前言

隨著CN6排放法規(guī)CN6標準的重磅發(fā)布，史上最嚴排放標準的實施也逐漸提上日程。當前CN6將按a階段和b階段兩階段實施，其中全國范圍內輕型汽油車的CN6a正式實施時間為2020年7月1日，CN6b將于2023年7月1日正式實施。但是深圳已經正式發(fā)布通告，確定于2018年12月31日起提前實施CN6b，廣州基本確定明年3月1日起實施CN6b，更多的省市計劃在明年7月1日起實施CN6b。表1為CN5與CN6b Ⅰ型試驗限值比較，可以看出，相比CN5排放，CN6a階段主要是增加了CO和PN的限值要求和難度，難度較小。但是CN6b的各項排放物要求將在CN6a的基礎上有近30-50%左右的降幅。此外，CN6中還新增了對N2O和PN這兩類污染物的排放限值要求。為滿足CN6排放法規(guī)的要求，和應對即將到來的實際道路駕駛循環(huán)測試（RDE），同時為了降低開發(fā)成本，提升匹配效率，除了針對熱機狀態(tài)下的發(fā)動機參數(shù)優(yōu)化，我們將冷機參數(shù)優(yōu)化引入到排放匹配過程。

表1 CN5與CN6b排放限值比較（以一類車為例）

1.冷機排放的影響

在三元催化器的幫助下，發(fā)動機產生的大部分氣態(tài)污染物在經過各種化學反應之后最終會以CO2、N2、水蒸氣等形式排入到大氣中。一般當催化器達到其起燃溫度以后，其污染物轉化效率可以達到90%-95%以上。但是在催化器達到其工作溫度前的這一階段，由于催化器的轉化效率較低，將有大量氣態(tài)污染物排入到大氣中。如圖1所示，以CO為例，一般情況下，整車排放除了冷機下催化器起燃階段會產生大量排放物以外，其實在部分瞬態(tài)急加減速工況和部分熱機穩(wěn)態(tài)工況也會產生一定量的排放物，但這兩種工況下產生的排放物一般僅占總排放物很少的一部分。因此催化器起燃前這一過程中的排放物情況直接決定了車輛的排放水平，是決定其是否可以通過CN6排放的關鍵影響因素之一！

圖1. CN6排放循環(huán)中CO的排放情況

為了實現(xiàn)催化器的快速起燃，我們在標定過程中通常會采用包括提高怠速轉速、推遲點火角等各種起燃策略，而這一過程涉及到發(fā)動機控制中火路、氣路、油路等多個模塊的協(xié)調與控制。尤其是隨著缸內直噴汽油機（GDI）的普及與應用，其控制策略更加靈活，我們的匹配標定工作也變得更加復雜。下面我們將以GDI發(fā)動機為例，對影響冷機排放和催化器起燃的各種相關參數(shù)，包括噴射模式、VVT角度（Variable Valve Timing，可變氣門正時）、噴射相位、軌壓、噴油比例系數(shù)、點火角等進行簡單介紹。

2.冷機排放的影響參數(shù)

2.1 噴射模式

隨著高壓零部件的發(fā)展和應用，目前整車上最大噴射壓力可以達到350bar。而軌壓的上升將進一步改善發(fā)動機缸內的油束霧化效果，有利于改善缸內的燃燒和降低排放物的產生。同時在配備上博世開發(fā)的可控針閥控制策略（Controlled Valve Operation，CVO）功能之后，單次可控的噴油量將更小、更加精確。這也意味著我們可以進一步增加在一個燃燒循環(huán)內的噴油次數(shù)，改善顆粒物排放。按照噴射次數(shù)以及噴射相位的不同，我們常用的噴射模式包括：HO1、HO2、HO3、HP2、HP3、HP2z、HP3z。

以350bar軌壓+CVO功能的某GDI發(fā)動機的冷機原始排放及COV（Coefficient Of Variation，燃燒循環(huán)波動率）為例，隨著噴射次數(shù)的增加，PN（particulate number）得到了顯著的降低，主要原因是由于噴射次數(shù)的增加縮短了單次油束的貫穿距，從而降低了油束撞壁的概率。但是對于氣態(tài)排放物來說，多次噴射并沒有帶來明顯的改善。而如果采用HP2z或者是HP3z的噴射模式的話，PN基本上增加了一個量級的水平，同時CO（一氧化碳）也增加了接近一倍，THC（未燃碳氫化合物）略有降低。建議如果要使用HP2z或者HP3z模式，最好配備CVO功能。

總的來說，對于起燃工況的噴射模式選擇，一般會優(yōu)先采用HP2或HP3等層燃燃燒模式，這是因為相對于HO1/HO2/HO3等均質燃燒模式，層燃模式下點火角一般可以推遲得更多，這樣排氣溫度將更高，催化器的起燃速度也將更快。但這也會帶來某些不利的影響，那就是同樣的工況點，點火角推遲得更多，發(fā)動機的進氣量也會更多，燃燒惡化，燃燒穩(wěn)定性也更差，發(fā)動機的原始排放物相應的也會增加，因此在實際匹配過程中需要結合實際情況來選擇具體的燃燒模式。

2.2VVT控制

可變氣門正時技術的采用，使得發(fā)動機的動力性、經濟性和排放性能都得到了顯著的改善。一般來說，氣門重疊角在不同工況下會有所差異，以滿足不同工況下的性能或經濟性要求。例如，在怠速工況下，一般采用盡可能小的進、排氣重疊角，以保證怠速穩(wěn)定性；在高速工況下，一般較大的進氣滯后角，以利用進氣慣性提高充氣效率。對于起燃工況來說，大多是將VVT角度設置為其鎖止位置，即采用盡可能小的氣門重疊角，以保證冷機下的燃燒穩(wěn)定性。但是也有項目因為原始排放過高，最后在采用推遲或提前進排氣門之后，排放得到了明顯的改善。對于CN6項目來說，由于排放限值過低，因此也需要考慮推遲或提前進排氣VVT的情況。

在實際匹配過程中，需要結合實際的整車綜合表現(xiàn)，來確定最優(yōu)的VVT組合。

2.3 噴射相位

對于GDI發(fā)動機來說，過早或過晚的噴射相位對于排放都十分不利，過早的噴射將造成油束撞壁，顆粒物排放顯著增加；噴射過晚，油氣混合時間較短，THC、CO等排放物則會顯著增加。在實際優(yōu)化過程中，需根據實際的排放表現(xiàn)選取最優(yōu)的參數(shù)組合。

2.4 軌壓與點火角

一般來說，噴射壓力的增加，燃油的霧化會更好，噴油脈寬也會更短，有利于降低PN的排放。但是對于不配備CVO功能的項目，由于很難精確控制小噴油脈寬，受限于最小噴油量的影響，實際噴油壓力無法實現(xiàn)大幅度的提升。而對于點火角來說，一般點火角越遲，催化器溫度越高，催化器起燃速度會越快，但是這同時會造成燃燒惡化、原始排放物增加等情況。因此在實際的匹配過程中，也需結合實際的表現(xiàn)選擇最優(yōu)的點火角。

3.總結

從排放物的產生途徑來看，催化器起燃前的冷機過程產生的排放物占了最主要的一部分。冷機參數(shù)優(yōu)化的工作就是在排放匹配初期，根據實際的發(fā)動機排放表現(xiàn)，為整車標定確定合理的參數(shù)設置。整車排放標定本身是一個系統(tǒng)化的工程，除了本身發(fā)動機，還需考慮整車零部件的狀態(tài)、后處理設備的情況，比如是否配備顆粒捕集器（GPF），三元催化器的貴金屬含量、體積，以及催化器的布置形式等。面對已經來臨的CN6和即將到來的RDE，我們需要從發(fā)動機、變速箱、催化器等各個方面齊心協(xié)力共同攻克這一難關，而冷機參數(shù)優(yōu)化則是這千里之行的第一步！