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1、摩托车国m T况法排放技术路线可行性分析(2) 田良云韩本忠 熊小平景晓勇 (联合汽车电子有限公司) Feasibility Studies of Technical Solution for the Exhaust Emission from Motorcycles on the Running Mode(China Stage III)(2) Tian Liangyun Han Benzhong Xiong Xiaoping Jing Xiaoyong(United Automotive Electronic System Co，Ltd) (上接2010年第4期) 对于三元催化转化器来说，
2、对CO，HC及NO 同时达 到较高转化效率(大于80)的过量空气系数 需处于一 个狭小范围内(约001002，俗称 窗口)，并在偏浓 方向，如图5所示 ，离开这个范围，都会导致，7不同程 度降低。对于单纯的氧化型催化转化器和还原型催化转化 器来说，分别对HC、CO、及NO 的转化效率趋势与三元 催化转化器进行了对比，结果基本相同。 10O 80 6O 静 狡 40 球 20 0 一一 一 、 工作窗口 096 098 100 过量空气系数 图5催化转化器转化效率 图6图8是对某款摩托车用催化转化器在排放循环 中不同工况下的实测结果。结果表明，过量空气系数 对 于各种排放物的转化效率具有明显影响
3、。 在09910 范围内，CO、HCIINO 三者的催化转化效率同时达到 8090；当 101时，NO 的转化效率急剧下降， 大部分工况低于20；当 098时，CO的转化效率急 剧下降，大部分工况基本低于20。 为了更方便地评价 对催化转化器转化效率的影 响，综合理论分析及试验结果，对不同 下催化转化器的 平均转化效率进行了总结，结果如表2所示，并作为后面 46摩托车技术201 005 对控制方案进行分析的基础(由于怠速及低车速工况排放 占总排放量比例很小，表中数据以其他工况较高的转化效 率为基础)，阴影部分表示转化效率较高的部分。 静 辍 磐 ；卜 较 蜒 过量空气系数 图6 CO转化效率
4、过量空气系数 图7 HC转化效率 实际上，该转化效率是以定工况为基础进行的总 结，如果考虑到催化转化器起燃时间的影响及排放循环中 加减速转化效率的差异，实际排放循环的平均转化效率要 远低于表中的数值。 表2不同过量空气系数下的催化转化器平均转化效率(阴影部分为转化效率较高的部分) 080 O85 09O O92 095 097 098 099 1O 1Ol 102 1O5 c。， 10 lO 10 10 20 30 50 9o i9O 。 誊劈5 95薹 951!iii!ii!ii Hc， 25 30 40 40 60 iiiiiii!iii!iiSO善 骚 80 誊 O 一 9O 誊 190
5、 901 1iiii!ii!ii N0r， 30 37 50 68 85 iiiiiiiiiiiiiigO ： 囊： 9；iiiiiiiiiiii!ii 9 蠢 0 40 30 25 |I；L 较 磐 、 o 、) 、) 、 过量空气系数 图8 NO 专化效率 13过量空气系数控制技术 从前面分析看出，过量空气系数是发动机排放控制 的核心。无论是精调化油器还是闭环电喷控制技术，都是 为了更精确地将发动机的过量空气系数在整个排放循环中 控制在需要的范围之内，一方面最大限度地降低和平衡3 种物质的原始排放，另一方面发挥催化转化器的最佳转换 效率，保证生产一致性和排放耐久性。在整个排放循环 中，由于
6、实际工况的差异，特别是过渡性工况(起动，加 速，减速)的存在，不可能将过量空气系数始终控制在同 一个范围内，但大部分稳态工况下的过量空气系数的控制 基本上反映了整个排放循环中过量空气系数的控制水平。 下面对于过量空气系数 的讨论，主要基于稳态工况下 的控制而言。 对于闭环电喷控制技术，除了起动及急加减速工况 外，都可精确地将 控制在3以内，即可以控制 在 097103之间。闭环电喷技术还具备 自学习功能及 偏移控制，当批量生产及车辆经过耐久老化后，电喷系统 通过自适应功能始终保持 在097103范围内，并与催 化转化器所需的 窗口相适应。闭环控制的效果等同于将 稳定开环控制(不使用闭环反馈控制
7、功能)在09910 之间，这在后面的章节中会进行阐述。对于过渡性工况， 电喷系统具有灵活复杂的控制策略，使发动机尽量在靠近 理想 的条件下运行。 对于化油器技术，从大量的化油器统计数据来看， 在生产一致性方面，由于其本身的制造散差及缺乏闭环控 制手段，精调化油器最多能将 控制在75的范围 ， 这还不考虑发动机本身进排气系统及燃烧过程的散差，海 拔及环境温度变化，燃油蒸发排放控制的影响，及过渡性 工况等带来的不确定性影响。对于长期使用过程中的耐久 性，从大量实际使用情况来看，其控制偏差还会在原来的 基础上增加10以上乃至20。图9图12是实测某150 mL化油器车辆在耐久过程中(012 000k
8、m)过量空气系 数的控制情况，从图中看到，过量空气系数的控制偏差很 大，完全达不到实际需求所要求的结果。 1 25 12 糕 一 o9 o85 血4 蜊 -25 12 15 11 05 1 95 09 125 09 热机怠速012 000 km耐久 变化 l 0 5 l0 l5 20 时间，S 图9热机怠速工况 1挡15 kmh 012 000 km耐久 变化 0 5 10 l5 20 时间，S 图1O 1挡15 kmh_T_况 2挡32 kmh 012 000 km耐久 变化 0 10 15 20 时间，S 2挡32 kmh_T_况 2精调化油器技术方案分析 从目前应用情况看，化油器通过国排
9、放的技术路 201 005摩托车技术47 如 如加 0 囵口囫 制 删 捌 -25 12 15 11 O5 1 95 09 3挡50 kmh 012 000 km耐久 变化 0 5 10 时间， 20 图12 3挡50 kmh工况 线大致有：精调化油器+三元催化转化器、精调化油器+ 缸头二次补气+催化转化器(单级或两级)、精调化油器 +还原型催化转化器+二次补气+氧化型催化转化器。 前面2种方案由于结构简单，应用最普遍。为定量评 价这些技术方案的可行性，选择当前市场上比较典型的， 技术先进、生产成熟的几款125 mL发动机进行考察。当使 用 闭环控制时，即 接近09910时，其工况法原始排 放
10、结果如表3所示，该排放结果基本上处于国内摩托车发 动机原始排放的下限水平。 表3几款优良发动机的原始排放与限值比例 l 类别 _CO， HC， M q， l原始排放与国标准限值比 100200 60150 15O250 结合表1中 对原始排放的影响程度及表2中催化转 化器的平均转化效率，可以得到不同 下的发动机原始排 放，可能的实际排放与国排放限值的比例(取发动机原 始排放的下限值作为基准值，即取 =099时CO为限值 的1o0，HC为限值的60，NO 为限值的150)，如 表4所示。 表4不同 控制下3种物质通过排放限值的比例 叠 类别 过量空气系数A 08 085 09 O92 095 0
11、97 o9s ；!ili!ii99 黧 l警j 102 原始排放oMo CO， 800 700 400 300 200 175 150 100 90 75 54 CO 平均转化效率口。， 10 1O 1O 10 20 30 50 90 90 95 95 实际排放 c0=Kco XMo_CO(1 c0)， 720 630 360 270 16O 123 75 lq _ _ l j 算鬻 鬻 31 原始排放 c XMio_HC， 206 177 155 150 98 80 59 60 52 49 HC 平均转化效率口 ， 25 30 40 40 6O 80 80 80 90 9O 90 誊 实际排
12、放 Hc=KHcMio_HC X(1一日Hc)， l55 124 鬟：93 3 16 12 32 誊 ： 原始排放 n ， 86 10l 131 l34 144 144 147 15O l53 l62 l62 N( 平均转化效率 N ， 30 37 50 68 85 90 91 93 90 40 30 实际排放 J O=KNuI 0-N (1 Nq)， 60 B64 甍舀S 辟誊 2 14 i3 l1 113 。 _ 从表4数据看到，一般开环控制条件下应该始终满足 098，101】的窗口，才能保证CO、HC和N0 排放物 同时具备较高的转化效率，保证最终满足国排放标准限 值(100)。前面提到
13、，为了避免复杂工况的影响， 这里忽略了过渡性工况的情况，仅将排放循环抽象为单一 的稳态工况来进行讨论，即将稳态工况下的催化转化器转 化效率作为整个循环的平均转化效率基础。以此为依据， 定量分析各种方案的可行性。 21 精调化油器+三元催化转化器方案分析 按照化油器本身的误差控制，化油器生产一致性不 可能将 控制在098101中间，并同时保证3种物质的转 化效率，所以该方案不具备通过国的生产一致性要求。 精调化油器十三元催化转化器方案示意图如图13所示。 2。2精调化油器+缸头二次补气+三元催化转化器(或 两级)方案分析 48摩托车技术201 005 使用二次补气技术，可以让发动机在浓混合气状态 下工作，一方面提高工作性能，另一方面降低N 排放。 一般来说，考虑到整车使用性能，补气之前的 控 制在086101(考虑化油器散差75)较为合适。 但无论补气之前的 控制在何种范围，从表4看到，缸头 二次补气后的 仍然要求控制在09810l之间才可通过 国限值，此时也要求二次补气阀调节 的误差在3 以内。 + 发动机 l 催他辫囊l 1誊： lJ 图13精调化油器+三元催化转化器方案示意图 (禾完待续)
