Ｓｔａｒｔ／Ｓｔｏｐ控制模式混合動力汽車整車排放性能的研究

林　帆

[摘要]通過研究NEDC循環工況下整車的瞬態排放情況，分析研究減速斷油及怠速停機過程中，氧濃度及溫度的變化對整車排放性能的影響。試驗結果表明，減速斷油過程中，由于沒有燃油噴射，新鮮空氣被直接排入排氣管，造成排氣管內氧濃度的增加，并且，減速斷油及怠速停機會造成排氣管及催化器溫度的降低，造成催化器轉化率的下降，使發動機再次起動后排放惡化。

[關鍵詞]混合動力 瞬態排放 催化器 轉化效

中圖分類號：TP3文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0310117－02

一、引言

進入21世紀，越來越高的油價引發了人們對于未來能源安全的擔心，各國政府及全球各大汽車生產廠商紛紛加大投入研發新能源汽車，但現階段能成功實現產業化的只有混合動力汽車。而Start/Stop控制模式的混合動力技術方案因為其價格低廉，將會被越來越多的汽車廠商采用。

Start/Stop控制模式對燃油經濟性的改善相當顯著，但由于發動機的頻繁起停會惡化整車的排放，尤其在擁堵的城市路況。

本文主要考察了輕度弱混混合動力汽車DFCO及怠速停機過程對整車排放的影響。

二、試驗工況及試驗條件

試驗采用的車型為采用Start/Stop控制模式的輕度混合動力汽車，可以實現怠速停機、加速助力、智能充電、制動回收等功能。

試驗在AVL排放試驗用輪鼓試驗臺上進行，工況為NEDC循環，如圖1所示。為了研究瞬態排放結果，采用AVL公司的模態尾氣采集設備，分別采集催化器前后兩端的尾氣，并在催化器前后兩端排氣管處分別安裝了氧傳感器。

利用ETAS公司的LA4 Lambda Meter來采集排氣的氧濃度，同時，為了測量排氣溫度，分別在催化器前后兩端排氣管及催化器本體上安裝K型熱電偶，熱電偶直徑1mm，且去掉前端絕緣層，最大限度的保證熱電偶的響應時間。試驗設置示意圖如圖2。

三、試驗結果及分析

（一）循環累積排放量

累積排放量為研究瞬態排放的有效方法，可以看出排放值在何時突變。圖3、4、5分別為HC、CO、NOx的累積排放量，由圖中可以看出，HC、CO的累積排放量在發動機再次起動后的加速過程中增加明顯，尤其是CO，而NOx在高速時段累積排放會有較大的提高，造成這些現象的原因是因為在加速段，由于過濃的噴油及發動機轉速的提高，使得HC、CO排放惡化，而HC、CO濃度的增加有助于NOx的轉化，與傳統車不同的是，由于存在減速斷油及怠速停機，造成了氧濃度及溫度的變化，必然影響排放物的轉化效率，使得混合動力車在重起動后的累積排放值比傳統車增加明顯。

如圖6所示為4個測點的溫度在NEDC循環工況下的變化情況，其中，T1為催化器前排氣管內溫度，T2為前催化器載體溫度，T3為后催化器載體溫度，T4為催化器后排氣管內溫度，測點示意圖見圖1。從圖6中可以看出，在DFCO過程中，由于排出的為新鮮空氣，T1、T4的值明顯下降，在停機過程中，由于沒有排氣，強制對流換熱減弱，溫度下降并不明顯；T2的波谷較之T1有延遲，T3的波谷較之T2又有延遲，這是由于在反應初期，由于排氣熱量大部分被催化器前段吸收，因此，催化器前部溫度比后部溫度高，隨著反應的進一步進行，前部反應所放出的熱量流向后部并被后部載體吸收，因此后部的溫度要高于前部溫度，加之催化器載體熱容量較大，熱量的吸收和釋放需要一個過程，因此T2、T3的值較之T1有所延遲。

四、結論

NEDC循環工況下，由于混合動力的怠速停機功能，使得發動機頻繁起動，雖然相比冷起動過程，熱起動的排放要少很多，但是由于DFCO及停機過程氧濃度升高及催化器溫度下降，導致催化器轉化效率降低，進而會影響最終排放結果；由于NEDC循環工況怠速停機時間只有20S，催化器溫度還不足以降到起燃溫度以下，但在擁堵的城市工況，怠速停機時間有可能超過2min，如果環境溫度也相對較低的情況下，催化器溫度極有可能降到起燃溫度以下，造成排放的急劇惡化。通過本文的研究，找出影響混合動力車排放的關鍵因素，對下一步研究混合動力車的控制策略，以滿足日益嚴格的排放法規提出了試驗依據。

參考文獻：

[1]Bradley Glenn,Gregory Washington and Giorgio Rizzoni.“Operation and Control Strategies for Hybrid Electric Automobiles”.SAE paper.2000-01-1537,April.2000.