柴油-天然气双燃料发动机DPF被动再生策略分析

范小文

（陕西汽车集团有限责任公司，陕西 西安 710200）

柴油-天然气双燃料发动机DPF被动再生策略分析

范小文

（陕西汽车集团有限责任公司，陕西 西安 710200）

∶分析了柴油-天然气双燃料发动机利用DPF处理为降低碳氢排放采用柴油后喷引起的颗粒物问题，并根据其燃烧特性实行再生功能。

∶柴油-天然气双燃料；DPF；被动再生

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.012

CLC NO.: U473Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-31-02

引言

柴油-天然气双燃料发动机是在柴油机为基础机，匹配天然气供气系统及电控喷射系统，使柴油和天然气共同燃烧做功的内燃机。天然气采用电控单点喷射由进气道吸入气缸内，当活塞运行到压缩行程终了时，柴油喷射系统喷入微量柴油，进而引燃天然气进行混合燃烧做功。双燃料发动机因为两种燃料同时燃烧，为满足国家排放标准，采用DOC+DPF的后处理形式，DOC将未燃烧的CH4及THC进行燃烧，并为DPF的再生提供所需温度条件，进而将DPF所捕集的颗粒处理完全。

1、DPF系统结构及基本策略

为实现DPF的再生，对DPF系统的控制手段主要为进气节流（控制节气门开度实现）及柴油系统后喷。通过两者的联合控制可获得较高的排温。高排温这一特性对排放具有两方面的影响。首先，通过较高的排气温度，使DOC系统具有较高的转化效率，降低CH4及THC排放。其次，通过提高排气温度，使DPF系统再生，以避免堵塞。柴油-天然气双燃料发动机采用的DPF结构如下图1所示。

图1　系统结构图

2、DPF系统再生条件

该系统通过壁流式DPF载体对发动机（双燃料柴油机）排放的颗粒进行捕集，捕集效率＞95%。同时，未燃烧的HC在DOC内氧化，进一步提高排气温度。DPF系统主要通过控制排温进行再生，当排气温度＞400℃时，捕集的颗粒进行再生，再生效率达到90%。

3、发动机运行工况

3.1发动机ESC试验排温数据

发动机ESC试验排温数据如下表1。

表1

整理后对应的转速/负荷－排温关系如下图所示。如图2所示，ESC试验中测试的1300rpm至2000rpm，所有负荷下的排温都较高，基本都位于450℃至500℃之间，最低排温为442℃。

图2

3.2发动机ETC试验排温数据

发动机ETC试验数据如下图3所示。

图3

ETC试验中各工况下扭矩－排温对比关系如下图4所示。可见在ETC试验中全转速范围内，无论负荷如何变化，排温都维持在较高水平，处于450℃－550℃之间，且主要分布于450℃－500℃之间。这与ESC试验结果一致。

4、DPF再生工况分析

如前所述，双燃料发动机可通过调节节气门开度控制进气流量，当进气流量较低时可获得相对较高的排温。更进一步采用柴油后喷技术直接提高排气温度。以上两项技术的应用确保了发动机全工况都具有较高的排温。

ESC及ETC的试验数据也印证了上述观点。在ETC及ESC试验中，双燃料发动机常用运行工况排温都大于400℃。因此，无需DPF系统主动喷油再生，只需依靠发动机后喷柴油即可满足排气温度大于400℃的要求，实现被动再生。

5、OBD保护策略

本控制系统中针对DPF压差传感器进行了故障监测。合理性故障及其对应措施如下表所示。当DPF系统压差过大时，发动机将进行限扭。这一措施将可靠的保护DPF系统，并及时提醒驾乘人员进行故障处理。

[1] 李志军,付晓光,吕筱萍，等.柴油/ CNG双燃料发动机排放性能的试验研究.内燃机学报, 2003(2)-21.

[2] 王军,王继卫,等.CNG/柴油双燃料车用发动机排放特性研究.汽车工程,2004(1)-26.

[3] 张沛,黎辉,马长友.柴油/CNG双燃料汽车发动机的性能研究.机械设计与制造,2009（11）.

Diesel fuel-natural gas dual fuel engine DPF passive regeneration strategy analysis

Fan Xiaowen
（Shaanxi Automobile Group Co., Ltd., shaanxi Xi'an 710200）

Analysis of diesel fuel - natural gas dual fuel engine using DPF after the process is used to reduce hydrocarbon emissions of diesel particulate matter problems caused by the spray, and regeneration function according to its combustion characteristic.

Diesel fuel-natural gas dual fuel; DPF; Passive regeneration

∶U473

∶A

∶1671-7988 (2016)09-31-02

范小文（1981—），男，助理工程师，就职于陕西重型汽车有限公司，从事汽车研发。