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某插电混动车型的排放和后处理开发应用

史冬敏闫海东

摘要：文章针对插电混动（PHEV）汽油车型电池提供部分动力和发动机启停频繁的运行特点，发动机运行工况点灵活且相对集中，同时发动机的频繁启动时的污染物排放高。基于此，对PHEV车型的排放后处理进行匹配开发，以台架性能结果展开评估，包括起燃温度、储氧性能和背压特性，针对台架性能优异的后处理新技术开展整车排放（WLTC+RDE）试验，同时对比混动和传统车发动机运行特点，并对混动车的后处理选型开发特点进行小结。文章筛选出低成本高性能的排放后处理技术方案，实现降本增效的同时为应对愈加严格的排放法规储备技术。

关键词：混动PHEV排放后处理匹配RDE

在“双碳”目标的推动下，各种型式的新能源汽车逐步扩大市场，其中插电式混动汽车因其续航里程的优势已逐步被消费者接受。排放和能耗法规对混动车型明确了测试要求，且其复杂程度及测试要求明显高于传统燃油汽车。并且由于插电式混动汽车的电池容量较大，发动机的使用范围更加灵活，为了达到省油的目的，起停工况较多，未充分热机情况下，起停对污染物排放和颗粒物排放带来了不小的压力，优秀的后处理三元催化转换器（TWC）和颗粒捕集器（GPF）匹配是非常有效的机外净化措施[1]。尤其是排放法规的愈加严格，对汽车后处理装置的要求越来越高，通过使用更低的载体重量（热容）和超薄壁载体可以更快的加热，同时优化贵金属分配方式，并改善车辆冷启动排放；此外，贵金属铂金（Pt）、钯金（Pd）和铑金（Rh）的价格较高，通过采用后处理新技术可降低贵金属总量，降低整车匹配开发成本，从而提升品牌车型竞争力。

本文基于某动力平台基础项目插电混动车型开展后处理技术方案匹配，以台架性能结果展开评估，对比超薄壁载体采用不同涂层新技术的台架性能和整车排放结果，筛选出低成本高性能的排放后处理技术和方案，以满足现阶段整车排放国6b+RDE法规为目标。文中通过对比台架后处理起燃温度、储氧性能和背压，再针对台架性能结果筛选较优后处理方案开展整车排放WLTC+RDE性能测试，同时对比混动和传统车发动机运行特点，并对混动车的后处理选型开发特点进行小结，对混动车的排放后处理选型特点给出建议，实现平台车型降本并为未来法规升级储备新技术。

2插电混动车排放后处理系统简介

2.1插电混动车特点简介

插电混动（PHEV），近几年发展势头迅猛，它具有省钱、无里程焦虑可上绿牌，动力提升明显的显著优势。PHEV车驱动能量端能量来源可以是电池或发动机或两者共同驱动，能实现电驱动、串联模式驱动、电机和发动机并联模式驱动及发动机直驱等不同驱动方式，能最大化优化能量来源途径，实现能量效率最优。其主要特征：电池容量大、能充电、纯电续航长、小排量车型油耗在2L/100km以下（充电环境好）；由于电机电池分担部分动力，发动机运行工况点平顺稳定经济性能好；且发动机启停频次远高于传统车。

2.2混动汽油车排放后处理简介

混动车排放后处理包括催化剂涂层和载体两部分，本文主要在载体不变的前提下，对催化剂涂层进行研究，方案设计主要参考PHEV车型的启停策略、发动机排量和空燃比的特点，同时结合已量产项目信息，选定贵金属含量波动范围和涂层技术方案。

混动汽油车的后处理系统包括三元催化器和颗粒捕集器两部分。三元催化器包含涂层和贵金属两部分，涂层由氧化铝（Al2O3）、铈锆氧化物和稀土金属等组成，贵金属主要指铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh），通常以g/cft3表示贵金属的总量和比例；颗粒捕集器是具有捕集和处理颗粒（PM）功能的排气后处理装置，有涂覆式和非涂覆式（白载体）之分，涂覆式汽油颗粒捕集器（c-GPF）简称四元催化器，即具备颗粒物处理能力，又可转化气态污染物（THC、CO和NOX）。

文中混动车型的后处理系统采用紧耦合TWC+GPF布置方式，TWC端面距离发动机排气出口较近，有利于催化器起燃和冷启动阶段的污染物转化。

2.3车型相关参数

试验在一款插电混动汽油车上进行，相关参数见表1所示，试验在常温发动机台架和排放试验室开展，过程中利用恒温恒湿系统控制试验室温度为（22～25）℃，湿度为45%±8%。

2.4试验方案

催化器选型标准：以选型方案的台架性能结果作为初步筛选依据，以老化催化器的排放目标在对应车型限值的80%以下作为选型合格判定标准，同时综合新鲜排放结果（新鲜排放需考虑法规推荐劣化系数）进行判定。

2.4.1选型方案的技术信息

选型方案技术信息见表2，本次后处理选型采用台架老化GMAC875循环，同时开展排放后处理的台架性能测试；并在平台基础车型上进行后处理技术的排放性能对比，综合判断较优方案。

1）A-1采用新一代的涂层材料，一定程度上拓宽催化器转化窗口；

2）B-1为新一代涂层技术，特点是提高了PGM分散度，改善HC冷