日本无码免费高清在线|成人日本在线观看高清|A级片免费视频操逼欧美|全裸美女搞黄色大片网站|免费成人a片视频|久久无码福利成人激情久久|国产视频一二国产在线v|av女主播在线观看|五月激情影音先锋|亚洲一区天堂av

  • 手機站
  • 小程序

    汽車測試網(wǎng)

  • 公眾號

    • 汽車測試網(wǎng)

    • 在線課堂

    • 電車測試

燃?xì)庠龀淌交靹榆嚰虞d策略對NOx排放影響

2021-11-15 19:48:48·  來源：《內(nèi)燃機學(xué)報》  
　
天然氣發(fā)動機由于燃燒相對清潔在商用車領(lǐng)域的需求與日俱增，將其應(yīng)用于增程式混合動力車可以有效提升整車經(jīng)濟性。典型發(fā)動機啟動階段瞬時NOx排放30 s平均值小于5
天然氣發(fā)動機由于燃燒相對清潔在商用車領(lǐng)域的需求與日俱增，將其應(yīng)用于增程式混合動力車可以有效提升整車經(jīng)濟性。典型發(fā)動機啟動階段瞬時NOx排放30 s平均值小于550×10占比僅為99.6%，低于京VI法規(guī)要求的100%。本期推文筆者研究了典型增程式混合動力燃?xì)廛嚨陌l(fā)動機啟動階段的運行特征，并研究了啟動階段加載時間和路徑對整車排放的影響和探索了不同加載策略對達標(biāo)京Ⅵ法規(guī)的潛力。

一、試驗設(shè)備及方法

試驗在一臺插電式增程式混合動力燃?xì)廛嚿线M行，整車裝配了玉柴YCS04N 燃?xì)獍l(fā)動機。按照中國典型城市公交循環(huán)(CCBC循環(huán))工況開展試驗，其運行工況如圖1所示，一個CCBC循環(huán)約為1 300 s。


圖1 傳統(tǒng)燃?xì)廛嚭吞烊粴庠龀淌交旌蟿恿囋趯嶋H道路工況的發(fā)動機運行特性
典型天然氣增程式混合動力車在實際道路工況下發(fā)動機的瞬時排放如圖2所示。通過對圖2中高NOx產(chǎn)生區(qū)域以及其對應(yīng)的實際空燃比進行分析，發(fā)現(xiàn)NOx瞬時排放值偏高的主要原因是：在發(fā)動機啟動階段和加載完成后，由于混合氣濃度不能精確控制，導(dǎo)致空燃比實際值與目標(biāo)值偏差大，催化器效率低，造成整車NOx排放高。因此，需要對發(fā)動機加載策略進行優(yōu)化設(shè)計以改善加載過程的空燃比控制。


圖2 天然氣增程式混合動力車啟動過程主要參數(shù)變化
試驗用增程式混合動力車典型的啟動過程如圖3所示。在接收到整車發(fā)送的啟動指令后，發(fā)動機首先通過被拖轉(zhuǎn)成功啟動并回到怠速工況點(即圖3 中t0段)，然后在怠速工況點工作較短時間后加載至發(fā)電工況點(即圖3中t1段)。為提升整車經(jīng)濟性，應(yīng)盡量縮短t0段的時間占比，同時由于該時間段發(fā)動機負(fù)荷小，NOx排放滿足京Ⅵ法規(guī)要求。在t1階段發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷同步上升，并在3 s內(nèi)從怠速點直接加載至發(fā)電工況點(轉(zhuǎn)速為1 500 r/min、90%負(fù)荷)。



圖3 增程式混合動力車典型的啟動過程
由于典型啟動階段內(nèi)的NOx 排放高無法滿足京Ⅵ法規(guī)，因而針對t1加載階段設(shè)計了該階段內(nèi)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負(fù)荷上升的不同策略(即不同加載時間和路徑)來研究其對整車排放的影響。圖4為設(shè)定的不同加載策略。加載策略A對應(yīng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩同步上升，其中加載策略A有A1和A2兩種不同方案，A1為前面提到的典型快速加載路徑，總加載時間為3 s，而新設(shè)計的A2方案總加載時間從3 s 延長至40 s。該設(shè)計是為了縮小實際空燃比相對目標(biāo)空燃比的偏離程度。與加載策略A不同的是，加載策略B 的設(shè)計將轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速分時控制，先提升發(fā)動機轉(zhuǎn)速至目標(biāo)轉(zhuǎn)速，再提升發(fā)動機轉(zhuǎn)矩至目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，各加載時間均為20 s，總時間仍為40 s。這不僅是為了使實際空燃比的控制更加穩(wěn)定，而且是為了控制發(fā)動機的加載路徑遠(yuǎn)離高NOx生成區(qū)域，從而降低了發(fā)動機原排(沒有安裝后處理器時的排放)。


圖4 新設(shè)計的加載策略對應(yīng)的運行工況對比

二、試驗結(jié)果及分析

圖5為典型加載路徑(即發(fā)動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩同步上升)中不同加載時間下瞬時NOx排放和瞬時NOx排放30 s均值隨時間變化。加載時間3 s(即典型快速加載策略)由于加載時間過短，啟動工況變換過于激烈，發(fā)動機難以對混合氣濃度實現(xiàn)精確的控制，導(dǎo)致啟動階段的NOx排放較高。當(dāng)延長加載時間分別至20、30 和40 s 時，NOx排放明顯降低，且加載時間為40 s 時對應(yīng)的排放基本能達標(biāo)北京地區(qū)Ⅵ階段法規(guī)要求?？紤]到在啟動階段進一步延長加載時間可能對發(fā)動機的響應(yīng)性和經(jīng)濟性造成不利影響，且40 s加載時間對應(yīng)的NOx排放已基本滿足要求。因此，在研究中選擇加載時間為40 s 進行不同加載路徑的設(shè)計和對比分析，希望通過加載路徑的優(yōu)化來進一步降低NOx排放而不影響發(fā)動機的經(jīng)濟性和響應(yīng)性。


圖5 典型加載路徑中不同加載時間對NOx排放的影響
圖6為試驗發(fā)動機的原排NOx萬有特性，可見路徑A(A1和A2)采用轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩同步提升的策略導(dǎo)致發(fā)動機NOx原排較高，難以滿足瞬時NOx的排放要求。相比路徑A，路徑B在初始加載階段(即提升轉(zhuǎn)速階段)由于發(fā)動機NOx原排低，可以保證整車最終NOx排放滿足法規(guī)要求。同時，在運行的后階段，由于前期工作時間較長，發(fā)動機混合氣空燃比實際值逐漸接近目標(biāo)值，確保滿足催化器對混合氣濃度的需求，同時發(fā)動機原排NOx也保持在較低水平，最終保證了整車NOx排放始終在較低水平。


圖6 發(fā)動機原排NOx萬有特性
不同加載策略對發(fā)動機實際空燃比的影響如圖7所示。對于快速加載策略A1在啟動加載階段，由于啟動過程加載時間為3 s 過短，啟動工況變換過于激烈，發(fā)動機難以對混合氣濃度實現(xiàn)精確的控制，導(dǎo)致空燃比實際值與目標(biāo)值偏差大。此外，發(fā)動機重新啟動后，空燃比需要重新進入閉環(huán)控制，且空燃比達到閉環(huán)和自適應(yīng)穩(wěn)定需要一定的時間，因而難以滿足高效后處理器對混合氣濃度的控制精度要求。相對A1加載策略，A2策略保持加載路徑不變而延長加載時間為3 s 至40 s。這明顯減小了發(fā)動機混合氣空燃比的實際值相對目標(biāo)值的波動，更接近空燃比的控制目標(biāo)值，有助于整車NOx排放的改善。新設(shè)計的加載策略B相對策略A1不僅延長了加載時間還改變了加載路徑。整體混合氣濃度波動相對較小，特別是啟動階段和加載完成后，進一步確保了整車排放的合規(guī)性。


圖7 不同加載策略的實際空燃比
圖8為不同加載策略對應(yīng)的瞬時NOx排放和瞬時NOx排放30 s平均值。發(fā)動機采用常規(guī)快速加載策略A2在啟動階段NOx排放偏高，主要是因為該階段內(nèi)發(fā)動機混合氣空燃比實際值與目標(biāo)值差異較大，此時發(fā)動機原排對整車最終尾氣排放有決定性作用。圖8a所示對于加載策略A2，混合氣濃度相對目標(biāo)值之間波動的改善，顯著降低了啟動階段和加載完成后的瞬時NOx排放峰值。而對于加載策略B，發(fā)動機原排的降低和混合氣濃度控制的改善進一步降低了啟動階段的瞬時NOx排放峰值。從圖8a中還可以看出，加載策略B在加載完成后的NOx排放峰值已不存在，NOx保持在低排放水平。這主要得益于該策略對空燃比的影響(圖7)。綜上所述，相對于加載策略A1，新設(shè)計的加載策略A2和B通過改善發(fā)動機原排和空燃比的控制降低了瞬時NOx排放，從而減小了瞬時NOx排放30 s平均值如圖8b所示。


圖8 不同加載策略瞬時NOx排放和瞬時NOx排放30 s平均值
表1對研究中3種不同加載策略下整車的排放數(shù)據(jù)相對于國Ⅵ和京Ⅵ的合規(guī)性進行了綜合性的對比。可見，3種加載策略下，整車的NOx排放均能滿足國Ⅵ法規(guī)要求。這主要是因為增程式混合動力車對應(yīng)發(fā)動機的運行工況單一，且工作穩(wěn)定，因而總體排放較傳統(tǒng)的燃?xì)廛囈停菀诐M足國Ⅵ限值要求。然而，3 種不同加載策略中，只有加載策略A2和B 的NOx排放可以滿足京Ⅵ法規(guī)要求，并且策略B的排放優(yōu)于策略A2，這主要是啟動階段排放差異造成的。從圖8可以看出，發(fā)動機實際工作過程中，NOx排放峰值主要出現(xiàn)在發(fā)動機從停機到運行至發(fā)電工作點的啟動階段。在啟動階段，策略A1的NOx瞬時峰值最高，高達1 076×10，對應(yīng)的NOx瞬時排放30 s 平均值高達786×10，無法滿足京Ⅵ法規(guī)對NOx瞬時排放的要求。策略A2的NOx排放值次之，分別為775×10和504×10。策略B的NOx瞬時排放和NOx瞬時排放30 s平均值最低，分別為538×10和271×10。

表1 3種不同加載策略整車NOx排放合規(guī)性對比

圖9為分析不同加載策略對整車HC和CO排放的影響，對不同加載策略對應(yīng)的后處理入口溫度進行了對比。新設(shè)計的加載策略A2和B雖然稍微降低了后處理的入口溫度，但整體溫度能夠保持在400℃以上，滿足催化器高效轉(zhuǎn)化的床層溫度要求(大于400 ℃)。因此，HC和CO排放能很好地通過三元催化器進行高效轉(zhuǎn)化控制。表2對比了3種不同加載策略相對于國Ⅵ排放限值的整車HC和CO排放。京Ⅵ相比于國Ⅵ法規(guī)對整車NOx瞬時排放有嚴(yán)格要求，而對HC和CO排放無更嚴(yán)的限值要求。通過高效TWC的轉(zhuǎn)化，3 種加載策略的整車HC和CO排放明顯低于國Ⅵ法規(guī)要求的排放限值，且加載策略B的HC和CO排放略優(yōu)于策略A1和A2。


圖9 不同加載策略的后處理入口溫度
表2 3種不同加載策略的整車HC和CO排放國Ⅵ法規(guī)性對比

三、結(jié)論

(1) 典型的快速加載策略(策略A1)存在空燃比控制精度差，啟動階段NOx排放偏高而無法滿足京Ⅵ法規(guī)的關(guān)鍵問題；通過采用加載時間延長至40 s的控制策略(策略A2)，對空燃比進行優(yōu)化控制來穩(wěn)定降低啟動階段的NOx排放，使整車NOx排放基本能滿足京Ⅵ法規(guī)要求，但相對NOx法規(guī)限值的裕度不大。
(2) 通過設(shè)計加載策略對轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進行分時控制(加載策略B)，能進一步提升啟動階段的空燃比控制精度，改善混合氣濃度相對控制目標(biāo)的一致性，這導(dǎo)致NOx排放得到進一步的降低，使整車NOx排放不僅能夠滿足京Ⅵ法規(guī)要求，而且保證了足夠的限值裕度。
(3) 加載策略A2 和B 在滿足京Ⅵ法規(guī)的同時，由于啟動階段時間占比較小，對整體經(jīng)濟性的影響很??；由于不同加載策略的后處理器入口溫度整體保持在400℃以上，滿足催化器高效轉(zhuǎn)化的床層溫度要求(大于400 ℃)，因而HC和CO排放能很好地滿足限值要求且策略B略低于策略A1和A2。

文獻來源
[1]朱 贊,鄧遠(yuǎn)海,官 維.燃?xì)庠龀淌交靹榆嚰虞d策略對NOx排放影響[J].內(nèi)燃機學(xué)報,2021,(05):439-444.
 
分享到：
 
反對 0 舉報 0 收藏 0 評論 0
滬ICP備11026917號-25