冷起动阶段车辆排放特性

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1、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

2、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

3、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+(0.01575-0.00013Tc)+4.6Pe 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 催化转化器的转化效率是控制汽车排放的关键，由于冷起

4、动阶段排气温度未能达到催化剂起燃温度以及空燃比发生偏离使得催化转化器的转化效率很低，图1、2为某催化转化器温度特性及空燃比特性图。图1某催化转化器温度特性 图2某催化器空燃比特性图 图中可以看出，当空燃比偏浓时,HC和CO转化效率明显降低，而“S”形的温度特性曲线表示了催化转化器在低温状态(低于250℃)基本不起作用。现代的催化转化器起燃温度(T50)一般在300℃左右，一些起燃性能较好的进口产品(或国内封装)起燃温度可以达到250~260℃，并且催化转化器起燃性能将随使用过程逐步降低。经过100小时的台架老化(相当于实车行驶80000km)后，起燃温度一般都要升高20

5、~50℃。表2为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FTP75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

6、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3CO、HC各阶段排放量占总

7、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分别占总排放量的83.7%～97.1%和84.3%～97%，其平均值约为85.8%和84.5%。而在EUDC阶段CO、HC分别仅占总排放量的2.9%～16.3%和3.0%～15.7%其平均值约为14.2%和15.5%。在欧Ⅲ测试方法下，5种车型UDC阶段CO、HC分别占总排放量的88.0%～98.2%和89.6%～98.8%，其平均值约为93.8%和92.2%。而在EUDC阶段CO、HC分别仅占总排放量的1.9%～12.0%和1.2%～10.4%其平均值约为