起停功能對汽車排氣污染物及油耗影響的研究

鄒德金，徐林濤

（華晨汽車工程研究院 標定開發工程室，遼寧 沈陽 110141）

起停功能對汽車排氣污染物及油耗影響的研究

鄒德金，徐林濤

（華晨汽車工程研究院 標定開發工程室，遼寧 沈陽 110141）

相同的整車標定數據，使用新鮮催化器時，可以順利通過國五排放法規限值，但更換為老化催化器后，排放超標；優化起停部分標定數據后，能夠順利通過國五排放法規限值。說明增加起停功能后，對其排放的標定技術水平提出了更高的要求。針對NEDC循環，增加起停功能后綜合節油3%左右。

起停功能；標定；排放限值；新鮮催化器；老化催化器；節油

前言

隨著中國經濟的快速發展，國內汽車總量急劇增長，其排放的廢氣污染物對環境的影響也越來越大。旨在控制汽車尾氣的排放污染物總量，全世界各個國家都采用嚴格的汽車尾氣排放標準，并且對汽車廢氣污染物的處理研發了多種技術手段及控制策略，其中，采用三元催化劑來減少污染物的排放量的方法是目前應用最為廣泛的技術手段[1-2]。但是，當催化劑老化后，其起燃溫度會提高，同時對污染物的轉化效率也會降低[3-4]，尤其是在動態非閉環狀態的時候，如果排放標定數據稍有不當，此時便會很難順利通過排放法規限值。與此同時，石油為非可再生能源，而短期內，新能源汽車無法取代傳統內燃機汽車，所以汽車節油措施顯得尤為重要，所以，目前小型家用汽車基本上都已經標配了起停功能，這在節油的同時，對整車排放的標定工作提出了更高的技術水平要求。

1 試驗及數據統計

為了研究起停功能對汽車油耗及排放污染物的影響，特做如下試驗研究。為保證試驗數據一致性，整個試驗都在同一臺5速手動擋小型汽車上進行，所用汽油為本司92號標準試驗用油；且為保證數據有效性，試驗前車輛磨合10000km，且每次更換催化器后，都要進行至少200km的催化器實車道路激活，然后嚴格按照排放試驗流程進行研究試驗，待排放及油耗結果達到3次穩定值后，取最后一次結果作為可信數據。所得試驗結果如表2所示，而國五排放法規限值[5]見表1。

表1 國五Ⅰ型試驗法規限值

表2 試驗結果

根據試驗結果發現：

1）起停功能開啟與否，對新鮮催化器的影響較小，其排放結果相近，可順利通過國五排放限值；

2）起停功能是否開啟，對老化催化器的影響較大，當起停功能關閉時，可以順利通過國五排放限值，但起停功能打開后，非甲烷碳氫不能通過國五排放法規限值，而且差距較大；

3）起停功能有一定的節油效果，在城市工況中可以節油5%左右，而在市郊工況可以節油1%左右，綜合節油3%左右；

4）催化器狀態對油耗影響不大。

2 原因分析

2.1 起停功能對排放污染物的影響

催化劑老化后，其性能顯著劣化，而使催化劑性能劣化的形式主要分四種：化學中毒、機械損傷、結焦堵塞及高溫失活；隨著科技水平不斷提高，前三種形式已基本解決，所以，高溫失活是當下催化劑劣化的主要因素；高溫劣化的主要原因是催化劑長時間暴露在高溫條件下，導致其貴金屬揮發、涂層脫落和載體相變，進而促進貴金屬活性組分及助劑晶粒的長大、聚集和燒結，導致貴金屬的比表面積減小，降低三元催化劑的催化特性[2，6-7]。

本次試驗研究采用的老化催化器是通過高溫爐燒制而成的，并在試驗前已經實車激活足夠里程，測得儲氧量為新鮮催化器的50%以下，已經達到老化催化器的水平，并且排放結果亦趨于穩定。

圖1 原數據THC的秒采數據

在整個排放循環中，非甲烷碳氫的含量占總碳氫的90%以上，而一氧化碳的變化趨勢與碳氫相同，故以下主要分析總碳氫的問題所在即可。

當采用原始排放標定數據時，在整個NEDC排放工況中的秒采數據如圖1所示。

由圖1可知：

1）新鮮催化器的碳氫排放量少于老化催化器；

2）針對老化催化器，起停功能對碳氫排放量的影響較大。

由以上分析可知，導致老化催化器排放超標的主要原因是起停功能的開啟，之所以在新鮮催化器中沒有表現出來，是因為催化器老化后，催化劑的儲氧能力下降，貴金屬活性降低，導致其轉化污染物的能力急劇下降，尤其是在氧傳感器處于開環狀態的時候，鑒于此，修改起停部分的標定數據：增大起動進氣量，適當減小燃油加濃系數；優化催化器加熱部分標定數據。待排放結果穩定后，確定最終排放標定數據，得出試驗結果如表3。

由表3試驗結果發現：優化排放標定數據后，新鮮和老化催化器都可以順利通過國五排放法規限值。

而在整個NEDC排放工況中，優化數據后THC的秒采數據如圖2所示。

圖2 優化數據后THC的秒采數據

圖3 優化數據前后在起停處起動表現舉例

由圖2發現，優化后的數據在起停時的總碳氫排放量明顯降低，基本沒有之前的較大峰值的出現，現提取原數據第一個總碳氫峰值處與優化后數據對比分析，見圖 3，優化起停數據后，起動時的空燃比表現明顯優于原標定數據：曲線相對光滑無波動，沉底時間縮短，并且對轉速影響不大，此時發動機的原始排放較低，對催化器的轉化能力要求相對降低，以至于排放結果滿足國五排放法規限值。

表3 優化標定數據后試驗結果

2.2 起停功能對油耗的影響

NEDC運轉循環是由1部（市區運轉循環）和2部（市郊運轉循環）組成，如圖4所示。

圖 4 NEDC 循環圖【5】

考慮到能夠順利通過排放法規限值，本司車輛起停功能是在冷卻液溫度大于 55℃時才起作用，結合到 NEDC循環中，是在發動機運行時間大于190秒后，起停功能才正式開啟。

表4 在底盤測功機上運轉循環1部循環單元【5】

另外，我司車輛是通過車輛車速為 0，檔位處于空檔，離合器鎖止來自動停車，若再次離合器脫開來起動車輛的，結合表 4，可以算出在整個城市工況中，發動機停機時間為142秒，在市郊工況中發動機停機時間為20秒。在城市工況循環中，試驗平均車速為 19km/h，4個循環的當量距離為4.052km[5]，而增加起停功能后，此時可以節油 5%左右；在市郊工況循環中，試驗平均車速62.6km/h，循環理論行駛距離為6.955km[5]，增加起停功能后，可以節油1%左右。

由以上數據可以看出，起停功能的節油表現在NEDC的城市工況中表現突出：當平均車速在19km/h，停機時間比率為18%左右時，可以節油5%左右。

3 總結

起停功能對排放的標定工作提出了更高的要求，需要精確匹配各個模塊，尤其是在老化催化器上，不僅是傳統標定數據要準確，還要對起停功能啟用時的起動部分進行精調，這樣才能保證老化催化器也能順利通過排放法規的要求。

增加起停功能后，在NEDC的城市工況中可以節油5%左右，而在市郊工況可以節油1%左右，綜合節油3%左右。

[1] 寧海洋,肖建華,王建昕.三效催化劑快速老化方法與劣化強度的關性研究［J］.汽車工程, 2002,24( 4) : 336-338.

[2] 曾恩山,熊銳,吳堅,周鑫,張宗瀾.車用催化劑的臺架快速老化研究.廣東工業大學學報, 2016,33( 6) : 49.

[3] 毛麗,龔金科,劉冠麟.車用三效催化轉化器劣化性能參數灰色關聯分析.中南大學學報(自然科學版), 2012,43( 2) : 511.

[4] 毛麗,龔金科.車用三效催化轉化器劣化性能仿真與控制措施.機電工程技術. 2013, 42( 3) : 40.

[5] 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）.中國環境科學出版社, GB 18352.5—2013,7,44-49.

[6] 龔金科,尤麗,蔡皓,劉云卿.車用三效催化轉化器劣化性能數值模擬.湖南大學學報,2008,35(1):37.

[7] LA Carol，NE Newman，GS Mann. High temperature deactivation of three-way catalyst［J］.Sae International Fall Fuels & Lubricants Meeting&Exhibition, 1989, 98:731-744.

A research about the influence of auto-start function for emission

Zou Dejin, Xu Lintao
（Brilliance Auto R&D Center, Liaoning Shenyang 110141）

The car can pass the china5 exhaust emission value limit easily with the fresh catalysts, but can’t pass the value limit if changed the aging catalysts with the same calibration data. The exhaust emission result can meet the china5 regulation requirements when we changed the calibration data of the auto start-stop function. So, the function of the auto start-stop should put forward higher request for emission calibration ability. It can be saving about 3% gasoline when we increase auto start-stop function in the NEDC cycle.

auto start-stop function; calibration; exhaust emission limit value; the fresh catalysts; the aging catalystsCLC NO.: U462.1

A

1671-7988 (2017)21-175-03

U462.1

A

1671-7988 (2017)21-175-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.060

鄒德金，中級工程師，就職于華晨汽車工程研究院 標定開發工程室。主要從事發動機整車標定工作。