重型国VI柴油车后处理器温度场研究

李会，徐秀，杨含笑，孙宁辉，刘凡，王强

重型国VI柴油车后处理器温度场研究

李会，徐秀，杨含笑，孙宁辉，刘凡，王强

（陕西汽车控股集团有限公司，陕西 西安 710200）

重型柴油发动机涡轮增压器后的排气温度可以达到530℃左右，考虑发动机到后处理器排气管路的温降，排气到达后处理器后，内部排气温度依然最高可达520℃以上，而其壳体表面温度约为250℃左右，这对于重型车机舱热管理以及整车布置依然是一个不小的挑战。通过对后处理器内部与外部温度在极限工况下进行试验测试，探究其温度场分布及温降趋势，以及隔热措施的效用，研究成果对相关从业人员具有参考意义。

后处理器；温度场；国VI；布置

前言

重型柴油车因其优异的动力性和燃油经济性越来越受到各大主机厂的青睐，但同时因其整车造型以及降风阻的需要，普遍存在布置空间紧凑，机舱散热较差等客观不足。后处理器作为关键的热源之一，国VI法规发布以后，各厂家为了满足排放要求，后处理器均采用双层保温结构，其表面温度从国V阶段的500℃左右降至250℃左右，但由于没有确定的测试数据或者后处理器温度场分布可供参考，在整车进行各系统布置时，很难在布置空间优化、零部件的热损害风险以及隔热措施的合理选用之间取得最优方案。本研究通过对某重型柴油车进行整车热平衡台架试验，测试在极限工况下，后处理器温度场分布、温降趋势以及隔热措施的实际效用。

1 试验装置及方法

1.1 试验装置

本次试验在整车试验台架上进行，通过“水力测功机”连接轴与整车传动轴连接，操作台通过控制水力测功机中水流量的大小来模拟对整车的负载，进而可以将发动机调节至某一工况。整车参数与发动机参数分别参见表 1、表 2。

表1 整车参数

表2 发动机参数

1.2 试验方法

发动机在额定点或扭矩点达到其最极限工况，本次试验通过调节水力测功机，将发动机分别调节到这两种工况，然后通过对比分析这两种工况下后处理器温度场的差异，选择较为恶劣的一个工况进行后处理器温度场研究。

为测试后处理器内部与外部的温度分布，分别在涡轮增压器后排气管、后处理器表面、距离后处理器30、60、160以及距离后处理器30的金属隔热板后布置温度传感器，同时同步采集后处理器DOC_in、SCR_out温度传感器的温度值，分别作为后处理器进、出气口的温度。对应的传感器布置示意图如图1所示。

图1 温度传感器布置示意图

1.3 试验条件

本次试验测试在整车热平衡条件下进行，即冷却风扇直连、节温器常开、空调调到最大冷却、后处理器禁止主动再生。在实际试验过程中发现后处理器周围温度场达到平衡所需的时间要比发动机冷却液热平衡所需的时间更长，所以我们适当延长发动机达到热平衡后的数据采集的时间到600s以上，使发动机舱内温度达到平衡。

2 试验结果及分析

2.1 整车工况分析

按上述试验方法对测试数据进行采集，并制作成图线，功率点和扭矩点的发动机工况数据分别如图 2，图 3所示。

图2 功率点发动机工况数据

图3 扭矩点发动机工况数据

数据显示，本次试验环境温度为25℃，整车达到热平衡以后，功率点和扭矩点发动机冷却液出水温度分别为81℃、83℃，说明扭矩点发动机的热负荷更大。

2.2 排气温度分析

发动机功率点和扭矩点排气温度测试数据分别见图4、图5，提取各测点的有效最高温度，数据见表3。我们可以看到，发动机扭矩点工况下在各测点的排气温度较功率点低约20℃，功率点和扭矩点排气管路的温降分别为5℃、4℃，后处理器内部排气温降均为2℃。

图4 功率点排气温度

图5 扭矩点排气温度

表3 有效最高排气温度数据

2.3 后处理器表面温度

本次试验测试的功率点和扭矩点后处理器表面温度数据分别见图 6、图 7。可以看到功率点和扭矩点的最高表面温度分别为246℃、245℃，表面温度相当。

图6 功率点后处理器表面温度

图7 扭矩点后处理器表面温度

2.4 后处理器温度场分析

综合分析2.1-2.3试验结果，我们发现功率点排气温度较扭矩点高20℃的情况下，而后处理器的表面温度却相当，说明扭矩点发动机舱的热负荷更大，我们这次选取在扭矩点工况下来研究后处理器外部的温度场分布。采集的温度数据如图 8所示，提取各测点的有效最高温度，数据见表4。

分析数据我们发现，距离后处理器表面30mm，温度可迅速从245℃降到101℃，温降较为明显。当距离继续增大，温降幅度显著减小，约为5℃/30mm。增加简单的隔热措施（厚度为3mm的金属板），隔热效果较为明显，同样的间距下较没有隔热措施多降温14.5℃。

图8 后处理器温度场数据

表4 测温点数据表

3 结论

（1）发动机扭矩点工况下，机舱热负荷更大，对于分析后处理器外部的极限温度场更具代表性。

（2）距离后处理器表面较小的间距，温降幅度明显，例如本试验，距离30mm温度可以降到100℃左右，基本满足大部分非金属零部件的耐温要求。继续加大与后处理器的间距，温降不再明显。

（3）简单的隔热措施对于温降有显著效果，在空间不够，或者零部件耐温不满足要求的情况下可考虑使用。

Rearch on Aftertreatment Temperature Field of China VI Heavy Duty Vehicles

Li Hui, Xu Xiu, Yang Hanxiao, Sun Ninghui, Liu Fan, Wang Qiang

( Shaanxi Automobile Holding Group Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200 )

The exhaust temperature after heavy duty engine turboc-harger can rearch 530℃ or so.Considering the tempera -ture drop of the exhaust pipe from the engine to the Aftertreatment,the internal exhaust temperature in Aftertreatment can still exceed 520℃,and thesurface temperature of Aftertreatment is about 250℃,which is still achallenge to the thermal management of the Underhood and the layout of the whole vehicle.Through the ultimate working conditiontest of the inner and outer temperature of the Aftertreatment,we studied the temperature field, temperature drop trend and effect of heat insulation measures.The research results have certain referencesto relevant practitioners.

Aftertreatment device; Temperature field; China VI; Layout

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.025

U464

A

1671-7988(2021)03-83-03

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1671-7988(2021)03-83-03

李会，就职于陕西汽车控股集团有限公司，研究方向：车辆排气系统设计。