冷機(jī)參數(shù)有哪些_冷機(jī)排放的影響參數(shù)

前言

隨著CN6排放法規(guī)CN6標(biāo)準(zhǔn)的重磅發(fā)布，史上最嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施也逐漸提上日程。當(dāng)前CN6將按a階段和b階段兩階段實(shí)施，其中全國(guó)范圍內(nèi)輕型汽油車的CN6a正式實(shí)施時(shí)間為2020年7月1日，CN6b將于2023年7月1日正式實(shí)施。但是深圳已經(jīng)正式發(fā)布通告，確定于2018年12月31日起提前實(shí)施CN6b，廣州基本確定明年3月1日起實(shí)施CN6b，更多的省市計(jì)劃在明年7月1日起實(shí)施CN6b。表1為CN5與CN6b Ⅰ型試驗(yàn)限值比較，可以看出，相比CN5排放，CN6a階段主要是增加了CO和PN的限值要求和難度，難度較小。但是CN6b的各項(xiàng)排放物要求將在CN6a的基礎(chǔ)上有近30-50%左右的降幅。此外，CN6中還新增了對(duì)N2O和PN這兩類污染物的排放限值要求。為滿足CN6排放法規(guī)的要求，和應(yīng)對(duì)即將到來的實(shí)際道路駕駛循環(huán)測(cè)試（RDE），同時(shí)為了降低開發(fā)成本，提升匹配效率，除了針對(duì)熱機(jī)狀態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)優(yōu)化，我們將冷機(jī)參數(shù)優(yōu)化引入到排放匹配過程。

表1 CN5與CN6b排放限值比較（以一類車為例）

1.冷機(jī)排放的影響

在三元催化器的幫助下，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的大部分氣態(tài)污染物在經(jīng)過各種化學(xué)反應(yīng)之后最終會(huì)以CO2、N2、水蒸氣等形式排入到大氣中。一般當(dāng)催化器達(dá)到其起燃溫度以后，其污染物轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到90%-95%以上。但是在催化器達(dá)到其工作溫度前的這一階段，由于催化器的轉(zhuǎn)化效率較低，將有大量氣態(tài)污染物排入到大氣中。如圖1所示，以CO為例，一般情況下，整車排放除了冷機(jī)下催化器起燃階段會(huì)產(chǎn)生大量排放物以外，其實(shí)在部分瞬態(tài)急加減速工況和部分熱機(jī)穩(wěn)態(tài)工況也會(huì)產(chǎn)生一定量的排放物，但這兩種工況下產(chǎn)生的排放物一般僅占總排放物很少的一部分。因此催化器起燃前這一過程中的排放物情況直接決定了車輛的排放水平，是決定其是否可以通過CN6排放的關(guān)鍵影響因素之一！

圖1. CN6排放循環(huán)中CO的排放情況

為了實(shí)現(xiàn)催化器的快速起燃，我們?cè)跇?biāo)定過程中通常會(huì)采用包括提高怠速轉(zhuǎn)速、推遲點(diǎn)火角等各種起燃策略，而這一過程涉及到發(fā)動(dòng)機(jī)控制中火路、氣路、油路等多個(gè)模塊的協(xié)調(diào)與控制。尤其是隨著缸內(nèi)直噴汽油機(jī)（GDI）的普及與應(yīng)用，其控制策略更加靈活，我們的匹配標(biāo)定工作也變得更加復(fù)雜。下面我們將以GDI發(fā)動(dòng)機(jī)為例，對(duì)影響冷機(jī)排放和催化器起燃的各種相關(guān)參數(shù)，包括噴射模式、VVT角度（Variable Valve Timing，可變氣門正時(shí)）、噴射相位、軌壓、噴油比例系數(shù)、點(diǎn)火角等進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

2.冷機(jī)排放的影響參數(shù)

2.1 噴射模式

隨著高壓零部件的發(fā)展和應(yīng)用，目前整車上最大噴射壓力可以達(dá)到350bar。而軌壓的上升將進(jìn)一步改善發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的油束霧化效果，有利于改善缸內(nèi)的燃燒和降低排放物的產(chǎn)生。同時(shí)在配備上博世開發(fā)的可控針閥控制策略（Controlled Valve Operation，CVO）功能之后，單次可控的噴油量將更小、更加精確。這也意味著我們可以進(jìn)一步增加在一個(gè)燃燒循環(huán)內(nèi)的噴油次數(shù)，改善顆粒物排放。按照噴射次數(shù)以及噴射相位的不同，我們常用的噴射模式包括：HO1、HO2、HO3、HP2、HP3、HP2z、HP3z。

以350bar軌壓+CVO功能的某GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的冷機(jī)原始排放及COV（Coefficient Of Variation，燃燒循環(huán)波動(dòng)率）為例，隨著噴射次數(shù)的增加，PN（particulate number）得到了顯著的降低，主要原因是由于噴射次數(shù)的增加縮短了單次油束的貫穿距，從而降低了油束撞壁的概率。但是對(duì)于氣態(tài)排放物來說，多次噴射并沒有帶來明顯的改善。而如果采用HP2z或者是HP3z的噴射模式的話，PN基本上增加了一個(gè)量級(jí)的水平，同時(shí)CO（一氧化碳）也增加了接近一倍，THC（未燃碳?xì)浠衔铮┞杂薪档?。建議如果要使用HP2z或者HP3z模式，最好配備CVO功能。

總的來說，對(duì)于起燃工況的噴射模式選擇，一般會(huì)優(yōu)先采用HP2或HP3等層燃燃燒模式，這是因?yàn)橄鄬?duì)于HO1/HO2/HO3等均質(zhì)燃燒模式，層燃模式下點(diǎn)火角一般可以推遲得更多，這樣排氣溫度將更高，催化器的起燃速度也將更快。但這也會(huì)帶來某些不利的影響，那就是同樣的工況點(diǎn)，點(diǎn)火角推遲得更多，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量也會(huì)更多，燃燒惡化，燃燒穩(wěn)定性也更差，發(fā)動(dòng)機(jī)的原始排放物相應(yīng)的也會(huì)增加，因此在實(shí)際匹配過程中需要結(jié)合實(shí)際情況來選擇具體的燃燒模式。

2.2VVT控制

可變氣門正時(shí)技術(shù)的采用，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能都得到了顯著的改善。一般來說，氣門重疊角在不同工況下會(huì)有所差異，以滿足不同工況下的性能或經(jīng)濟(jì)性要求。例如，在怠速工況下，一般采用盡可能小的進(jìn)、排氣重疊角，以保證怠速穩(wěn)定性；在高速工況下，一般較大的進(jìn)氣滯后角，以利用進(jìn)氣慣性提高充氣效率。對(duì)于起燃工況來說，大多是將VVT角度設(shè)置為其鎖止位置，即采用盡可能小的氣門重疊角，以保證冷機(jī)下的燃燒穩(wěn)定性。但是也有項(xiàng)目因?yàn)樵寂欧胚^高，最后在采用推遲或提前進(jìn)排氣門之后，排放得到了明顯的改善。對(duì)于CN6項(xiàng)目來說，由于排放限值過低，因此也需要考慮推遲或提前進(jìn)排氣VVT的情況。

在實(shí)際匹配過程中，需要結(jié)合實(shí)際的整車綜合表現(xiàn)，來確定最優(yōu)的VVT組合。

2.3 噴射相位

對(duì)于GDI發(fā)動(dòng)機(jī)來說，過早或過晚的噴射相位對(duì)于排放都十分不利，過早的噴射將造成油束撞壁，顆粒物排放顯著增加；噴射過晚，油氣混合時(shí)間較短，THC、CO等排放物則會(huì)顯著增加。在實(shí)際優(yōu)化過程中，需根據(jù)實(shí)際的排放表現(xiàn)選取最優(yōu)的參數(shù)組合。

2.4 軌壓與點(diǎn)火角

一般來說，噴射壓力的增加，燃油的霧化會(huì)更好，噴油脈寬也會(huì)更短，有利于降低PN的排放。但是對(duì)于不配備CVO功能的項(xiàng)目，由于很難精確控制小噴油脈寬，受限于最小噴油量的影響，實(shí)際噴油壓力無法實(shí)現(xiàn)大幅度的提升。而對(duì)于點(diǎn)火角來說，一般點(diǎn)火角越遲，催化器溫度越高，催化器起燃速度會(huì)越快，但是這同時(shí)會(huì)造成燃燒惡化、原始排放物增加等情況。因此在實(shí)際的匹配過程中，也需結(jié)合實(shí)際的表現(xiàn)選擇最優(yōu)的點(diǎn)火角。

3.總結(jié)

從排放物的產(chǎn)生途徑來看，催化器起燃前的冷機(jī)過程產(chǎn)生的排放物占了最主要的一部分。冷機(jī)參數(shù)優(yōu)化的工作就是在排放匹配初期，根據(jù)實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)排放表現(xiàn)，為整車標(biāo)定確定合理的參數(shù)設(shè)置。整車排放標(biāo)定本身是一個(gè)系統(tǒng)化的工程，除了本身發(fā)動(dòng)機(jī)，還需考慮整車零部件的狀態(tài)、后處理設(shè)備的情況，比如是否配備顆粒捕集器（GPF），三元催化器的貴金屬含量、體積，以及催化器的布置形式等。面對(duì)已經(jīng)來臨的CN6和即將到來的RDE，我們需要從發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、催化器等各個(gè)方面齊心協(xié)力共同攻克這一難關(guān)，而冷機(jī)參數(shù)優(yōu)化則是這千里之行的第一步！