彭李 黄德高 杜松

摘  要：国6法规中首次提出对PFI发动机排放污染物中的PM进行控制，且其限值与GDI发动机保持一致。当前国内轻型商用车主要搭载PFI汽油发动机，对PM的排放控制尚属世界范围内首次。文中提出对轻型商用车搭载的PFI汽油机PM污染物排放影响要素，并从中找到的控制的方法，有效降低了WLTC中的PM污染物排放。

關键词：轻型商用车;污染物控制;PM

中图分类号：U467.1+9    文献标识码：A    文章编号：1005-2550（2020）03-0054-05

Abstract： The control of PM in PFI engine emission pollutants is proposed for the first time in the national 6 regulations， and its limit value is consistent with that of GDI engine. At present， domestic light commercial vehicles mainly carry PFI gasoline engine， and the emission control of PM is the first time in the world. In this paper， the influencing factors of PM pollutant emission from PFI gasoline engine carried by light commercial vehicles are put forward， and the control methods are found out to effectively reduce the emission of PM pollutants in WLTC.

Key Words：  light commercial vehicles; pollutant control; PM

随着经济的快速发展，人们的物质生活水平得到质的提升，同时人类对生存环境尤其是大气环境的要求也越来越高。伴随经济发展而来的空气污染与人类对优质大气环境需求之间的矛盾越来越突出。汽车尾气中有害物质对大气环境的不利影响也越来越受到关注，为此环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合颁发了《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（简称：国6法规）[1-2]。国6法规中首次对自然吸气汽油发动机燃烧产生的PM纳入监控且限值与GDI发动机保持一致。这在世界范围内属于首创，对当前已量产的PFI发动机排放污染物控制提出了更高的要求。

综上，基于某轻型商用车搭载1.5  L PFI发动机开展国6b法规测试，采取多种方法，使车辆降低排放污染物中的颗粒物PM含量，满足法规要求。

1    国6法规与国5法规的差异性分析

国5法规中，对于排放测试循环采用NEDC排放循环，国6法规则采用WLTC循环，测试循环有较大差异。

WLTC循环工况测试时间为1800  s，NEDC循环测试时间为1108  s，且WLTC循环测试工况以急加速、急减速为主，相对NEDC循环，发动机运行工况变化剧烈，对发动机电喷控制系统（简称：EMS）的瞬态控制和过渡工况控制提出了更高的要求。

通过对1.5L PFI发动机在WLTC循环中的运行工况分析，相对NEDC循环，发动机将长期处于大负荷工况运行。在工况下，发动机燃烧室中温度较高，产生PM数量将高于NEDC循环。

2    PFI发动机PM污染物的控制方法

2.1   优化喷油器的雾化效果

在某轻型商用车上搭载1.5  L PFI发动机采用4孔喷油器按照WLTC循环工况进行测试，其测得的排放结果见表1：

根据排放测试结果，NOx和PM结果严重超出法规限值，可通过污染物的结果分析其超标原因为：在WLTC工况中，由于发动机负荷较大，燃烧室内温度较高所致。

在WLTC循环的超高速段产生，此时发动机负荷较大，在不进行动力加浓的情况下，空燃比为14.7，排气歧管模型预估温度为1109℃，NOx和PM均在此工况下产生。

经分析，认为NEDC循环中，采用4孔喷油器在不考虑PM控制的情况下，能满足污染物排放的要求。但因WLTC循环，发动机运行工况发生变化，在大负荷工况下，由于燃烧温度过高，需进一步优化喷油器的雾化效果，降低PM的产生。采用6孔喷油器方案进行验证。

采用6孔喷油器后，该车再次进行WLTC排放测试，测试结果见表3：

通过表3测试结果可知，采用雾化效果更佳的6孔喷油器后，该1.5L PFI发动机在WLTC中NOx和PM的排放水平得到了明显的控制，但仍具满足法规有一定距离，需要进一步降低PM的排放水平。

2.2   WLTC循环超高速段的影响

通过在WLTC测试循环中，发现PM污染物主要出现在超高速段。而按照GB18352.6-2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》附件CA《I型试验用测试循环及分解》和CB《手动档汽车的换档选择及换档点的计算方法》的要求，在超高速段时若车辆的额定功率不能满足超高速段的最大需求功率，可对标准测试循环进行修正。

因该货车最高设计车速为120  km/h，通过对该车搭载1.5  L PFI发动机在超高速段的需求功率和实际发出的可用功率进行对比。按照该车最高车速进行的实际可用功率与需求功率对比见图5：

通过图5可以分析，在超高速段，按照车辆最高车速120  km/h，有部分区域的需求功率>实际功率，在该区域内，一旦实际车速无法跟随WLTC的要求車速，则需要踩全油门。该操作将导致排放恶化甚至超标。

按照GB18352.6-2016中附件CA《I型试验用测试循环及分解》中CA.4循环修正的要求，对该车最高车速进行限制，以满足车辆排放达标的需求。修正后的功率对比见图6：

通过将车辆最高车速锁定在100km/h，在WLTC中超高速段的功率需求满足法规要求，同时无全油门加速的风险，有利于排放污染物的控制。

2.3   排气采样尾管的影响

在采取了超高速段车速修正和6孔喷油器后，车辆排放污染物中的气态污染物趋于稳定，但颗粒污染物，尤其是PM的排放物呈不规律态分布。通过对车辆使用不同的测试质量进行试验，其数据统计见表4：

通过用滤纸分段采集WLTC中低速、中速、高速、超高速等四种工况的尾气PM，发现高速和超高速PM占整个WLTC循环的80%以上。数据见表5：

为分析高速及超高速段PM产生的具体工况，通过采用AVL 483烟度计对WLTC中的颗粒物产生情况进行分析。数据采集结果见图7：

通过对AVL 483烟度计的采集数据分析，发动机排放污染物中的颗粒物在高速段和超高速段并没有出现明显的增加。故对滤纸中采集的成分进行分析。分析结果见图8：

通过对滤纸中对成分分析，如上图9所示，发现F元素占比最大，而该元素并未存在与发动机和三元催化器中，怀疑为排放试验室所用的橡胶密封管因高温炙烤导致F元素挥发，进而影响了试验测试结果，下图10所示：

为验证该判断，将排放实验室的气体采集由橡胶改为金属管件密封（见图11），然后进行排放试验。

通过连续8次对该车以最大TM=2100kg进行测试，其PM的结果均低于国家限值，结果见表6：

3    结论

可知，采取以上的控制方法后，该车搭载1.5  L PFI发动机的污染物已得到有效控制，满足国6法规的要求，且排放测试结果得到多次连续验证，具有较好的可重复性，方案有效。可有效降低车辆PM的污染物排放。

参考文献：

[1]环境保护部GB/T 18352. 6-2016 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）[S] 2016-12-23.

[2]鲍晓峰，吕猛，朱仁成，中国轻型汽车排放控制标准的进展 [J] 汽车安全与节能学报，2017，8（3）：213-225.

[3]李岩，余光耀.汽油机颗粒物捕捉器（GPF）的应用匹配 [J] 内燃机与配件，2019，12，36-41.

[4]帅石金，董哲林等.车用汽油机颗粒物生成机理及排放特性研究进展 [J] 内燃机学报，2016，2（34）：106-115.

[5]韩东月，杨柏涛.浅析欧VI与国VI排放法规 [J] 汽车实用技术，2017，4：184-186.