李會(huì)，徐秀，楊含笑，孫寧輝，劉凡，王強(qiáng)

重型國(guó)VI柴油車后處理器溫度場(chǎng)研究

李會(huì)，徐秀，楊含笑，孫寧輝，劉凡，王強(qiáng)

（陜西汽車控股集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710200）

重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器后的排氣溫度可以達(dá)到530℃左右，考慮發(fā)動(dòng)機(jī)到后處理器排氣管路的溫降，排氣到達(dá)后處理器后，內(nèi)部排氣溫度依然最高可達(dá)520℃以上，而其殼體表面溫度約為250℃左右，這對(duì)于重型車機(jī)艙熱管理以及整車布置依然是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。通過(guò)對(duì)后處理器內(nèi)部與外部溫度在極限工況下進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，探究其溫度場(chǎng)分布及溫降趨勢(shì)，以及隔熱措施的效用，研究成果對(duì)相關(guān)從業(yè)人員具有參考意義。

后處理器；溫度場(chǎng)；國(guó)VI；布置

前言

重型柴油車因其優(yōu)異的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性越來(lái)越受到各大主機(jī)廠的青睞，但同時(shí)因其整車造型以及降風(fēng)阻的需要，普遍存在布置空間緊湊，機(jī)艙散熱較差等客觀不足。后處理器作為關(guān)鍵的熱源之一，國(guó)VI法規(guī)發(fā)布以后，各廠家為了滿足排放要求，后處理器均采用雙層保溫結(jié)構(gòu)，其表面溫度從國(guó)V階段的500℃左右降至250℃左右，但由于沒(méi)有確定的測(cè)試數(shù)據(jù)或者后處理器溫度場(chǎng)分布可供參考，在整車進(jìn)行各系統(tǒng)布置時(shí)，很難在布置空間優(yōu)化、零部件的熱損害風(fēng)險(xiǎn)以及隔熱措施的合理選用之間取得最優(yōu)方案。本研究通過(guò)對(duì)某重型柴油車進(jìn)行整車熱平衡臺(tái)架試驗(yàn)，測(cè)試在極限工況下，后處理器溫度場(chǎng)分布、溫降趨勢(shì)以及隔熱措施的實(shí)際效用。

1 試驗(yàn)裝置及方法

1.1 試驗(yàn)裝置

本次試驗(yàn)在整車試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行，通過(guò)“水力測(cè)功機(jī)”連接軸與整車傳動(dòng)軸連接，操作臺(tái)通過(guò)控制水力測(cè)功機(jī)中水流量的大小來(lái)模擬對(duì)整車的負(fù)載，進(jìn)而可以將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)至某一工況。整車參數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)分別參見(jiàn)表 1、表 2。

表1 整車參數(shù)

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

1.2 試驗(yàn)方法

發(fā)動(dòng)機(jī)在額定點(diǎn)或扭矩點(diǎn)達(dá)到其最極限工況，本次試驗(yàn)通過(guò)調(diào)節(jié)水力測(cè)功機(jī)，將發(fā)動(dòng)機(jī)分別調(diào)節(jié)到這兩種工況，然后通過(guò)對(duì)比分析這兩種工況下后處理器溫度場(chǎng)的差異，選擇較為惡劣的一個(gè)工況進(jìn)行后處理器溫度場(chǎng)研究。

為測(cè)試后處理器內(nèi)部與外部的溫度分布，分別在渦輪增壓器后排氣管、后處理器表面、距離后處理器30、60、160以及距離后處理器30的金屬隔熱板后布置溫度傳感器，同時(shí)同步采集后處理器DOC_in、SCR_out溫度傳感器的溫度值，分別作為后處理器進(jìn)、出氣口的溫度。對(duì)應(yīng)的傳感器布置示意圖如圖1所示。

圖1 溫度傳感器布置示意圖

1.3 試驗(yàn)條件

本次試驗(yàn)測(cè)試在整車熱平衡條件下進(jìn)行，即冷卻風(fēng)扇直連、節(jié)溫器常開(kāi)、空調(diào)調(diào)到最大冷卻、后處理器禁止主動(dòng)再生。在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)后處理器周圍溫度場(chǎng)達(dá)到平衡所需的時(shí)間要比發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液熱平衡所需的時(shí)間更長(zhǎng)，所以我們適當(dāng)延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到熱平衡后的數(shù)據(jù)采集的時(shí)間到600s以上，使發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)溫度達(dá)到平衡。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 整車工況分析

按上述試驗(yàn)方法對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并制作成圖線，功率點(diǎn)和扭矩點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)工況數(shù)據(jù)分別如圖 2，圖 3所示。

圖2 功率點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)工況數(shù)據(jù)

圖3 扭矩點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)工況數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)顯示，本次試驗(yàn)環(huán)境溫度為25℃，整車達(dá)到熱平衡以后，功率點(diǎn)和扭矩點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液出水溫度分別為81℃、83℃，說(shuō)明扭矩點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷更大。

2.2 排氣溫度分析

發(fā)動(dòng)機(jī)功率點(diǎn)和扭矩點(diǎn)排氣溫度測(cè)試數(shù)據(jù)分別見(jiàn)圖4、圖5，提取各測(cè)點(diǎn)的有效最高溫度，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。我們可以看到，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩點(diǎn)工況下在各測(cè)點(diǎn)的排氣溫度較功率點(diǎn)低約20℃，功率點(diǎn)和扭矩點(diǎn)排氣管路的溫降分別為5℃、4℃，后處理器內(nèi)部排氣溫降均為2℃。

圖4 功率點(diǎn)排氣溫度

圖5 扭矩點(diǎn)排氣溫度

表3 有效最高排氣溫度數(shù)據(jù)

2.3 后處理器表面溫度

本次試驗(yàn)測(cè)試的功率點(diǎn)和扭矩點(diǎn)后處理器表面溫度數(shù)據(jù)分別見(jiàn)圖 6、圖 7?？梢钥吹焦β庶c(diǎn)和扭矩點(diǎn)的最高表面溫度分別為246℃、245℃，表面溫度相當(dāng)。

圖6 功率點(diǎn)后處理器表面溫度

圖7 扭矩點(diǎn)后處理器表面溫度

2.4 后處理器溫度場(chǎng)分析

綜合分析2.1-2.3試驗(yàn)結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)功率點(diǎn)排氣溫度較扭矩點(diǎn)高20℃的情況下，而后處理器的表面溫度卻相當(dāng)，說(shuō)明扭矩點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)艙的熱負(fù)荷更大，我們這次選取在扭矩點(diǎn)工況下來(lái)研究后處理器外部的溫度場(chǎng)分布。采集的溫度數(shù)據(jù)如圖 8所示，提取各測(cè)點(diǎn)的有效最高溫度，數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

分析數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)，距離后處理器表面30mm，溫度可迅速?gòu)?45℃降到101℃，溫降較為明顯。當(dāng)距離繼續(xù)增大，溫降幅度顯著減小，約為5℃/30mm。增加簡(jiǎn)單的隔熱措施（厚度為3mm的金屬板），隔熱效果較為明顯，同樣的間距下較沒(méi)有隔熱措施多降溫14.5℃。

圖8 后處理器溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)

表4 測(cè)溫點(diǎn)數(shù)據(jù)表

3 結(jié)論

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩點(diǎn)工況下，機(jī)艙熱負(fù)荷更大，對(duì)于分析后處理器外部的極限溫度場(chǎng)更具代表性。

（2）距離后處理器表面較小的間距，溫降幅度明顯，例如本試驗(yàn)，距離30mm溫度可以降到100℃左右，基本滿足大部分非金屬零部件的耐溫要求。繼續(xù)加大與后處理器的間距，溫降不再明顯。

（3）簡(jiǎn)單的隔熱措施對(duì)于溫降有顯著效果，在空間不夠，或者零部件耐溫不滿足要求的情況下可考慮使用。

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

李會(huì)，就職于陜西汽車控股集團(tuán)有限公司，研究方向：車輛排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。