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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)說(shuō)，多次噴射并沒(méi)有帶來(lái)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(lái)說(shuō)，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(lái)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(guò)程中需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)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(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，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^(guò)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(lái)說(shuō)，由于排放限值過(guò)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(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際的整車綜合表現(xiàn)，來(lái)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(lái)說(shuō)，過(guò)早或過(guò)晚的噴射相位對(duì)于排放都十分不利，過(guò)早的噴射將造成油束撞壁，顆粒物排放顯著增加；噴射過(guò)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(guò)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(lái)說(shuō)，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(wú)法實(shí)現(xiàn)大幅度的提升。而對(duì)于點(diǎn)火角來(lái)說(shuō)，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(guò)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(lái)看，催化器起燃前的冷機(jī)過(guò)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(lái)臨的CN6和即將到來(lái)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！