冷起动阶段车辆排放特性
研究冷起动阶段车辆排放特性
1 前言
由于汽车排放标准限值的加严,电控多点燃油喷射加催化转化技术作为有效的净化方式已经得到广泛应用,现代的催化转化器对三种污染物的转化效率普遍在90%以上(催化剂充分起燃后),且车辆三种污染物(HC、CO、NOX)的70%~80%产生在冷起动阶段。例如,FTP75 在测试循环下,三种污染物HC、CO、NOX在冷起动阶段排放量占整个循环的84%、83%、51%[1]。为适应新的排放法规要求,降低车辆冷起动排放已经成为新的工作重点。我国已基本明确了向欧洲靠拢的排放标准体系,汽车制造商及科研单位已经开始EUROⅢ试验室建设及技术储备。表1 给出了欧洲不同阶段的排放标准限值,单从排放限值来看,从欧Ⅱ到欧Ⅲ的过渡并无太大变化,但由于在新的测试方法(NEDC)上取消了前40 秒怠速过程,使得冷起动阶段排放量大大增加。从欧Ⅱ到欧Ⅲ的过渡将面临新的技术挑战。
表1 欧洲不同阶段的排放标准限值 (g/km)
2 冷起动阶段车辆排放特征
冷起动阶段较高的污染物排放由许多复杂因素决定,按其影响方式可分为以下几方面:
1)发动机本身的HC 和CO 排放量较大,HC 和CO 虽然都是不完全燃烧的产物,但 CO 排放量主要取决于空燃比,所有影响空燃比的因素都会影响CO 排放。油温、水温没有达到设定值之前,发动机未能进入闭环控制状态,空燃比发生偏离以及为了迅速提高排气温度而在发动机标定时的燃油加浓等原因而导致发动机本身的CO 排放量要远远大于热机状态。而一切对火焰传播和燃烧有抑制作用的因素都会影响HC排放,冷起动阶段由于冷却液温度上升缓慢,燃烧过程有大量的热需要向较冷的气缸壁传递,如果在某一瞬间局部热量传递速度超过燃烧热量传播,部分燃油混合物将不充分燃烧而产生较多的HC。研究发现,气缸壁温度与冷却液温度大致存在如下关系;
Tw=Tc+(-)+
式中 Tw——气缸壁温度
Tc——冷却液温度
N——转速
Pe——功率
2) 催化转化器未能有效发挥作用
部分催化转化器起燃温度,基本代表了目前我国催化转化器产品现状(近40 种试验样本中选取)。
表2 部分催化转化器起燃温度
注:(1)为新鲜催化器试验结果
(2)为经过100 小时老化后试验结果
3 测试循环对排放结果的影响
从欧Ⅱ到欧Ⅲ的过渡主要就在于新的测试方法(NEDC)同以前相比(UDC+EUDC)取消了前40 秒怠速过程,同时,将欧Ⅱ标准下对HC+NOX总量的限制改为对HC、NOX分别进行限制。欧Ⅲ标准下的测试循环图见图3。新的测试方法(NEDC)同欧Ⅰ、欧Ⅱ标准要求下的(UDC+EUDC)以及FTP 75 测试方法相比存在以下特征。
图3 欧Ⅲ测试循环图
由于测试方法的变化,已经满足欧Ⅱ标准的车辆在欧Ⅲ测试方法下必然要得出完全不同的结果。图4~图6 分别为欧洲市场5 种代表车型在欧Ⅱ、欧Ⅲ两种测试方法下得出的试验结果(数据来源SAE1999-01-1073)。
图4 两种测试方法下前195 秒排放量
图5 两种测试方法下UDC 阶段排放量
图6 两种测试方法下总排放量
由于在取样点上取消了前40 秒怠速过程,使得欧Ⅲ测试方法下,同一车辆CO、HC 排放量将增加约30%~40%,这主要在于前195 秒排放量大约增加60%~80%。两种测试方法下,分别对5 种车型各阶段排放量(CO、HC)占总排放量的比例进行统计,结果见表3。
表3 CO、HC 各阶段排放量占总排放量比例统计表
通过表3 可以得出;
在欧Ⅱ测试方法下,5 种车型UDC 阶段CO、HC %~%%~97%,%%。而在EUDC阶段CO、HC %~%%~%%%。在欧Ⅲ测试方法下,5 种车型UDC 阶段CO、HC %~%%~%,%%。而在EUDC 阶段CO、HC %~%%~%%%。在欧Ⅲ测试方法下,CO、HC 在UDC 阶段排放量占总排放量比例的增加主要是由于前195 秒排放量的增加。
4 我现状
在法规要求和政策鼓励的推动下,国内各汽车制造商都在增加技术投入
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