蒸汽压力对发动机冷启动与排放的影响

孙国兵，潘宝财，贾 磊，李平伟，李斌虎

(北京汽车研究总院有限公司，北京 101300)



蒸汽压力对发动机冷启动与排放的影响

孙国兵，潘宝财，贾 磊，李平伟，李斌虎

(北京汽车研究总院有限公司，北京 101300)

油品的差异会对启动产生很大影响，尤其是低蒸汽压力(即RVP)的油会导致发动机冷启动困难甚至发动机冷机不着车。随着排放法规的日趋严格，加之启动阶段的排放在整个测试循环所占比重较大，研究汽油RVP的差异对启动和排放产生的影响有十分重要的指导意义。通过试验对比两种不同蒸汽压力的燃油在一系列温度点启动时的差异，试验结果表明低RVP值燃油相对高RVP值燃油挥发性差，导致实际进入汽缸参与燃烧的油比高RVP值要少，导致混合气偏稀、转速不稳、排放恶化，但对油耗无明显影响。

蒸汽压力，RVP；启动；排放

目前，国内的汽油油品还存在着较大的地区差异，油品差异对启动性能及排放都有影响。汽油中烯烃含量、辛烷值和硫含量的差异对车量排放性能的影响虽然国内外已有相关研究，并得出一些规律性的结论，但是燃油蒸汽压力对启动性能和排放的影响仍有待进一步研究。

使用劣质燃油，会导致发动机在启动和启动后失火，引起HC排放的大量增加。目前较差油品导致排放恶化甚至超标的现象仍然存在。因此，对油品差异的研究是很有必要的。

本文通过在同一辆车上使用两种不同蒸汽压力的燃油，进行了一系列温度点的启动、排放对比试验。选取了燃油A(海南油)和燃油B(北京油)进行对比。

表1 油A(海南油)和油B(北京油)对比

1 对冷启动与冷机怠速的影响

在启动过程中，过量空气系数(lambda)的表现将直接影响启动的稳定性及排放，理想情况下启动时lambda应沉底到0.7附近，沉底之后快速、平顺地上升到1。无论从燃烧稳定性还是降低排放的角度考虑，既不应长时间偏浓，也不应有较大的上冲。

表2 不同温度启动lambda表现对比

从两种燃油的启动lambda表现可以看出：蒸汽压力低的燃油在20 ℃、30 ℃启动时会偏稀较多，当启动温度高于45 ℃油品的差异就不明显了。随着启动温度的升高，混合气偏稀程度呈下降趋势。

图1为20 ℃时启动两种油品的lambda差异，试验结果表明：相同温度条件下，启动过程蒸汽压力低的燃油混合气偏稀。而在同一辆车上采用相同的数据在相同工况点下的喷油量是一致的，不同的lambda表现是由于燃油的蒸汽压力不同，使得实际进入汽缸(参与燃烧)的油量不同而导致的。这种差异在较低温度下较为明显，在45 ℃及以上温度时就已经变得很微弱了。

图1 20 ℃启动两种油的lambda对比Fig.1 Lambda contrast of two oils at 20 ℃

由于启动初期为了确保可靠启动需要提供较浓的混合气(进气温度低，燃烧不稳定，容易造成失火)以弥补混合不均匀的不足，并且三效催化器并未起燃，必然会产生大量的HC。发动机启动后，在确保稳定工作的前提下，将过量空气系数尽快上升到1，有利于燃油在缸内及排气管内的氧化，能够降低启动的HC排放。从图1可以看出蒸汽压力低的燃油A启动后混合气过量空气系数达到1的时间长，而且启动阶段稀混合气可能会导致失火，甚至启动失败。

图2 20 ℃启动两种油品的转速对比Fig.2 Two kinds of oil speed comparison at 20 ℃

低RVP值燃油相对高RVP值燃油挥发性差，导致实际进入汽缸参与燃烧的油比高RVP值要少，从而导致混合气偏稀，转速不稳。图2为20 ℃启动两种油品的转速对比，从图中可以看出燃用油A时怠速阶段转速波动也比油B要大，进一步验证较低的蒸汽压力会使得混合气偏稀并导致怠速不稳。

2 对排放的影响

本文也分别用两种燃油进行了20 ℃排放的对比试验，表3为两种燃油的排放及油耗结果对比表，表3中数值为国五排放限值的百分比。

表3 排放及油耗结果对比

图3和图4分别是排放循环中油A和油B的HC排放秒采值。

图3 油A排放循环HC排放秒采图Fig.3 Oil A discharge cycle HC emission seconds chart

图4 油B排放循环HC排放秒采图Fig.4 Oil B discharge cycle HC emission seconds chart

配有催化器的汽油机在排放测试循环中HC排放的60%～80%是在冷启动阶段产生的[1]。与前面启动表现相吻合的是：油A的HC排放比油B高出了47%。蒸汽压力低的油会使燃烧状况变差，排放恶化。在油耗方面两者差异不是很大。排放污染物中受蒸汽压力不同影响最大的是HC，这是因为燃油蒸汽压力低，相应的挥发性会比较差，湿壁效应会更明显，形成的混合气会不均匀，并且冷激效应会增大，导致HC排放显著增加。由以上试验结果可以看出，蒸汽压力不同而带来的差异是不容忽视的。

3 结论

第一，低RVP值燃油相对高RVP值燃油挥发性差，导致实际进入汽缸参与燃烧的油比高RVP值要少，从而导致混合气偏稀，转速不稳。

第二，蒸汽压力低的油会使燃烧状况变差，排放恶化。

第三，蒸汽压力的差异在油耗方面两者差异不是很大。

[1] R.M.Heck and R.J.Farrauto.Catalytic Air Pollution Control，Commercial Technology[M]. Van Nostrand Reinhold：New York，1995.

Effect of steam pressure on cold start and emissions of engine

SUN Guo-bing, PAN Bao-cai, JIA Lei, LI Ping-wei, LI Bin-hu

(Beijing Automotive Research Institute Co., Ltd., Beijing 101300, China)

The difference in oil will have a significant impact on the start, especially the low vapor pressure (ie, RVP) of the oil will lead to the cold start of the engine. As the emission regulations become more stringent, and the proportion of emissions in the start-up phase is larger than that in the whole test cycle, it is very important to study the influence of gasoline RVP on start-up and emission. The experimental results show that the fuel volatility is poor in low RVP value of the fuel, resulting in the combustion of oil volume is less than the high RVP value. Issues in partial thin of mixed gas, unstable speed and deterioration of emissions, but there is no significant impact on fuel consumption.

Steam pressure; RVP; Start; Emission

2017-03-05

孙国兵(1983-)，男，硕士研究生。

TK464

A

1674-8646(2017)10-0094-02