利用汽車加熱器降低汽油機(jī)冷啟動(dòng)排放的研究.pdf

1、歐洲Ⅲ/歐洲Ⅳ法規(guī)增加了對(duì)輕型汽油車的低溫冷啟動(dòng)過程的HC和CO排放測(cè)試，該測(cè)試也稱為Ⅵ型試驗(yàn)。已報(bào)道的試驗(yàn)結(jié)果表明：在－7℃環(huán)境溫度下，按歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)排放檢測(cè)循環(huán)試驗(yàn)的汽油機(jī)在冷啟動(dòng)過程前195秒采樣時(shí)間內(nèi)的THC比常溫下的測(cè)試結(jié)果高了15倍左右。為滿足歐Ⅲ排放法規(guī)的要求，本文提出通過利用汽車加熱器在冷啟動(dòng)前提升汽油機(jī)的體溫的方案，重點(diǎn)解決－7℃環(huán)境溫度下的冷啟動(dòng)排放問題。方法是：利用汽車加熱器在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)前預(yù)熱汽油機(jī)水套內(nèi)的冷卻液以提

2、高發(fā)動(dòng)機(jī)體溫，同時(shí)加熱器的燃?xì)饨璧廊Т呋髋懦觯@可方便而有效地提高三效催化器的入口溫度。這樣既提高了燃燒室壁溫、減少了冷激效應(yīng)的影響、改善了混合氣形成，減少啟動(dòng)過程中HC和CO在缸內(nèi)的產(chǎn)量，又保證了發(fā)動(dòng)機(jī)在冷啟動(dòng)的開始階段三效催化器可以很快達(dá)到起燃溫度，有效轉(zhuǎn)化有害排放。顯然這種方法對(duì)于減輕汽油機(jī)冷啟動(dòng)過程的排放是非常有效的措施。 該方法要求汽車加熱器的排放水平應(yīng)遠(yuǎn)優(yōu)于汽油機(jī)的情況，為此本課題利用西迪阿特公司的通用流體力學(xué)模

3、擬軟件STAR－CD對(duì)D5LC空氣加熱器的燃燒室進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了燃燒室內(nèi)部流場(chǎng)的分布情況、燃燒室內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)形成的影響、燃燒過程的溫度場(chǎng)和排放生成的情況，為實(shí)現(xiàn)燃燒室內(nèi)高效低污染燃燒提供了理論基礎(chǔ)。計(jì)算結(jié)果表明：在二次風(fēng)進(jìn)氣彎管的切向進(jìn)氣道處流速達(dá)到最大值，符合二次風(fēng)的設(shè)計(jì)思想；強(qiáng)化擾動(dòng)使得流動(dòng)區(qū)域內(nèi)的已燃?xì)怏w與新鮮空氣充分混合；二次風(fēng)流速很大，和一次風(fēng)存在比較明顯的流速差，導(dǎo)致在二級(jí)縮口處相遇的時(shí)候形成負(fù)壓區(qū)而產(chǎn)生回流，一方面

4、保證了火焰的穩(wěn)定性，另一方面可以使得混合氣在燃燒室盡可能的停留較長(zhǎng)的時(shí)間，保證混合氣的充分混合和燃料的充分燃燒。 在歐Ⅲ低溫冷啟動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行了汽油機(jī)與加熱器聯(lián)合運(yùn)行以后冷啟動(dòng)階段排放水平的初步測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方案能夠有效降低汽油機(jī)冷啟動(dòng)階段的THC、CO、NOx等有害排放量。原機(jī)的THC主要產(chǎn)生于冷啟動(dòng)及暖機(jī)過程(約為前90秒)，THC的排放峰值基本對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的減速段。本實(shí)驗(yàn)中，使用加熱器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱之后，冷啟動(dòng)階

5、段THC的排放大幅降低，在催化器前可以降低THC排放58.7﹪，在催化器后可以降低THC排放53.8﹪。原機(jī)及使用加熱器后CO的峰值均出現(xiàn)在減速段。CO主要產(chǎn)生于啟動(dòng)初期，催化轉(zhuǎn)換器起燃以后CO基本被氧化。冷啟動(dòng)時(shí)混合氣較濃，空燃比較小，催化轉(zhuǎn)換器尚未起作用，因此形成大量CO。在冷啟動(dòng)及暖機(jī)階段，使用了加熱器之后在催化器前可以降低CO排放8.15﹪，在催化器之后減少20.02﹪。NOx排放的峰值對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)中、大負(fù)荷工況。這主要是由于隨