蒸汽壓力對發動機冷啟動與排放的影響

孫國兵，潘寶財，賈 磊，李平偉，李斌虎

(北京汽車研究總院有限公司，北京 101300)

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蒸汽壓力對發動機冷啟動與排放的影響

孫國兵，潘寶財，賈 磊，李平偉，李斌虎

(北京汽車研究總院有限公司，北京 101300)

油品的差異會對啟動產生很大影響，尤其是低蒸汽壓力(即RVP)的油會導致發動機冷啟動困難甚至發動機冷機不著車。隨著排放法規的日趨嚴格，加之啟動階段的排放在整個測試循環所占比重較大，研究汽油RVP的差異對啟動和排放產生的影響有十分重要的指導意義。通過試驗對比兩種不同蒸汽壓力的燃油在一系列溫度點啟動時的差異，試驗結果表明低RVP值燃油相對高RVP值燃油揮發性差，導致實際進入汽缸參與燃燒的油比高RVP值要少，導致混合氣偏稀、轉速不穩、排放惡化，但對油耗無明顯影響。

蒸汽壓力，RVP；啟動；排放

目前，國內的汽油油品還存在著較大的地區差異，油品差異對啟動性能及排放都有影響。汽油中烯烴含量、辛烷值和硫含量的差異對車量排放性能的影響雖然國內外已有相關研究，并得出一些規律性的結論，但是燃油蒸汽壓力對啟動性能和排放的影響仍有待進一步研究。

使用劣質燃油，會導致發動機在啟動和啟動后失火，引起HC排放的大量增加。目前較差油品導致排放惡化甚至超標的現象仍然存在。因此，對油品差異的研究是很有必要的。

本文通過在同一輛車上使用兩種不同蒸汽壓力的燃油，進行了一系列溫度點的啟動、排放對比試驗。選取了燃油A(海南油)和燃油B(北京油)進行對比。

表1 油A(海南油)和油B(北京油)對比

1 對冷啟動與冷機怠速的影響

在啟動過程中，過量空氣系數(lambda)的表現將直接影響啟動的穩定性及排放，理想情況下啟動時lambda應沉底到0.7附近，沉底之后快速、平順地上升到1。無論從燃燒穩定性還是降低排放的角度考慮，既不應長時間偏濃，也不應有較大的上沖。

表2 不同溫度啟動lambda表現對比

從兩種燃油的啟動lambda表現可以看出：蒸汽壓力低的燃油在20 ℃、30 ℃啟動時會偏稀較多，當啟動溫度高于45 ℃油品的差異就不明顯了。隨著啟動溫度的升高，混合氣偏稀程度呈下降趨勢。

圖1為20 ℃時啟動兩種油品的lambda差異，試驗結果表明：相同溫度條件下，啟動過程蒸汽壓力低的燃油混合氣偏稀。而在同一輛車上采用相同的數據在相同工況點下的噴油量是一致的，不同的lambda表現是由于燃油的蒸汽壓力不同，使得實際進入汽缸(參與燃燒)的油量不同而導致的。這種差異在較低溫度下較為明顯，在45 ℃及以上溫度時就已經變得很微弱了。

圖1 20 ℃啟動兩種油的lambda對比Fig.1 Lambda contrast of two oils at 20 ℃

由于啟動初期為了確保可靠啟動需要提供較濃的混合氣(進氣溫度低，燃燒不穩定，容易造成失火)以彌補混合不均勻的不足，并且三效催化器并未起燃，必然會產生大量的HC。發動機啟動后，在確保穩定工作的前提下，將過量空氣系數盡快上升到1，有利于燃油在缸內及排氣管內的氧化，能夠降低啟動的HC排放。從圖1可以看出蒸汽壓力低的燃油A啟動后混合氣過量空氣系數達到1的時間長，而且啟動階段稀混合氣可能會導致失火，甚至啟動失敗。

圖2 20 ℃啟動兩種油品的轉速對比Fig.2 Two kinds of oil speed comparison at 20 ℃

低RVP值燃油相對高RVP值燃油揮發性差，導致實際進入汽缸參與燃燒的油比高RVP值要少，從而導致混合氣偏稀，轉速不穩。圖2為20 ℃啟動兩種油品的轉速對比，從圖中可以看出燃用油A時怠速階段轉速波動也比油B要大，進一步驗證較低的蒸汽壓力會使得混合氣偏稀并導致怠速不穩。

2 對排放的影響

本文也分別用兩種燃油進行了20 ℃排放的對比試驗，表3為兩種燃油的排放及油耗結果對比表，表3中數值為國五排放限值的百分比。

表3 排放及油耗結果對比

圖3和圖4分別是排放循環中油A和油B的HC排放秒采值。

圖3 油A排放循環HC排放秒采圖Fig.3 Oil A discharge cycle HC emission seconds chart

圖4 油B排放循環HC排放秒采圖Fig.4 Oil B discharge cycle HC emission seconds chart

配有催化器的汽油機在排放測試循環中HC排放的60%～80%是在冷啟動階段產生的[1]。與前面啟動表現相吻合的是：油A的HC排放比油B高出了47%。蒸汽壓力低的油會使燃燒狀況變差，排放惡化。在油耗方面兩者差異不是很大。排放污染物中受蒸汽壓力不同影響最大的是HC，這是因為燃油蒸汽壓力低，相應的揮發性會比較差，濕壁效應會更明顯，形成的混合氣會不均勻，并且冷激效應會增大，導致HC排放顯著增加。由以上試驗結果可以看出，蒸汽壓力不同而帶來的差異是不容忽視的。

3 結論

第一，低RVP值燃油相對高RVP值燃油揮發性差，導致實際進入汽缸參與燃燒的油比高RVP值要少，從而導致混合氣偏稀，轉速不穩。

第二，蒸汽壓力低的油會使燃燒狀況變差，排放惡化。

第三，蒸汽壓力的差異在油耗方面兩者差異不是很大。

[1] R.M.Heck and R.J.Farrauto.Catalytic Air Pollution Control，Commercial Technology[M]. Van Nostrand Reinhold：New York，1995.

Effect of steam pressure on cold start and emissions of engine

SUN Guo-bing, PAN Bao-cai, JIA Lei, LI Ping-wei, LI Bin-hu

(Beijing Automotive Research Institute Co., Ltd., Beijing 101300, China)

The difference in oil will have a significant impact on the start, especially the low vapor pressure (ie, RVP) of the oil will lead to the cold start of the engine. As the emission regulations become more stringent, and the proportion of emissions in the start-up phase is larger than that in the whole test cycle, it is very important to study the influence of gasoline RVP on start-up and emission. The experimental results show that the fuel volatility is poor in low RVP value of the fuel, resulting in the combustion of oil volume is less than the high RVP value. Issues in partial thin of mixed gas, unstable speed and deterioration of emissions, but there is no significant impact on fuel consumption.

Steam pressure; RVP; Start; Emission

2017-03-05

孫國兵(1983-)，男，碩士研究生。

TK464

A

1674-8646(2017)10-0094-02