車用汽油機(jī)排放試驗(yàn)中有害排氣污染物的分擔(dān)率分析

車用汽油機(jī)排放試驗(yàn)中有害排氣污染物的分擔(dān)率分析

在我國，中噸汽油車的最大重量超過3500kg，這也代表了中國當(dāng)前汽油車的一定比例。要使該類汽油機(jī)充分滿足國家排放限值標(biāo)準(zhǔn),需要對(duì)具體排放試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行大量的研究工作。在該研究過程中,首先對(duì)各工況排放物的分擔(dān)率進(jìn)行深入的分析,明確工況排放與整機(jī)排放結(jié)果的關(guān)系,找出重點(diǎn)工況,對(duì)解決該類整機(jī)的排放達(dá)標(biāo)問題具有一定的意義。1汽車排氣分析方法試驗(yàn)用汽油機(jī)主要參數(shù)見表1。用日本HORIBA公司生產(chǎn)的汽車排氣分析儀MEXA-8220測(cè)量排氣成分。用不分光紅外法(NDIR)測(cè)量CO,用氫火焰離子法(FID)測(cè)量HC,用化學(xué)發(fā)光法(CLD)測(cè)量NOX。2試驗(yàn)結(jié)果的分析2.1排放物的加權(quán)比排放量q整機(jī)排放試驗(yàn)按國標(biāo)GB14762-93九工況法排放測(cè)試規(guī)程進(jìn)行,試驗(yàn)循環(huán)見表2。九工況法排放試驗(yàn)規(guī)程由冷循環(huán)Ⅰ和熱循環(huán)Ⅱ組成,每個(gè)循環(huán)包含9個(gè)測(cè)量工況點(diǎn),并且對(duì)不同工況設(shè)定有不同的加權(quán)系數(shù)Wf。該試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)用每種排放物的加權(quán)比排放量評(píng)價(jià)整機(jī)的排放水平,即X=0.35X(Ⅰ)+0.65X(Ⅱ)X=0.35X(Ⅰ)+0.65X(Ⅱ)X(Ⅰ)=∑i=19[(Xmass)iWfi]∑i=19(PiWfi)X(Ⅱ)=∑i=1018[(Xmass)iWfi]∑i=1018(PiWfi)X(Ⅰ)=∑i=19[(Xmass)iWfi]∑i=19(ΡiWfi)X(Ⅱ)=∑i=1018[(Xmass)iWfi]∑i=1018(ΡiWfi)式中X為某種排放物的加權(quán)比排放量,g/(kW·h);X(Ⅰ)、X(Ⅱ)分別為Ⅰ、Ⅱ試驗(yàn)循環(huán)某種排放物的加權(quán)比排放量,g/(kW·h);(Xmass)i為某種排放物在工況i中的質(zhì)量排放量,g/h;Wf為工況加權(quán)系數(shù);i為工況序號(hào);Pi為某一工況的實(shí)測(cè)功率,kW。為分析方便,本文定義了兩個(gè)新概念——單工況分擔(dān)率Xi和同類工況分擔(dān)率Xj。(1)加權(quán)質(zhì)量排放量的相對(duì)貢獻(xiàn)Xi=(Xmass)iWfi/∑i=118[(Xmass)iWfi]Xi=(Xmass)iWfi/∑i=118[(Xmass)iWfi]它表征了各個(gè)工況某一排放物的加權(quán)質(zhì)量排放量對(duì)九工況排放試驗(yàn)總的加權(quán)質(zhì)量排放量的相對(duì)貢獻(xiàn)大小,并用于相對(duì)地反映各工況對(duì)九工況加權(quán)比排放量的影響。(2)汽油九工況排放試驗(yàn)結(jié)果及與標(biāo)準(zhǔn)限值的對(duì)比九工況排放法規(guī)的18個(gè)工況是由怠速工況,轉(zhuǎn)速為2000r/min,負(fù)荷為該轉(zhuǎn)速下最大扭矩10%、25%、55%、90%四種工況以及掛檔滑行工況共6類測(cè)試點(diǎn)組成。每種工況對(duì)總的九工況排放量的貢獻(xiàn)率定義為同類工況分擔(dān)率XjXj=∑[(Xmaxx)iWfi]/∑i=118[(Xmass)iWfi]Xj=∑[(Xmaxx)iWfi]/∑i=118[(Xmass)iWfi]式中∑[(Xmass)iWfi]為整個(gè)九工況排放試驗(yàn)規(guī)程中所有相同工況加權(quán)質(zhì)量排放量之和,g/h;j為6類工況中的某類工況。它表征了某類工況在九工況排放試驗(yàn)中,累加的加權(quán)質(zhì)量排放量對(duì)九工況試驗(yàn)總的加權(quán)質(zhì)量排放量的相對(duì)貢獻(xiàn)大小?？捎糜谥庇^地分析某類工況在九工況試驗(yàn)中的作用和影響。試驗(yàn)用汽油機(jī)九工況排放試驗(yàn)結(jié)果及與標(biāo)準(zhǔn)限值的對(duì)比見表3。從表3可以看出,該汽油機(jī)的CO基本可滿足排放限值要求,但其HC+NOX的比排放量則較高,尚需通過采取相應(yīng)的降低措施,使該項(xiàng)指標(biāo)得以改善,最終達(dá)到3項(xiàng)排放指標(biāo)協(xié)調(diào)達(dá)標(biāo)的效果。2.2研究結(jié)果及分析圖1的CO單工況分擔(dān)率分析結(jié)果表明,90%負(fù)荷工況(工況7和15)的分擔(dān)率最高,可達(dá)31%,對(duì)整機(jī)的CO排放試驗(yàn)結(jié)果的影響具有決定性作用。而其它工況的分擔(dān)率均在5%以下;90%負(fù)荷分擔(dān)率高的原因,一方面是由于該工況在九工況排放試驗(yàn)規(guī)程中給定加權(quán)系數(shù)大(見表2);另一方面,90%負(fù)荷接近于化油器節(jié)氣門全開狀態(tài),化油器工作在加濃區(qū),整機(jī)以較濃的功率混合氣工作,一般容易排出較高濃度的CO。因此,確定合理的90%負(fù)荷化油器給定空燃比公差帶及改善燃油霧化質(zhì)量,有效地控制該負(fù)荷的CO排放濃度,是獲得良好的整機(jī)CO排放水平的關(guān)鍵。從圖2的CO同類工況分擔(dān)率分析結(jié)果看出,90%負(fù)荷的同類工況分擔(dān)率達(dá)到了60%,但單工況分擔(dān)率僅為2%左右的25%負(fù)荷,由于工況數(shù)量多,其同類工況分擔(dān)率也達(dá)到了近20%,說明優(yōu)化25%負(fù)荷的空燃比數(shù)值及采取相應(yīng)的改進(jìn)措施,使該工況CO的排放量盡量低,對(duì)提高整機(jī)的CO排放水平也有意義。從圖3的HC單工況分擔(dān)率的分析結(jié)果看出,掛檔滑行工況(工況9和17)具有最高的分擔(dān)率,為22%,對(duì)整機(jī)的HC排放水平影響顯著。其次90%負(fù)荷工況(工況7和15)和55%負(fù)荷工況(工況3和11)也占有較大的分擔(dān)率比例。從圖4的HC同類工況分擔(dān)率分析結(jié)果看出,掛檔滑行工況的分擔(dān)率達(dá)到了45%,而整機(jī)其它90%、25%、55%負(fù)荷3類工況的作用則基本相當(dāng),均占HC總排放量的15%左右。因此采用強(qiáng)制怠速斷油裝置或減速HC控制系統(tǒng),大幅度降低整機(jī)掛檔滑行工況的HC排放量,是明顯改善整機(jī)HC排放水平應(yīng)采取的首要技術(shù)措施。同時(shí)采取優(yōu)化點(diǎn)火及空燃比等技術(shù)手段,改善整機(jī)25%、55%、90%負(fù)荷工況的HC排放,可望使整機(jī)獲得綜合的HC排放控制效果。從圖5的NOX單工況分擔(dān)率分析結(jié)果看出,55%負(fù)荷(工況3和11)和90%負(fù)荷(工況7和15)工況分擔(dān)率較大,為15%～20%,而25%負(fù)荷僅為3%。其主要原因是就單工況而言,55%、90%負(fù)荷工況為整機(jī)的中、大負(fù)荷工況,整機(jī)工作時(shí)熱負(fù)荷高,因而有較高濃度的NOX排放物生成。而25%屬小負(fù)荷工況,整機(jī)工作時(shí),缸內(nèi)混合氣燃燒溫度、壓力較低,因而其NOX排放絕對(duì)濃度相對(duì)較低。圖6的NOX同類工況分擔(dān)率分析表明,25%負(fù)荷工況的同類工況分擔(dān)率數(shù)值達(dá)到了25%,是九工況排放試驗(yàn)中僅次于55%、90%負(fù)荷工況,對(duì)整機(jī)的NOX排放總量有重要貢獻(xiàn)的工況。該結(jié)果說明,25%、55%、90%負(fù)荷工況對(duì)整機(jī)的NOX排放水平均有重要影響。其區(qū)別僅在于55%、90%負(fù)荷工況排放物的絕對(duì)量值高,改善潛力大,而25%負(fù)荷工況NOX排放物絕對(duì)量值小,可有效降低的幅度小而已。因此在使用如排氣再循環(huán)等技術(shù)措施降低整機(jī)的NOX排放時(shí),采取對(duì)整機(jī)55%、90%、25%負(fù)荷工況的NOX排放物并重降低的原則,可使整機(jī)獲得最佳的NOX綜合控制效果。3負(fù)荷工況的影響(1)九工況排放試驗(yàn),整機(jī)CO排放水平主要取決于其90%負(fù)荷工況CO的