鄒德金，徐林濤

（華晨汽車(chē)工程研究院 標(biāo)定開(kāi)發(fā)工程室，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

起停功能對(duì)汽車(chē)排氣污染物及油耗影響的研究

鄒德金，徐林濤

（華晨汽車(chē)工程研究院 標(biāo)定開(kāi)發(fā)工程室，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

相同的整車(chē)標(biāo)定數(shù)據(jù)，使用新鮮催化器時(shí)，可以順利通過(guò)國(guó)五排放法規(guī)限值，但更換為老化催化器后，排放超標(biāo)；優(yōu)化起停部分標(biāo)定數(shù)據(jù)后，能夠順利通過(guò)國(guó)五排放法規(guī)限值。說(shuō)明增加起停功能后，對(duì)其排放的標(biāo)定技術(shù)水平提出了更高的要求。針對(duì)NEDC循環(huán)，增加起停功能后綜合節(jié)油3%左右。

起停功能；標(biāo)定；排放限值；新鮮催化器；老化催化器；節(jié)油

前言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)汽車(chē)總量急劇增長(zhǎng)，其排放的廢氣污染物對(duì)環(huán)境的影響也越來(lái)越大。旨在控制汽車(chē)尾氣的排放污染物總量，全世界各個(gè)國(guó)家都采用嚴(yán)格的汽車(chē)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，并且對(duì)汽車(chē)廢氣污染物的處理研發(fā)了多種技術(shù)手段及控制策略，其中，采用三元催化劑來(lái)減少污染物的排放量的方法是目前應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)手段[1-2]。但是，當(dāng)催化劑老化后，其起燃溫度會(huì)提高，同時(shí)對(duì)污染物的轉(zhuǎn)化效率也會(huì)降低[3-4]，尤其是在動(dòng)態(tài)非閉環(huán)狀態(tài)的時(shí)候，如果排放標(biāo)定數(shù)據(jù)稍有不當(dāng)，此時(shí)便會(huì)很難順利通過(guò)排放法規(guī)限值。與此同時(shí)，石油為非可再生能源，而短期內(nèi)，新能源汽車(chē)無(wú)法取代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，所以汽車(chē)節(jié)油措施顯得尤為重要，所以，目前小型家用汽車(chē)基本上都已經(jīng)標(biāo)配了起停功能，這在節(jié)油的同時(shí)，對(duì)整車(chē)排放的標(biāo)定工作提出了更高的技術(shù)水平要求。

1 試驗(yàn)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

為了研究起停功能對(duì)汽車(chē)油耗及排放污染物的影響，特做如下試驗(yàn)研究。為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)一致性，整個(gè)試驗(yàn)都在同一臺(tái)5速手動(dòng)擋小型汽車(chē)上進(jìn)行，所用汽油為本司92號(hào)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)用油；且為保證數(shù)據(jù)有效性，試驗(yàn)前車(chē)輛磨合10000km，且每次更換催化器后，都要進(jìn)行至少200km的催化器實(shí)車(chē)道路激活，然后嚴(yán)格按照排放試驗(yàn)流程進(jìn)行研究試驗(yàn)，待排放及油耗結(jié)果達(dá)到3次穩(wěn)定值后，取最后一次結(jié)果作為可信數(shù)據(jù)。所得試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，而國(guó)五排放法規(guī)限值[5]見(jiàn)表1。

表1 國(guó)五Ⅰ型試驗(yàn)法規(guī)限值

表2 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

1）起停功能開(kāi)啟與否，對(duì)新鮮催化器的影響較小，其排放結(jié)果相近，可順利通過(guò)國(guó)五排放限值；

2）起停功能是否開(kāi)啟，對(duì)老化催化器的影響較大，當(dāng)起停功能關(guān)閉時(shí)，可以順利通過(guò)國(guó)五排放限值，但起停功能打開(kāi)后，非甲烷碳?xì)洳荒芡ㄟ^(guò)國(guó)五排放法規(guī)限值，而且差距較大；

3）起停功能有一定的節(jié)油效果，在城市工況中可以節(jié)油5%左右，而在市郊工況可以節(jié)油1%左右，綜合節(jié)油3%左右；

4）催化器狀態(tài)對(duì)油耗影響不大。

2 原因分析

2.1 起停功能對(duì)排放污染物的影響

催化劑老化后，其性能顯著劣化，而使催化劑性能劣化的形式主要分四種：化學(xué)中毒、機(jī)械損傷、結(jié)焦堵塞及高溫失活；隨著科技水平不斷提高，前三種形式已基本解決，所以，高溫失活是當(dāng)下催化劑劣化的主要因素；高溫劣化的主要原因是催化劑長(zhǎng)時(shí)間暴露在高溫條件下，導(dǎo)致其貴金屬揮發(fā)、涂層脫落和載體相變，進(jìn)而促進(jìn)貴金屬活性組分及助劑晶粒的長(zhǎng)大、聚集和燒結(jié)，導(dǎo)致貴金屬的比表面積減小，降低三元催化劑的催化特性[2，6-7]。

本次試驗(yàn)研究采用的老化催化器是通過(guò)高溫爐燒制而成的，并在試驗(yàn)前已經(jīng)實(shí)車(chē)激活足夠里程，測(cè)得儲(chǔ)氧量為新鮮催化器的50%以下，已經(jīng)達(dá)到老化催化器的水平，并且排放結(jié)果亦趨于穩(wěn)定。

圖1 原數(shù)據(jù)THC的秒采數(shù)據(jù)

在整個(gè)排放循環(huán)中，非甲烷碳?xì)涞暮空伎偺細(xì)涞?0%以上，而一氧化碳的變化趨勢(shì)與碳?xì)湎嗤?，故以下主要分析總碳?xì)涞膯?wèn)題所在即可。

當(dāng)采用原始排放標(biāo)定數(shù)據(jù)時(shí)，在整個(gè)NEDC排放工況中的秒采數(shù)據(jù)如圖1所示。

由圖1可知：

1）新鮮催化器的碳?xì)渑欧帕可儆诶匣呋鳎?/p>

2）針對(duì)老化催化器，起停功能對(duì)碳?xì)渑欧帕康挠绊戄^大。

由以上分析可知，導(dǎo)致老化催化器排放超標(biāo)的主要原因是起停功能的開(kāi)啟，之所以在新鮮催化器中沒(méi)有表現(xiàn)出來(lái)，是因?yàn)榇呋骼匣?，催化劑的?chǔ)氧能力下降，貴金屬活性降低，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)化污染物的能力急劇下降，尤其是在氧傳感器處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)的時(shí)候，鑒于此，修改起停部分的標(biāo)定數(shù)據(jù)：增大起動(dòng)進(jìn)氣量，適當(dāng)減小燃油加濃系數(shù)；優(yōu)化催化器加熱部分標(biāo)定數(shù)據(jù)。待排放結(jié)果穩(wěn)定后，確定最終排放標(biāo)定數(shù)據(jù)，得出試驗(yàn)結(jié)果如表3。

由表3試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：優(yōu)化排放標(biāo)定數(shù)據(jù)后，新鮮和老化催化器都可以順利通過(guò)國(guó)五排放法規(guī)限值。

而在整個(gè)NEDC排放工況中，優(yōu)化數(shù)據(jù)后THC的秒采數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 優(yōu)化數(shù)據(jù)后THC的秒采數(shù)據(jù)

圖3 優(yōu)化數(shù)據(jù)前后在起停處起動(dòng)表現(xiàn)舉例

由圖2發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的數(shù)據(jù)在起停時(shí)的總碳?xì)渑欧帕棵黠@降低，基本沒(méi)有之前的較大峰值的出現(xiàn)，現(xiàn)提取原數(shù)據(jù)第一個(gè)總碳?xì)浞逯堤幣c優(yōu)化后數(shù)據(jù)對(duì)比分析，見(jiàn)圖 3，優(yōu)化起停數(shù)據(jù)后，起動(dòng)時(shí)的空燃比表現(xiàn)明顯優(yōu)于原標(biāo)定數(shù)據(jù)：曲線(xiàn)相對(duì)光滑無(wú)波動(dòng)，沉底時(shí)間縮短，并且對(duì)轉(zhuǎn)速影響不大，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的原始排放較低，對(duì)催化器的轉(zhuǎn)化能力要求相對(duì)降低，以至于排放結(jié)果滿(mǎn)足國(guó)五排放法規(guī)限值。

表3 優(yōu)化標(biāo)定數(shù)據(jù)后試驗(yàn)結(jié)果

2.2 起停功能對(duì)油耗的影響

NEDC運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)是由1部（市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)）和2部（市郊運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)）組成，如圖4所示。

圖 4 NEDC 循環(huán)圖【5】

考慮到能夠順利通過(guò)排放法規(guī)限值，本司車(chē)輛起停功能是在冷卻液溫度大于 55℃時(shí)才起作用，結(jié)合到 NEDC循環(huán)中，是在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間大于190秒后，起停功能才正式開(kāi)啟。

表4 在底盤(pán)測(cè)功機(jī)上運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)1部循環(huán)單元【5】

另外，我司車(chē)輛是通過(guò)車(chē)輛車(chē)速為 0，檔位處于空檔，離合器鎖止來(lái)自動(dòng)停車(chē)，若再次離合器脫開(kāi)來(lái)起動(dòng)車(chē)輛的，結(jié)合表 4，可以算出在整個(gè)城市工況中，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)間為142秒，在市郊工況中發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)間為20秒。在城市工況循環(huán)中，試驗(yàn)平均車(chē)速為 19km/h，4個(gè)循環(huán)的當(dāng)量距離為4.052km[5]，而增加起停功能后，此時(shí)可以節(jié)油 5%左右；在市郊工況循環(huán)中，試驗(yàn)平均車(chē)速62.6km/h，循環(huán)理論行駛距離為6.955km[5]，增加起停功能后，可以節(jié)油1%左右。

由以上數(shù)據(jù)可以看出，起停功能的節(jié)油表現(xiàn)在NEDC的城市工況中表現(xiàn)突出：當(dāng)平均車(chē)速在19km/h，停機(jī)時(shí)間比率為18%左右時(shí)，可以節(jié)油5%左右。

3 總結(jié)

起停功能對(duì)排放的標(biāo)定工作提出了更高的要求，需要精確匹配各個(gè)模塊，尤其是在老化催化器上，不僅是傳統(tǒng)標(biāo)定數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確，還要對(duì)起停功能啟用時(shí)的起動(dòng)部分進(jìn)行精調(diào)，這樣才能保證老化催化器也能順利通過(guò)排放法規(guī)的要求。

增加起停功能后，在NEDC的城市工況中可以節(jié)油5%左右，而在市郊工況可以節(jié)油1%左右，綜合節(jié)油3%左右。

[1] 寧海洋,肖建華,王建昕.三效催化劑快速老化方法與劣化強(qiáng)度的關(guān)性研究［J］.汽車(chē)工程, 2002,24( 4) : 336-338.

[2] 曾恩山,熊銳,吳堅(jiān),周鑫,張宗瀾.車(chē)用催化劑的臺(tái)架快速老化研究.廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2016,33( 6) : 49.

[3] 毛麗,龔金科,劉冠麟.車(chē)用三效催化轉(zhuǎn)化器劣化性能參數(shù)灰色關(guān)聯(lián)分析.中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2012,43( 2) : 511.

[4] 毛麗,龔金科.車(chē)用三效催化轉(zhuǎn)化器劣化性能仿真與控制措施.機(jī)電工程技術(shù). 2013, 42( 3) : 40.

[5] 輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第五階段）.中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, GB 18352.5—2013,7,44-49.

[6] 龔金科,尤麗,蔡皓,劉云卿.車(chē)用三效催化轉(zhuǎn)化器劣化性能數(shù)值模擬.湖南大學(xué)學(xué)報(bào),2008,35(1):37.

[7] LA Carol，NE Newman，GS Mann. High temperature deactivation of three-way catalyst［J］.Sae International Fall Fuels & Lubricants Meeting&Exhibition, 1989, 98:731-744.

A research about the influence of auto-start function for emission

Zou Dejin, Xu Lintao
（Brilliance Auto R&D Center, Liaoning Shenyang 110141）

The car can pass the china5 exhaust emission value limit easily with the fresh catalysts, but can’t pass the value limit if changed the aging catalysts with the same calibration data. The exhaust emission result can meet the china5 regulation requirements when we changed the calibration data of the auto start-stop function. So, the function of the auto start-stop should put forward higher request for emission calibration ability. It can be saving about 3% gasoline when we increase auto start-stop function in the NEDC cycle.

auto start-stop function; calibration; exhaust emission limit value; the fresh catalysts; the aging catalystsCLC NO.: U462.1

A

1671-7988 (2017)21-175-03

U462.1

A

1671-7988 (2017)21-175-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.060

鄒德金，中級(jí)工程師，就職于華晨汽車(chē)工程研究院 標(biāo)定開(kāi)發(fā)工程室。主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)整車(chē)標(biāo)定工作。