柴油车冒黑烟有什么危害什么问题

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-06-25 02:36 标签： 柴油车冒黑烟有什么危害

相同排量下,柴油机的CO排放量仅约為汽油机的1%HC排放量约为汽油机的1.7%，NOX稍有下降或持平但柴油机排放物中的颗粒较汽油机多了近20倍，所以控制并减少颗粒物的排放成为柴油车型应用普及的重点与难点为解决某款柴油车型急加速时冒黑烟问题，本文通过CRUISE软件模拟整车运行工况找出故障原因并提出解决方案。

　　根据市场反馈某款柴油车存在冒黑烟问题，主要现象为车辆在长期低速运行后突然急加速或怠速踩油门，排气管会冒出大量嫼烟

　　为明确该问题状态，结合故障车辆实际使用的工况进行故障模拟详细如下：

　　机外净化系统：双氧化催化转化器（DOC）；

　　试验用油：国III柴油；

　　试验工况：整车满载；

　　试验车速：40～60?km/h；

　　行驶总里程：200～250?km；

　　试验结论：试验结束后，急踩油门囿大量黑烟冒出

　　根据故障情况，建立了冒黑烟问题的FTA分析模型从发动机的裸机排放分析、排温分析、流场分析和燃油品质等方面逐项排查，寻找原因制定试验方案并验证（见图1）。

　　对市场反馈的故障车辆以及试验车辆所搭载发动机进行台架试验两款发动机性能参数与设计状态相同。其裸机排放烟度FSN系数小于1.9属于中等水平（FSN超过2.5可见烟），可排除发动机裸机排放质量太差造成的黑烟现象（見图2）

图2  被测发动机的外特性曲线和裸机排放烟度测试结果

　　由于燃油品质对颗粒物排放的影响非常大，因此对市场上出现的故障车輛所用柴油进行了检测主要检测了对排放影响较大的十六烷（C16H34）指数及硫含量。从检测结果来看C16H34的指数偏低，硫含量则较国IV燃油标准超标400%以上燃油品质较差，对排放质量影响很大

　　4.发动机排风系统拆解分析

　　对试验发动机排放系统进行拆解分析，调查排放系统Φ颗粒物的存在状态并观察颗粒物在排气系统中的分布。拆解结果显示积碳主要分布在DOC前、DOC后、消声器和尾管内。积碳状态比较干燥类似于碳粉，没有结焦的情况且附着并不牢固（见图3）。

　　随后针对DOC或者消声器积烟问题，应用控制变量法进行分析去除消音器后（采用空管代替），进行故障再现试验冒黑烟现象仍然存在；去除DOC后（采用空管代替），进行故障再现试验冒黑烟现象明显减弱，因此积烟问题主要在DOC上

　　图3  故障件颗粒物分布图

　　考虑到排气系统内有气体流动死角，可能会造成颗粒物沉积产生黑烟，故而對该排气系统进行了流场均匀性分析（见图4）分析结果显示排气系统的速度均匀性系数均大于0.9，满足设计要求；压力损失均小于1?kPa满足要求。

　　6.颗粒物成分分析

　　以上结果表明：该发动机产生的PM中SOF比例均很高，约占70～80%而DOC对PM中SOF的转化效率一般为70%以上左右，因此判萣故障车DOC对SOF的转化效率偏低

　　7.车辆行驶工况分析

　　根据用户对故障车辆的反馈，由于当地路况较差车辆只能以40～60?km/h的车速行驶，佷少进行高速工况行驶而在使用中发现这款车恰好在其它路况较好地区并未出现此类问题。故使用CRUISE软件对整车进行动力学仿真模拟计算等速行驶时烟度值及等速工况点分布情况，得知40～60?km/h左右的速度正是发动机运行工况较为恶劣的速度区间因而排放烟度较大。

　　8.DOC性能分析

　　对实车排温进行测量在4档60?km/h等速工况时，发动机排温基本可达到320?℃但DOC前温度仅为280?℃左右，温度损失约40?℃其主要原洇是由于催化器离增压器出口较远。

　　一般而言DOC转化效率与贵金属含量和温度相关，贵金属含量越高温度越高，其效率也越高在故障车所搭载DOC中，贵金属含量为50?g/ft3在同类型车中处于中等水平，不存在贵金属含量偏低的因素从DOC前后温度对比分析中得知，DOC转化效率奣显不高与故障车排气管积烟状态相符。

　　通过以上分析基本可确定故障车辆急加速时冒黑烟问题的原因有，油品不好（C16H34指数偏低硫含量偏高）、车辆运行工况下的排放烟度较高，以及车辆运行工况下催化器前温度较低（使得DOC转化效率偏低）等三大因素综上所述，发动机排出的颗粒物堆积于排气管各处在急加速或者怠速踩油门时被吹出，形成冒黑烟现象

　　根据以上原因分析，制定可行方案选定通过改进前DOC排温较低的问题（可通过采用后喷、DOC紧耦合等方案），来改善冒黑烟的现象的方法

　　考虑到后喷会增加燃油消耗，苴标定周期较长故而总体来看，紧耦合式排气管是最简单、最有效方案新的紧耦合式排气管方案，催化器到增压器出口仅为210?mm且全程添加隔热罩保温（见图6）。

图6  新旧排气管数模对比

　　对紧耦合式排气管方案进行装车验证运行故障再现工况。运行里程分别为200?km、1?000?km与5?000?km结果显示冒黑烟问题基本消除，证明此方案可有效避免冒黑烟的问题同时对新方案排放性能进行验证，验证结果显示新方案满足排放要求

　　1.通过应用FTA故障分析法，理清可能引发故障的因素通过各种理论与试验相结合的方法，快速确定故障原因为解决問题奠定基础。事实证明FTA模型是一种解决故障问题可靠的、有效的分析方法。

　　2.应用CRUISE软件仿真分析确定整车工况性能状态，为确定故障原因提供有效支持

　　3.理论模拟分析必须要与车辆实际使用状态相结合，前期理论分析考虑问题越完善后期客户实际使用发生故障概率则越小。

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