国六OBD远程排放管理涉及的汽油机内净化技术

2020-03-02 16:52:10 刘国琼 47

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自国六OBD远程排放管理终端全国强制执行以来,深圳速锐得基于交通特征机动车排放的微观控制技术汽油机内净化进行一些研究,并根据其特性定制国六OBD远程排放管理终端。在机动车排放控制技术中,主流的汽油车机内净化技术主要有电子控制燃油喷射系统、推迟点火提前角、废气再循环、燃烧系统优化设计、可变进气系统和层状充气发动机以及汽油机直喷技术等。

 

一、电子控制燃油喷射系统

 

电子控制器有喷射系统(Electronic Fuel Injection System)后边简称EFI,名字太长了。它能利用各种传感器检测发动机的各种状态,经微机的判断、计算,使发动机在不同工况下均能获得合适空燃比的混合器,汽油车空燃比一般是14.71,一般汽车工作的时候会自动根据不同工况来调节。EFI系统是在现代计算机技术和测试技术基础上发展过来的,算得上是排放技术领域的重大进步,能够有效降低机动车污染物排放。所以,我们平时总说空燃比,指的就是多点电喷汽油车为了保证排放设计的这套电子控制燃油喷射系统,不过已经很平常,我们采用OBD读取数据的时候,一般都能显示在14.71这个数值左右,高转速的情况下,会调节到121左右,输出更高的动力。


电控汽油喷射系统具有缸内混合气分配均匀、充气效率高、良好的瞬间响应特性、汽油雾化质量好等优点,采用的有开环控制和闭环控制两种方式。


1、开环控制 开环控制是把根据实验确定的发动机各种运行工况的最佳供油参数先存入计算机,发动机运行时,计算机根据系统中各个传感器的输入信号判断发动机所处的运行工况,由此计算出最佳供油量,经功率放大器控制电磁喷油器的喷射时间,从而精确控制混合气的空燃比。


2、闭环控制 闭环控制是指在排气管内加氧传感器,根据排气中的含氧量的变化对进入汽缸内的可燃混合气的空燃比进行测定,并不断与设值进行比较,根据比较结果修正喷油量,最终使空燃比保持在设定值附近。闭环控制的优势在于与三元催化剂配合,控制空燃比在14.71左右,达到最有效降低污染排放的目的。


对于启动、暖机、加速等过渡工况仍需要开环控制,以确保发动机运行的稳定性,我们经常会碰到车出现排放故障灯亮起,是因为排放不达标,80%以上的情况都与氧传感器电压和三元催化剂温度有关系,所以,无论是对于国四、国五还是国六的OBD远程排放管理来说,这项数据是必要采集项。

 

二、推迟点火提前角

 

点火提前角对发动机的动力性、经济性、排放特性和噪声有重要影响,但推迟点火提前角一直是最简单易行也是最普通的排放控制技术。


随着点火提前角的减小及推迟点火,HC化合物和NOx的排放明显降低。HC降低是因为排气温度上升,促进了排气过程中HC在汽缸内和排气管内的氧化。NOx降低的原因是随点火提前角的推迟后,最高燃烧温度呈直线下降。但是随点火提前角的推迟,会使燃烧压力下降和平均有效压力上升,因而靠推迟点火提前角的推迟,降低排放是有限的,在不使动力性能和燃油消耗明显恶化的情况下,NOx仅能降低10-30%,标定的时候会综合考虑排放特性、动力性能及经济性来确定最佳点火提前角。

 

三、废气再循环

 

废气再循环(Exhaust Gas RecirculationEGR)是控制氮氧化物排放的主要措施,被广泛使用,确定就是只对氮氧化物的气体污染物有效。由于排气中氧含量很低,主要由惰性气体氮气和二氧化碳沟通,一部分排气经过EGR阀还流回进气系统,与新鲜混合气混合后,稀释了新鲜混合气中的氧浓度,导致燃烧效率降低,同时还使新鲜混合气的比热容提高。


EGR增加过大,使燃烧速度太慢,燃烧变得不稳定,容易熄火,HC化合物也会增加,EGR过小,NOx排放达不到法规要求,容易产生发动机过热,我们在做整车控制策略的时候,EGR的控制策略主要就有如下几个方面:


1、当EGR率小于10%的时候,燃油消耗量基本不增加,当EGR率大于20%时,发动机燃烧不稳定,HC化合物增加10%,将EGR率控制在10%-20%范围内,随负荷增加,ER率允许值也增加。


2、低速和怠速负荷时,NOx排放浓度低,为保证稳定燃烧,不进行EGR,所以,内燃机是无法零排放这个是核心原因。


3、发动机是热机的状态下,进行EGR,冷机温度较低时,氮氧化物的排放浓度也低,混合气供气不均匀,这时候怠速和进气都会偏大,保证发动机的正常燃烧,冷机的时候也不进行EGR


4、大负荷、高速时,为了保证发动机的动力,此时,混合气较浓,你看跑车的进气系统,都做的比较夸张,此时氮氧化物排放生成物比较小,不进行EGR或者减小EGR率。


5、废气再循环量对于NOx排放和油耗的影响还受空燃比、点火提前角等因素的影响,因此在对EGR控制时,同时对点火进行综合控制,才能得到较好的发动机性能,所以,他们之间有密切的相关性。

 

四、燃烧系统的优化设计

 

1、紧凑型的燃烧室形状 现在发动机是越做越小,动力是越来越足,但是不同燃烧室的形状,可能对动力性能会造成很大差别,这也是为什么那么多发动机厂苦心研究,哪怕就是用一套成熟的技术,如何做小,用原有缸体,如何提高动力,想破了脑袋。另外就是火花塞的位置在高压包的保护下,都布置在了燃烧室的中央,缩短火焰传播距离。图的就是燃烧时间短、提高热力循环的等容度,热效率提高,降低碳氢化合物和一氧化碳的排放。


2、改善缸内气流运动 提高缸内混合气的涡流和湍流程度,有助于加强油气混合,保证快速燃烧和完全燃烧。


3、合理提高压缩比 由于汽油机的热效率低于柴油机的重要原因是压缩比不够,提高压缩比一直是汽油机多年来的改进方向。


4、提高进气量 由传统的每缸两个气门布置改为345气门布置,或者采用涡轮增压可以明显提高进气充量,减少泵气损失,这样不仅使用汽油机的燃油效率消耗降低提供压力,而且也降低了污染物的排放。这也是为什么带涡轮增加的比不带涡轮增加汽车要贵的原因,这个装置不仅仅是提升发动机动力哦。


5、减少不参与燃烧的缝隙容积 燃烧室紧凑、活塞环的设计,都降低了大量的碳氢化合物。

 

五、可变进气系统和层状充气发动机

 

为了提高充量系数,除采用多气门外,各种可变参数进气系统也开始在高端车上引用,发动机排气过程中是一个周期性的脉动过程,进排气系统中存在强大的压力波动。利用压力波来提高进气门关闭前的进气压力可得到增大进气充量效果,被称为动态效应,也称为惯性增压。不少改装领域采用可变长度的进气管可使所有转速的转矩平均增加8%,最大增加12-14%,由此可极大改善发动机的动力性、经济性及排放特性。改变进气门的定时,对发动机的性能影响相对要比改变排气门定制明显,但是改排气更容易操作和实现。大街上炸街的改装车,其实如果不是嫌弃声浪大的话,还是值得推荐改装的,要不要浪,完全取决于场景。


为了保证点火,在火花塞附近形成浓混合气,而在其他区域供给稀混合气,按这样要求设计的发动机称为层状充气发动机。实现这个要求一般采用柴油机一样分隔燃烧室的形状,副燃烧室内装有火花塞,相当于燃烧室的作用,给副燃烧室提供浓混合气。

 

六、汽油车直喷技术


这个大家都比较熟悉,直喷发动机是目前当代轿车技术普遍使用的一种内燃机技术。它将汽油直接喷到燃烧室内与空气混合、燃烧。同时还具有汽油机和柴油机的优点,使均匀燃烧和分层燃烧成为现实,极大的提高混合气的混合程度,更精准的控制燃烧过程的空燃比,从而达到完全燃烧,从而降低未燃烧的碳氢化合物排放。


汽油机直喷技术可增大发动机的压缩比,提高发动机的的热效率,节能30%以上。

 

      关于在实行的国六OBD远程排放在线监测平台,要对各项指标尚能达到国家排放标准要求的在用车辆,非强制性进行更新,或者通过税费调节机制,促使非标车辆及发动机车辆移出重点城市。

 

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