基于新鮮催化器的微型車排放標定的研究

彭凱，林喬，周乃君

(中南大學能源科學與工程學院，長沙 410083)

基于新鮮催化器的微型車排放標定的研究

彭凱，林喬，周乃君

(中南大學能源科學與工程學院，長沙 410083)

為了滿足常規新鮮催化器排放目標，針對一款微型車，通過循環試驗得到了各種工況下的基本排放特性;然后基于控制策略，合理簡化了排放控制參數，并通過多次優化匹配排放控制參數控制噴油量、空燃比來優化污染物排放。結果表明:所采用的排放匹配步驟和參數可有效指導排放標定。

排放標定;噴油控制;新鮮催化器

為了減少汽車廢氣的污染排放，國家排放法規越來越嚴格。北京地區已開始執行“京五”排放法規。本文針對一款微型車，通過優化匹配新鮮催化器排放控制參數和過程，并依據《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ階段)》(GB18352.3—2005)進行Ⅰ型試驗來達到新鮮催化器排放目標限值(國Ⅳ排放限值的58%)［1］。

1 試驗車輛和新鮮催化器

試驗運行車輛為新車型，是額定功率為45 kW的1.0 L微型車。發動機為水冷直列4缸2氣門，機械式拉索控制節氣閥體，配備青山5MT變速器，試驗車輛主要參數詳見表1。

表1 試驗車輛主要技術參數

試驗采用新鮮催化器，磨合里程為3 000 km。催化器主要參數見表2。

表2 催化器技術參數

2 循環排放摸底

依據《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ階段)》(GB18352.3—2005)進行Ⅰ型試驗。依據基準質量確定測功機制動裝置吸收負荷，并測出給定工況條件下的整車排放情況。對比情況如表3所示。由表3可知:試驗車在循環中，HC排放超標，NOx排放較低。

表3 放結果對比(g·km－1)

進一步分析排放設備每1 s采集的數據，如圖1所示。由圖1可知:NOx排放物主要是在第1階段(市區運轉循環)，所占比率為85%;而HC、CO排放物在第1階段與第2階段(市郊運轉循環)基本相當，前100 s為主要排放階段，當進入市郊區循環的100～120 km/h時，噴油加濃導致HC和CO瞬間排放量劇增。

圖1 摸底排放測試數據

3 排放控制參數的匹配與優化

汽車的排放性能涉及到電噴系統多個功能模塊的匹配，如起動、催化器加熱、過渡工況、前氧閉環控制、后氧閉環控制、斷油、清氧等［2］，是系統綜合匹配水平的體現。由初次循環排放摸底，主要體現為:

1)前100 s為主要排放，NOx、HC、CO分別占總排放的63%、76%、65%。

2)起動時需增加燃油量，混合氣偏濃，lambda (過量空氣系數，lambda=1時為理論空燃比)小于1，導致HC和CO瞬間排放量劇增。由發動機的物理特性可知:機械式拉索節氣門閥開啟時(油門踩下)，進氣量受駕駛員控制，點火角根據油門開度對應的相對充氣、轉速查表值控制，因此優化的數據主要為噴油時間［2－3］。

3.1 噴油邏輯

根據摸底排放數據，主要問題是起動階段噴油過濃。基于控制策略［2－3］，可簡化噴油時間控制邏輯［4－5］(起動階段燃油自學習因子、過渡工況中碳罐燃油蒸氣補償功能關閉)，計算公式如下:

式(1)～(3)中:rk為相對燃油量;fst為起動燃油修正系數;fns為起動后燃油修正系數;fwl為起動暖機燃油修正系數;rlp為相對充氣量;lamsbg為需求的lambda值(不同的工況對應不同的需求值);frkte為基于相對燃油量轉化為噴油時間的系數;Krkte為基于噴油嘴靜態流量轉化為噴油時間的系數;Fdp為基于回油的補償系數;ti為噴油時間。

通過發動機物理特性決定的起動、起動后及暖機過程中噴油量的變化規律的測試數據，可驗證簡化公式的準確性。如圖2所示，INCA標定軟件測試數據ti與修正系數成比例，簡化公式符合發動機的物理特性規律。

圖2 INCA標定軟件采集的起動噴油時間數據

3.2 優化步驟

根據摸底排放以及噴油時間的計算式(3)，起動階段為開環控制，此時lamsbg為1。起動階段，主要通過調整fst來調節噴油時間，增大fst，噴油量增加，可確保起動的可靠性;起動后，通過調整fns來調節噴油時間。由圖1可知:起動后，噴油衰減不平滑，此時需要重點調整fns。在全郊區循環工況下，通過調整lamsbg值來調整加濃保護的基本空燃比。根據此調整原則，依次優化:①起動及暖機排放物控制;②催化器的最佳lambda窗口控制;③過渡工況控制。當數據接近工程目標限值時進行精調。每調整一次后進行循環測試，再對依循環測試結果進行優化，直到達到新鮮催化器排放的工程目標限值。相應的測試數據見表4。

表4 排放結果測試數據(g·km－1)

對應的秒采數據如圖3～5所示。在調整高車速區域混合氣加濃數據后，對比圖1、3可知:HC排放值在高速區明顯改善。優化過渡工況后，由表4和圖4可知:NOx排放值總體下降，加、減速工況排放值控制在合理范圍。多次調整起動噴油因子后，由圖5可知:起動CO排放值得到了較好的控制。最終各污染物排放達到了新鮮催化器的目標限值(排放限值的58%)。

圖3 優化的TCH秒采數據

3.3 起動階段的lambda測試

平衡排放后的起動工況，控制的目標是盡量減少發動機的原始排放［6］。在保證起動安全的前提下，調整起動和起動后的空燃比，使lambda在起動后能夠盡快達到1。轉速上沖的大小不宜超過穩態怠速轉速(300～500 r/min)，在保證起動安全的前提下可以沒有轉速上沖［2，6－7］。測試結果如圖6所示:起動過程中空燃比在10～30 s內上升到0.9以上，在整個起動及暖機過程中lambda控制在0.98～1.05之間，較好地滿足了評價標準。

圖4 優化的NOx秒采數據

圖5 優化后的CO秒采數據

圖6 INCA標定軟件采集的起動過程lambda數據

4 結束語

通過排放測試的摸底分析，確定了需調整的工況段及相應的控制參數，并根據控制策略匹配和優化了排放控制參數。實測結果表明:在起動和循環工況下，較好地滿足了排放目標限值的要求。

［1］國家環境保護總局，國家監督檢驗檢疫總局. GB18352.3—2005輕型汽車污染物排放限值及測量方法［S］.北京:中國環境科學出版社，2005.

［2］Robert Bosch.Bosch Technical Instruction Gasoline Engine Management Basics and Components［M］.Germany: GRobert Bosch GmbH，2001.

［3］Robert Bosch.Bosch Motronic Function K3－Basic Training［M］.Germany:Robert Bosch GmbH，2001.

［4］趙弘志.汽油機動力總成系統匹配標定及優化研究［D］.長春:吉林大學，2001.

［5］王巍.基于ME7系統的汽油機冷起動性能研究［D］.長春:吉林大學，2011.

［6］錢人一.汽車發動機電子控制［M］.上海:上海交通大學出版社，2004.

［7］吳森.Robert Bosch GmbH.Gasoline－engine management［M］.北京:北京理工大學出版社，2002.

(責任編輯 劉舸)

Calibration of the Exhaust Gas Em issions Based on Catalytic Converter in Light Duty Vehicle

PENG Kai，LIN Qiao，ZHOU Nai－jun
(School of Energy Science and Engineering，Central South University，Changsha 410083，China)

In order to fulfill the engineering required emissions of fresh catalyst，in view of a light vehicle，firstly the emissions are tested in all operation conditions by vehicle driving cycle.Based on control function，then it controls the amount of fuel injected by optimizing and matching the data of emissions control function，limiting the emissions.The results show the stages of emissions and ways of match have improved the emission problem.

emissions calibration;fuel control;catalytic converter

U463

A

1674－8425(2014)09－0011－04

10.3969/j.issn.1674－8425(z).2014.09.003

2014－03－28

湖南省科研條件建設專項(2012TT2043)

彭凱，男，工程師，主要從事發動機技術研究;通訊作者周乃君(1963—)，男，教授，主要從事發動機技術研究。

彭凱，林喬，周乃君.基于新鮮催化器的微型車排放標定的研究［J］.重慶理工大學學報:自然科學版，2014 (9):11－14.

format:PENG Kai，LIN Qiao，ZHOU Nai－jun.Calibration of the Exhaust Gas Emissions Based on Catalytic Converter in Light Duty Vehicle［J］.Journal of Chongqing University of Technology:Natural Science，2014(9): 11－14.