考虑两方面因素:一是微粒沉积所引起的排气阻力对柴油机性能的影响;二是微粒沉积量对再生过程的影响。理论上,过滤体中微粒的沉积量是用来判断再生时机最为直接的参数,但实际上微粒沉积量难以测量,因而大多采用其它方法对再生时机进行判断。最为普遍的方法是以柴油机排气背压作为判据1,此外,燃油消耗量也可大致反映捕捉器微粒沉积量的多少。对于排气背压控制方法,在一般的文献中,都是直接给出再生控制的背压值,而未作解释。不同的文献给出的排气背压值也有较大的差异2～4。大多数研究者是根据背压、柴油机转速以及负荷三者之间的关系来决定是否需要进行再生,也有一些研究者根据背压是否达到某一规定值来判断是否再生。本文从柴油机的动力性和燃油经济性在微粒捕集过程中的变化排气背压对柴油机动力性和经济性的影响在过滤体的过滤过程中,随着微粒沉积量的增加,排气阻力会不断上升。如果排气背压过高,会导致燃烧恶化,从而对油耗、动力性和排放产生影响。一般认为微粒捕捉器对柴油机燃油消耗和动力性的影响不应超过5%。图1为柴油机转速1800rƒmin(最大扭矩转速)时、不同负荷下,排气背压对柴油机动力性的影响程度。从图中可以看到,不同负荷下,柴油机功率下降与排气背压基本上成正比。全负荷时功率下降较小排气背压为35kPa时,功率下降只有3.2%。相对而言,小负荷时,排气背压对柴油机功率的影响较大:排气2试验装置和方法要研究排气背压对柴油机性能的影响,必须能够在不同工况下改变排气背压。在过滤体过滤过程中,排气背压会因微粒量增加而改变,因此理论上可用过滤1Ξ收稿日期:2000212221;修订日期:2001202219。基金项目:国家自然科学基金(59976001)、清华大学环境科学与工程基金及教育部高等学校国家重点实验室访问学者基金资助项目。作者简介:资新运(1971-),男,博士,副教授,主要研究方向为内燃机燃烧与排放控制。·107·2002年3月资新运等:柴油车微粒捕捉器再生控制策略到35kPa时,功率下降接近12%。的外特性功率下降为2.7%～4.3%,其中最大扭矩点的功率下降2.7%。不同转速下的油耗上升规律与动力性下降规律大致相同,如图4所示。在大负荷工况下,当背压在30kPa以内时,油耗上升在4%以下;而小负荷时,同样的排气背压下油耗的上升却达到了10%左右。在图1排气背压对柴油机动力性的影响Fig.1Theeffectofexhaustbackpressureondieselpower—◆—1800rƒmin,38%负荷—■—1800rƒmin,50%负荷排气背压对柴油机动力性的影响主要体现在两个方面:一是高的排气背压直接造成排气过程消耗的功率增大,使有效输出功率减小;二是导致燃烧室残余气体增多,影响实际的过量空气系数,其性质与热EG...