由于典型启动阶段内的NOx 排放高无法满足京Ⅵ法规,因而针对t1加载阶段设计了该阶段内发动机转速和负荷上升的不同策略(即不同加载时间和路径)来研究其对整车排放的影响。图4为设定的不同加载策略。加载策略A对应发动机转速和转矩同步上升,其中加载策略A有A1和A2两种不同方案,A1为前面提到的典型快速加载路径,总加载时间为3 s,而新设计的A2方案总加载时间从3 s 延长至40 s。该设计是为了缩小实际空燃比相对目标空燃比的偏离程度。与加载策略A不同的是,加载策略B 的设计将转矩和转速分时控制,先提升发动机转速至目标转速,再提升发动机转矩至目标转矩,各加载时间均为20 s,总时间仍为40 s。这不仅是为了使实际空燃比的控制更加稳定,而且是为了控制发动机的加载路径远离高NOx生成区域,从而降低了发动机原排(没有安装后处理器时的排放)。
图4 新设计的加载策略对应的运行工况对比
二、试验结果及分析
图5为典型加载路径(即发动机转速和转矩同步上升)中不同加载时间下瞬时NOx排放和瞬时NOx排放30 s均值随时间变化。加载时间3 s(即典型快速加载策略)由于加载时间过短,启动工况变换过于激烈,发动机难以对混合气浓度实现精确的控制,导致启动阶段的NOx排放较高。当延长加载时间分别至20、30 和40 s 时,NOx排放明显降低,且加载时间为40 s 时对应的排放基本能达标北京地区Ⅵ阶段法规要求。考虑到在启动阶段进一步延长加载时间可能对发动机的响应性和经济性造成不利影响,且40 s加载时间对应的NOx排放已基本满足要求。因此,在研究中选择加载时间为40 s 进行不同加载路径的设计和对比分析,希望通过加载路径的优化来进一步降低NOx排放而不影响发动机的经济性和响应性。
不同加载策略对发动机实际空燃比的影响如图7所示。对于快速加载策略A1在启动加载阶段,由于启动过程加载时间为3 s 过短,启动工况变换过于激烈,发动机难以对混合气浓度实现精确的控制,导致空燃比实际值与目标值偏差大。此外,发动机重新启动后,空燃比需要重新进入闭环控制,且空燃比达到闭环和自适应稳定需要一定的时间,因而难以满足高效后处理器对混合气浓度的控制精度要求。相对A1加载策略,A2策略保持加载路径不变而延长加载时间为3 s 至40 s。这明显减小了发动机混合气空燃比的实际值相对目标值的波动,更接近空燃比的控制目标值,有助于整车NOx排放的改善。新设计的加载策略B相对策略A1不仅延长了加载时间还改变了加载路径。整体混合气浓度波动相对较小,特别是启动阶段和加载完成后,进一步确保了整车排放的合规性。