彭李 黃德高 杜松

摘? 要：國(guó)6法規(guī)中首次提出對(duì)PFI發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物中的PM進(jìn)行控制，且其限值與GDI發(fā)動(dòng)機(jī)保持一致。當(dāng)前國(guó)內(nèi)輕型商用車主要搭載PFI汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)PM的排放控制尚屬世界范圍內(nèi)首次。文中提出對(duì)輕型商用車搭載的PFI汽油機(jī)PM污染物排放影響要素，并從中找到的控制的方法，有效降低了WLTC中的PM污染物排放。

關(guān)鍵詞：輕型商用車;污染物控制;PM

中圖分類號(hào)：U467.1+9? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2020）03-0054-05

Abstract： The control of PM in PFI engine emission pollutants is proposed for the first time in the national 6 regulations， and its limit value is consistent with that of GDI engine. At present， domestic light commercial vehicles mainly carry PFI gasoline engine， and the emission control of PM is the first time in the world. In this paper， the influencing factors of PM pollutant emission from PFI gasoline engine carried by light commercial vehicles are put forward， and the control methods are found out to effectively reduce the emission of PM pollutants in WLTC.

Key Words：? light commercial vehicles; pollutant control; PM

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平得到質(zhì)的提升，同時(shí)人類對(duì)生存環(huán)境尤其是大氣環(huán)境的要求也越來(lái)越高。伴隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而來(lái)的空氣污染與人類對(duì)優(yōu)質(zhì)大氣環(huán)境需求之間的矛盾越來(lái)越突出。汽車尾氣中有害物質(zhì)對(duì)大氣環(huán)境的不利影響也越來(lái)越受到關(guān)注，為此環(huán)境保護(hù)部和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合頒發(fā)了《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》（簡(jiǎn)稱：國(guó)6法規(guī)）[1-2]。國(guó)6法規(guī)中首次對(duì)自然吸氣汽油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生的PM納入監(jiān)控且限值與GDI發(fā)動(dòng)機(jī)保持一致。這在世界范圍內(nèi)屬于首創(chuàng)，對(duì)當(dāng)前已量產(chǎn)的PFI發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物控制提出了更高的要求。

綜上，基于某輕型商用車搭載1.5? L PFI發(fā)動(dòng)機(jī)開展國(guó)6b法規(guī)測(cè)試，采取多種方法，使車輛降低排放污染物中的顆粒物PM含量，滿足法規(guī)要求。

1? ? 國(guó)6法規(guī)與國(guó)5法規(guī)的差異性分析

國(guó)5法規(guī)中，對(duì)于排放測(cè)試循環(huán)采用NEDC排放循環(huán)，國(guó)6法規(guī)則采用WLTC循環(huán)，測(cè)試循環(huán)有較大差異。

WLTC循環(huán)工況測(cè)試時(shí)間為1800? s，NEDC循環(huán)測(cè)試時(shí)間為1108? s，且WLTC循環(huán)測(cè)試工況以急加速、急減速為主，相對(duì)NEDC循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況變化劇烈，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱：EMS）的瞬態(tài)控制和過(guò)渡工況控制提出了更高的要求。

通過(guò)對(duì)1.5L PFI發(fā)動(dòng)機(jī)在WLTC循環(huán)中的運(yùn)行工況分析，相對(duì)NEDC循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)將長(zhǎng)期處于大負(fù)荷工況運(yùn)行。在工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中溫度較高，產(chǎn)生PM數(shù)量將高于NEDC循環(huán)。

2? ? PFI發(fā)動(dòng)機(jī)PM污染物的控制方法

2.1? ?優(yōu)化噴油器的霧化效果

在某輕型商用車上搭載1.5? L PFI發(fā)動(dòng)機(jī)采用4孔噴油器按照WLTC循環(huán)工況進(jìn)行測(cè)試，其測(cè)得的排放結(jié)果見(jiàn)表1：

根據(jù)排放測(cè)試結(jié)果，NOx和PM結(jié)果嚴(yán)重超出法規(guī)限值，可通過(guò)污染物的結(jié)果分析其超標(biāo)原因?yàn)椋涸赪LTC工況中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較大，燃燒室內(nèi)溫度較高所致。

在WLTC循環(huán)的超高速段產(chǎn)生，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較大，在不進(jìn)行動(dòng)力加濃的情況下，空燃比為14.7，排氣歧管模型預(yù)估溫度為1109℃，NOx和PM均在此工況下產(chǎn)生。

經(jīng)分析，認(rèn)為NEDC循環(huán)中，采用4孔噴油器在不考慮PM控制的情況下，能滿足污染物排放的要求。但因WLTC循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況發(fā)生變化，在大負(fù)荷工況下，由于燃燒溫度過(guò)高，需進(jìn)一步優(yōu)化噴油器的霧化效果，降低PM的產(chǎn)生。采用6孔噴油器方案進(jìn)行驗(yàn)證。

采用6孔噴油器后，該車再次進(jìn)行WLTC排放測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3：

通過(guò)表3測(cè)試結(jié)果可知，采用霧化效果更佳的6孔噴油器后，該1.5L PFI發(fā)動(dòng)機(jī)在WLTC中NOx和PM的排放水平得到了明顯的控制，但仍具滿足法規(guī)有一定距離，需要進(jìn)一步降低PM的排放水平。

2.2? ?WLTC循環(huán)超高速段的影響

通過(guò)在WLTC測(cè)試循環(huán)中，發(fā)現(xiàn)PM污染物主要出現(xiàn)在超高速段。而按照GB18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》附件CA《I型試驗(yàn)用測(cè)試循環(huán)及分解》和CB《手動(dòng)檔汽車的換檔選擇及換檔點(diǎn)的計(jì)算方法》的要求，在超高速段時(shí)若車輛的額定功率不能滿足超高速段的最大需求功率，可對(duì)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試循環(huán)進(jìn)行修正。

因該貨車最高設(shè)計(jì)車速為120? km/h，通過(guò)對(duì)該車搭載1.5? L PFI發(fā)動(dòng)機(jī)在超高速段的需求功率和實(shí)際發(fā)出的可用功率進(jìn)行對(duì)比。按照該車最高車速進(jìn)行的實(shí)際可用功率與需求功率對(duì)比見(jiàn)圖5：

通過(guò)圖5可以分析，在超高速段，按照車輛最高車速120? km/h，有部分區(qū)域的需求功率>實(shí)際功率，在該區(qū)域內(nèi)，一旦實(shí)際車速無(wú)法跟隨WLTC的要求車速，則需要踩全油門。該操作將導(dǎo)致排放惡化甚至超標(biāo)。

按照GB18352.6-2016中附件CA《I型試驗(yàn)用測(cè)試循環(huán)及分解》中CA.4循環(huán)修正的要求，對(duì)該車最高車速進(jìn)行限制，以滿足車輛排放達(dá)標(biāo)的需求。修正后的功率對(duì)比見(jiàn)圖6：

通過(guò)將車輛最高車速鎖定在100km/h，在WLTC中超高速段的功率需求滿足法規(guī)要求，同時(shí)無(wú)全油門加速的風(fēng)險(xiǎn)，有利于排放污染物的控制。

2.3? ?排氣采樣尾管的影響

在采取了超高速段車速修正和6孔噴油器后，車輛排放污染物中的氣態(tài)污染物趨于穩(wěn)定，但顆粒污染物，尤其是PM的排放物呈不規(guī)律態(tài)分布。通過(guò)對(duì)車輛使用不同的測(cè)試質(zhì)量進(jìn)行試驗(yàn)，其數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4：

通過(guò)用濾紙分段采集WLTC中低速、中速、高速、超高速等四種工況的尾氣PM，發(fā)現(xiàn)高速和超高速PM占整個(gè)WLTC循環(huán)的80%以上。數(shù)據(jù)見(jiàn)表5：

為分析高速及超高速段PM產(chǎn)生的具體工況，通過(guò)采用AVL 483煙度計(jì)對(duì)WLTC中的顆粒物產(chǎn)生情況進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)采集結(jié)果見(jiàn)圖7：

通過(guò)對(duì)AVL 483煙度計(jì)的采集數(shù)據(jù)分析，發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物中的顆粒物在高速段和超高速段并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的增加。故對(duì)濾紙中采集的成分進(jìn)行分析。分析結(jié)果見(jiàn)圖8：

通過(guò)對(duì)濾紙中對(duì)成分分析，如上圖9所示，發(fā)現(xiàn)F元素占比最大，而該元素并未存在與發(fā)動(dòng)機(jī)和三元催化器中，懷疑為排放試驗(yàn)室所用的橡膠密封管因高溫炙烤導(dǎo)致F元素?fù)]發(fā)，進(jìn)而影響了試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，下圖10所示：

為驗(yàn)證該判斷，將排放實(shí)驗(yàn)室的氣體采集由橡膠改為金屬管件密封（見(jiàn)圖11），然后進(jìn)行排放試驗(yàn)。

通過(guò)連續(xù)8次對(duì)該車以最大TM=2100kg進(jìn)行測(cè)試，其PM的結(jié)果均低于國(guó)家限值，結(jié)果見(jiàn)表6：

3? ? 結(jié)論

可知，采取以上的控制方法后，該車搭載1.5? L PFI發(fā)動(dòng)機(jī)的污染物已得到有效控制，滿足國(guó)6法規(guī)的要求，且排放測(cè)試結(jié)果得到多次連續(xù)驗(yàn)證，具有較好的可重復(fù)性，方案有效?？捎行Ы档蛙囕vPM的污染物排放。

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