本文分别针对常规气体排放,颗粒物排放,蒸发排放探讨相关的系统应对策略。... 根据环保部最新发布的国六。第六阶段排放要求的主要挑战是常规气体排放限值加严且更新了测试循环并引入了RDE,针对缸内直喷以及气道喷射汽油机都提出了PN以及PM的排放要求,蒸发排放限值加严,OBD诊断要求加严。如图1所示,与国五相比较,国六的b阶段要求的常规气体排放限值降低了约50%。应对国六b阶段的气体排放最大的挑战就是CO,其次是NMHC。本文将分别针对常规气体排放,颗粒物排放,蒸发排放探讨相关的系统应对策略。 图1 中国轻型车排放法规路线图(汽油机)
1.1 降低CO的措施 产生CO的根本原因是混合气过浓,因此为了满足国六的CO排放要求,电喷系统必须尽可能的减少混合气加浓,比如高速大负荷区的加浓保护,瞬态加浓,起动及暖机过程的加浓。如图2所示,为某1.4T进气道喷射发动机(原机满足国五排放)的CO排放曲线(WLTC循环),尤其是在高速大负荷区,由于排气温度过高为了保护催化器,往往会通过加浓混合气来降低排气温度,这种加浓操作会导致CO排放显著增加。图2某1.4T进气道喷射发动机的CO排放曲线(WLTC循环) 为了避免高速大负荷区域混合气加浓,可能的解决措施有:
1.2 降低HC的措施 碳氢排放较高的原因通常是催化器起燃时间太长以及部分燃油未参与燃烧所导致的。通常碳氢排放主要来自于冷机阶段,如图3所示,为某1.5L 自然吸气进气道喷射发动机(原机满足国五排放)的非甲烷碳氢排放曲线(WLTC循环)。图3某1.5L自然吸气进气道喷射发动机的NMHC排放曲线(WLTC循环)降低碳氢排放的措施通常是从优化催化器起燃以及改善燃油雾化着手,常见的降低HC的措施为:
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值得关注的是,国六对GDI发动机和PFI发动机都提出了颗粒排放物的限值要求,而且实际测试也发现有些PFI发动机的PN排放较高(高于国六排放限值)。如图4所示,为某1.4T 进气道喷射发动机(原机满足国五排放)的颗粒排放物曲线(WLTC循环);如图5所示,为某2.0T 缸内直喷发动机(原机满足国五排放)的颗粒排放物曲线(WLTC循环)。图4 某1.4T进气道喷射发动机的颗粒排放物曲线图5 某2.0T 缸内直喷发动机的颗粒排放物曲线(WLTC循环) 2.1 GDI 降低颗粒排放物的措施 颗粒排放物形成的原因是,缸内存在液态油膜或局部较浓区域。通常GDI发动机的PN来源为:
2.2 PFI 降低颗粒排放物措施 研究表明,PFI发动机的PN来源主要为:
由于国六规定的蒸发排放限值更低,测试条件更加恶劣,因此必须改进蒸发排放系统以提高驾驶循环下的冲洗流量。如下图所示,列举了4种蒸发排放控制系统方案。 对于自然吸气发动机,通常采用单回路的冲洗方案,如果想进一步提高碳罐冲洗流量,可以通过增大碳罐控制阀流量、增大碳罐冲洗回路的气管内径以及优化碳罐冲洗匹配数据来实现。 而对于增压小型化发动机,首先应当考虑的方案就是双回路+文丘里管,该方案与单冲洗回路相比,可以让发动机在中大负荷时仍然能够进行冲洗;如果双回路+文丘里管仍然无法满足冲洗流量的要求,则需要考虑采取其他方案,如冲洗泵方案或压力油箱方案;冲洗泵的作用是强制建立外界环境与冲洗管路之间的压差,增大冲洗流量;而压力油箱通常应用于混合动力车辆,当发动机停机时,通过截止阀强制切断油箱与碳罐之间的管路,将燃油蒸气憋在油箱内,当发动机重新运转时再打开截止阀,使油箱内的燃油蒸气进入碳罐,并激活碳罐冲洗控制,将燃油蒸气引入发动机气缸内参与燃烧。 图6 蒸发排放控制系统方案 本文仅仅是针对国六的挑战提出了一些可能的应对策略,而各车企不同发动机、不同车型所面对的问题各不相同,如何在这些可能的应对策略中找出合适的方案,才是更大的挑战。 联合汽车电子有限公司拥有该资料的著作及相关权利,未经权利人许可,不得擅自改编。 |
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