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        PFI發(fā)動機起動階段THC、NOx的排放控制研究

        2022-10-27 06:50:48崔有利
        汽車電器 2022年10期
        關鍵詞:發(fā)動機

        崔有利

        (安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心,安徽 合肥 230601)

        汽車行業(yè)的排放標準《GB 18352.6—2016輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》加嚴了對CO、HC及NOx的要求。而PFI發(fā)動機排放的控制中難點普遍在于催化器未激活之前THC及NOx的控制,CO相對容易,故本文研究的是起動階段THC、NOx的排放控制。

        1 污染物產(chǎn)生原理

        1.1 PFI發(fā)動機THC產(chǎn)生的原理及難控制的原因簡介

        THC產(chǎn)生的原理簡而言之就是汽油沒有得到充分燃燒。而PFI發(fā)動機相較GDI發(fā)動機,因不是在燃燒室內(nèi)進行噴油,而是在進氣道噴射,此情況形成油膜和沉積物的吸附效應,進而加大了THC原始排放的產(chǎn)生。另外,GDI發(fā)動機還可以利用高壓油泵、多次噴射等手段,充分霧化燃油,進一步遏制THC的原始排放。

        1.2 PFI發(fā)動機NOx產(chǎn)生的原理及難控制的原因簡介

        NOx產(chǎn)生的原理簡單來講即是高溫富氧。因GDI發(fā)動機的燃油在缸內(nèi)蒸發(fā)霧化,而PFI發(fā)動機是在進氣道霧化,缸內(nèi)霧化能夠降低缸內(nèi)溫度,進而遏制高溫條件,所以PFI發(fā)動機相較于GDI發(fā)動機NOx控制難度也得以加大。具體的反應式如圖1所示。

        圖1 反應式

        2 排放污染物的分布

        一個排放優(yōu)化好的車輛排放污染物的秒采,一般情況如圖2、圖3所示。

        圖2 NOx污染物分布

        圖3 THC污染物分布

        從圖2、圖3中的秒采可以看出,NOx和THC的污染物主要集中在起動階段。起動階段催化器未激活,無法完成轉(zhuǎn)化反應,所以對排放標定而言,起動階段的標定為精細化標定的過程,本文研究的是通過理論及試驗確認空燃比、點火角對相關污染物的影響。

        3 車輛的選取

        本課題的研究是選取江淮的某一款5座、動力總成為1.5T+6DCT的SUV車型,此車在發(fā)動機、催化器、GPF等完全固化后進行的測試。

        4 污染物影響因素的研究

        4.1 空燃比

        理論上,THC隨空燃比的減小而增加,NOx隨空燃比的減小而增多,但具體空燃比影響如何需做試驗進行研究確認。

        圖4為測試車輛起動怠速過程中,點火角、轉(zhuǎn)速控制基本相同的情況下,不同空燃比控制下具體數(shù)據(jù)表現(xiàn),圖5、圖6為THC及NOx秒采的表現(xiàn)。

        圖4 點火角、轉(zhuǎn)速控制相同的情況下,不同空燃比的對比數(shù)據(jù)

        圖5 點火角、轉(zhuǎn)速控制相同的情況下,THC起動催化器起燃階段的秒采

        圖6 點火角、轉(zhuǎn)速控制相同的情況下,NOx起動催化器起燃階段的秒采

        從圖5、圖6中及數(shù)據(jù)圖4上可以看出,怠速時,空燃比從0.98變化到1.04左右后,THC從峰值300ppm降到200ppm。NOx從峰值30ppm升到45ppm,但怠速穩(wěn)定性有些許惡化。

        4.2 點火角

        理論上,點火角越小,缸內(nèi)燃燒越遲,故缸內(nèi)高溫狀態(tài)持續(xù)的時間越短,進而遏制高溫條件,故NOx隨點火角的減小而減少,但點火角減少后,會使燃氣體量增加,燃氣體量增加后,又會加大NOx的產(chǎn)生,兩者一中和,具體NOx是增加還是減少,需要做試驗進行驗證。

        另外,點火角減小后,會使燃燒變遲,可能存在混合氣來不及燃燒,導致燃燒不充分,使THC排放量增多。

        圖7為測試車輛起動怠速過程中,轉(zhuǎn)速為1500r/min、空燃比基本為1.02左右的情況下,不同點火角控制的數(shù)據(jù)對比表現(xiàn)。圖8、圖9為THC、NOx秒采的表現(xiàn)。

        圖7 空燃比、轉(zhuǎn)速控制相同的情況下,不同點火角的對比數(shù)據(jù)

        圖8 空燃比、轉(zhuǎn)速控制相同的情況下,THC起動催化器起燃階段的秒采

        圖9 空燃比、轉(zhuǎn)速控制相同的情況下,NOx起動催化器起燃階段的秒采

        從圖9、圖10中及數(shù)據(jù)圖8上可以看出,怠速時,點火角從-6變化到-15左右后,THC從峰值250ppm降到200ppm。NOx從峰值42ppm降到28ppm,但怠速的穩(wěn)定性變得惡化。

        5 總結(jié)

        在發(fā)動機不失火的情況下,點火角和空燃比對污染物的影響如下。

        1)混合氣越濃,THC越高,NOx越低,怠速穩(wěn)定性越好,而1.04的空燃比怠速穩(wěn)定性可接受。

        2)起燃階段點火角越小,點火時刻越遲,混合氣可能存在燃燒不充分即排出的情況,可能使THC偏高,但通過試驗發(fā)現(xiàn),點火角的推遲,并未使THC排放惡化,點火角變小,反而THC越低。

        3)起燃階段點火角越小,NOx越低,但怠速穩(wěn)定性會變差。

        6 建議

        綜上研究,點火角、空燃比的選取對排放的控制起到了更為關鍵作用,對NOx、THC均具有同向的作用,但點火角越小,空燃比越稀,怠速穩(wěn)定性均越差,在具體實踐的過程中,需均衡兩者,既要保證排放通過,又要確保怠速轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。

        因1.04的空燃比,點火角為-15時,怠速穩(wěn)定性勉強可接受,該值為極限可接受的狀態(tài),故在實際標定過程中,建議空燃比不要大于1.04,點火角盡可能控制到-15以上。

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