國六排放標準下的貴金屬優(yōu)化方案研究

黃偉鵬，滕文文，楊壽海，吳 頌，蔣 政，歐陽天成，黃豪中

（1.東風柳州汽車有限公司，廣西 柳州 545000；2.廣西大學 機械工程學院， 南寧 530004）

鉑、鈀、銠等貴金屬是催化器的主要活性成分，被廣泛應用于三元催化器。其中鉑和鈀主要對CO、HC起催化氧化作用；銠主要對NOx起還原作用[1]。隨著國六法規(guī)[2]的實施，為了滿足苛刻的排放要求，催化器中貴金屬的含量激增，以致貴金屬的價格大幅度上漲。本文主要針對某催化器貴金屬含量較高的量產車型，在優(yōu)化催化器貴金屬配方減少貴金屬含量后，通過優(yōu)化發(fā)動機ECU控制策略，達成了國六排放法規(guī)目標。

1 量產車型的催化器貴金屬介紹

某量產車型的催化器配方如表1所示，貴金屬總含量3.7 g。

表1 催化器原貴金屬配方

2 催化器優(yōu)化方案的貴金屬目標設定

在兼顧車型產品競爭力以及法規(guī)的要求情況下，優(yōu)化方案的催化器貴金屬設定為2.0 g，相比原配方減少了1.7 g，催化器成本明顯下降。優(yōu)化后的催化器方案如表2所示。

表2 催化器變更后貴金屬配方

3 優(yōu)化方案的排放摸底

催化器貴金屬配方變更后，在標定數(shù)據(jù)不變的情況下進行的排放摸底，結果如表3所示。其中CO無法滿足法規(guī)要求，標定策略需要進一步優(yōu)化。

表3 排放結果

3.1 排放窗口的重新標定

圖1 展示了不同空燃比下，不同排放物的催化轉化效率。從圖中可知，空燃比控制在14.5～14.6，CO、HC和NOx的轉化效率高，可實現(xiàn)超低水平的HC、CO和NOx排放。因此，針對催化器貴金屬含量降低后CO嚴重超標的情況，標定需要優(yōu)化調整，精確控制空燃比在14.58，以減少CO排放生成。

圖1 不同空燃比下排放物的轉化效率

3.2 冷機起動階段空燃比標定優(yōu)化

圖2 展示了優(yōu)化前后，在WLTC排放循環(huán)中CO的排放情況。在催化器貴金屬減少后，WLTC排放循環(huán)中，在冷機起動階段，催化器轉化效率降低，CO排放增多。為了減少冷機階段的CO，一方面通過優(yōu)化起動時的空燃比控制以及暖機過程的噴油因子來減少油膜補償，以實現(xiàn)空燃比精度控制；另一方面通過優(yōu)化起燃怠速階段的點火角，提高催化器起燃轉速，進而控制催化器起燃以達到最高的轉化效率，實現(xiàn)冷機階段CO排放大幅度降低。

圖2 冷機階段，優(yōu)化前后CO排放對比

3.3 催化器斷油清氧目標空燃比優(yōu)化

圖3 展示了車輛在滑行斷油工況下，優(yōu)化前后CO的排放情況。從圖中可知，優(yōu)化前，車輛滑行斷油清氧工況，空燃比控制往偏濃一側過大，導致CO排放生成。優(yōu)化后，CO生成得以抑制，水平的CO排放。因而CO排放降低。

圖3 優(yōu)化前后，清氧工況CO排放對比

3.4 第四階段前氧窗口標定優(yōu)化

圖4 展示了在WLTC循環(huán)的超高速階段，優(yōu)化前后CO的排放對比情況。從圖中可以看出，通過優(yōu)化前氧控制窗口，實現(xiàn)較稀的空燃比控制，氧含量增多，利于CO氧化實現(xiàn)低排放，因而排放總量降低。

圖4 優(yōu)化前后，超高速段CO排放對比

4 優(yōu)化后的排放結果

標定數(shù)據(jù)優(yōu)化后，CO降低明顯，滿足排放一次限值要求，見表4。

表4 優(yōu)化前后排放結果

5 結論

催化器貴金屬降低后，催化效率會有所降低，通過標定優(yōu)化，排放仍能滿足法規(guī)要求。標定優(yōu)化是應對貴金屬價格飆漲的一個重要途徑。