發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)國(guó)六法規(guī)技術(shù)研究

王中山 李曉明 黃波 高必勇 王瑞波

摘? 要：本文介紹國(guó)六蒸發(fā)排放對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的要求，通過對(duì)各種HC方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析及理論計(jì)算，結(jié)合當(dāng)前進(jìn)氣系統(tǒng)的現(xiàn)狀，推薦現(xiàn)階段滿足國(guó)六法規(guī)的進(jìn)氣系統(tǒng)HC方案。并經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，證明所推薦方案的丁烷工作能力滿足不小于675mg的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：國(guó)六標(biāo)準(zhǔn);國(guó)六蒸發(fā)排放;進(jìn)氣系統(tǒng);HC吸附;炭紙;丁烷工作能力

中圖分類號(hào)：U464? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2020）03-0032-04

Abstract： This paper introduces the requirements of the engine intake system for China VI evaporative emission， Through the analysis and theoretical calculation of the advantages and disadvantages of various HC schemes， combined with the current status of the air intake system， the HC scheme of the air intake system that meets the six national laws and regulations at this stage is recommended.The test results show that the butane working capacity of the proposed scheme can meet the design requirements of no less than 675mg.

為加強(qiáng)對(duì)機(jī)動(dòng)車排放污染物控制，改善空氣質(zhì)量。借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家成功的經(jīng)驗(yàn)，需要對(duì)我國(guó)機(jī)動(dòng)車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)，來控制污染物的排放，2016年12月23日，環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》。國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)分兩個(gè)階段實(shí)施：

第一階段，從2020年7月1日起，所有銷售和注冊(cè)登記的汽車都必須符合國(guó)六A標(biāo)準(zhǔn);

第二階段，從2023年7月1日起，所有銷售和注冊(cè)登記的汽車都必須符合國(guó)六B標(biāo)準(zhǔn);部分城市會(huì)提前至2019年1月1日實(shí)施輕型汽車國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)。

值得注意的是，目前有部分地區(qū)已經(jīng)提前實(shí)施國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)，如廣州在2019年3月1日起實(shí)施輕型汽油、柴油汽車的國(guó)六排放標(biāo);深圳在2018年7月1日起，輕型柴油車應(yīng)符合國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)，2019年7月1日起，輕型汽油車應(yīng)符合國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)。

1? ? 國(guó)六蒸發(fā)排放對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)要求

1.1? ?國(guó)六與國(guó)五蒸發(fā)排放法規(guī)對(duì)比（見表一）

國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)了蒸發(fā)排放控制要求，國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)，由于歐洲的平均氣溫低，且柴油車占全部車輛的50%以上，蒸發(fā)問題不明顯，因此標(biāo)準(zhǔn)要求低。我國(guó)幅員遼闊，溫差變化大，汽油車占絕大多數(shù)，因此蒸發(fā)問題影響突出，據(jù)估測(cè)，目前的汽油車單車年均油氣揮發(fā)8.8kg左右。因此，國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車輛在停車、行駛以及高溫天氣下的汽油蒸發(fā)排放控制提出了嚴(yán)格要求，同時(shí)還要求車輛安裝ORVR油氣在線回收裝置，增加了對(duì)加油過程的油氣控制。

1.2? ?為滿足國(guó)六蒸發(fā)排放發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)需要集成HC吸附功能

當(dāng)整車的發(fā)動(dòng)機(jī)熄火噴嘴周圍殘留的燃料，產(chǎn)生的碳?xì)浠衔铮℉ydro Carbon Gas）以及燃油箱蒸發(fā)系統(tǒng)和曲通系統(tǒng)的油氣是通過進(jìn)氣系統(tǒng)排放到大氣中，為了滿足國(guó)六法規(guī)要求，會(huì)在進(jìn)氣系統(tǒng)的管路或空氣濾清器內(nèi)部集成相關(guān)吸、脫裝置，減少汽車油氣混合氣體的揮發(fā)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锸窍任降皆撗b置上，然后啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)再?gòu)脑撗b置上脫附出來，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行燃燒。

2? ? 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)HC吸附方案選擇

2.1? ?主要HC吸附方案的優(yōu)缺點(diǎn)（見表二）

2.2? ?HC吸附活性炭紙推薦

2.3? ?發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)HC吸附方案的理論計(jì)算

由于輕型汽車國(guó)六階段對(duì)第一類車蒸發(fā)排放限值為0.7g/test與美標(biāo)EPA tier 2蒸發(fā)排放限值為0.65g/test相當(dāng)。借鑒EPA tier 2開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，整車發(fā)動(dòng)機(jī)部分原始蒸發(fā)排放值在200mg內(nèi)可選擇方案3，并對(duì)碳?xì)浠衔镂胶兔摳侥芰σ髴?yīng)不小于675mg。

以空氣濾清器選擇ACS310X-2L型號(hào)炭紙方案3為例通過理論計(jì)算炭紙有效面積=HC額定吸附量/介質(zhì)特性×吸附效率×環(huán)境影響=0.675/1.15×0.005×0.9 （HC額定吸附量選擇0.675g，ACS310X-2L介質(zhì)特性為1.15，吸附效率為0.005，環(huán)境影響為0.9）=130cm2。

2.4? ?滿足國(guó)六蒸發(fā)排放的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)方案確定

根據(jù)整車國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)的要求及我司國(guó)六發(fā)動(dòng)機(jī)原始蒸發(fā)排放水平，結(jié)合當(dāng)前進(jìn)氣系統(tǒng)的現(xiàn)狀，推薦方案3在空氣濾清器上殼體內(nèi)增加炭紙，將碳?xì)湮焦δ芗傻娇諝鉃V清器上，該方案只需要在原有國(guó)五空氣濾清器基礎(chǔ)上進(jìn)行焊接或修模，大大降低工裝模具的投入。對(duì)整個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力基本無(wú)影響，對(duì)空氣濾清器的過濾效率以及儲(chǔ)灰量也不會(huì)有影響，炭紙通過安裝或焊接到空濾器上殼體內(nèi)部工藝成熟，結(jié)構(gòu)可靠。

3? ? 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1? ?根據(jù) ASTM D5228標(biāo)準(zhǔn)樣品（HCA）測(cè)試丁烷工作能力

1）密封樣品（HCA）中的所有開口;

2）校準(zhǔn)火焰電離檢測(cè)器（FID）;

3）稱重樣品（HCA）;

4）將樣品（HCA）放置在SHED和連接的管中以施加丁烷裝載;

5）密封SHED并使用FID對(duì)大氣進(jìn)行取樣;

6）以10g/h的加載速率將50/50的氮和丁烷的混合物施加到樣品（HCA）上;

7）當(dāng)FID 檢測(cè)到54mg 的烴，可認(rèn)為吸附過程已進(jìn)行完全;

8）稱重樣品（HCA）;

9）連接脫附管路，打開真空泵開關(guān)，調(diào)節(jié)流量計(jì)，使空氣以22.7L/min 的流速通過進(jìn)氣口，進(jìn)行脫附2h;

10）再次稱重樣品（HCA）;

11）重復(fù)4-10 步驟進(jìn)行13個(gè)周期測(cè)試，前10個(gè)周期為預(yù)處理，取后3個(gè)周期試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值作為樣品（HCA）的丁烷工作能力的試驗(yàn)結(jié)果;

12）樣品（HCA）丁烷工作能力要求不小于675mg。

3.2? ?樣品（HCA）丁烷工作能力試驗(yàn)臺(tái)（見圖1）及試驗(yàn)原理（見圖2）

3.3? ?試驗(yàn)結(jié)果

某采用方案3樣品（HCA）丁烷工作能力試驗(yàn)結(jié)果如下：

試驗(yàn)結(jié)果證明采用方案3樣品（HCA）的丁烷工作能力可以滿足不小于675mg的設(shè)計(jì)要求。

4? ? 結(jié)束語(yǔ)

本文通過國(guó)六蒸發(fā)排放對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)要求的介紹。然后對(duì)各種HC方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析及理論計(jì)算，結(jié)合當(dāng)前進(jìn)氣系統(tǒng)的現(xiàn)狀，推薦現(xiàn)階段滿足國(guó)六法規(guī)的進(jìn)氣系統(tǒng)HC方案。并經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，證明所推薦方案滿足國(guó)六法規(guī)技術(shù)要求。對(duì)從事發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)國(guó)六法規(guī)技術(shù)研究和開發(fā)，提供理論支持和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

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