重型車用發(fā)動機高原污染物排放測量方法

1T/CSICEXXX-XXX重型車用發(fā)動機高原污染物排放測量方法本文件規(guī)定了在高原環(huán)境下重型車裝用壓燃式發(fā)動機所排放的氣態(tài)和顆粒污染物的測試方法；以及在高原環(huán)境下重型車裝用以天然氣（NG）或液化石油氣（LPG）作為燃料的點燃式發(fā)動機所排放的氣態(tài)污染物的測量方法。本文件適用于壓燃式或氣體燃料點燃式車用發(fā)動機在發(fā)動機臺架上開展高海拔排放測試，重型汽油機、非道路移動機械用發(fā)動機的高原排放測試也可參照使用。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB17691—2018重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）3術(shù)語和定義GB17691—2018中確立的及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1平原plain指海拔高度不高于1000米的地區(qū)。3.2高原plateau指海拔高度在1000米以上的地區(qū)。3.3最大瞬態(tài)性能轉(zhuǎn)速maximumtransientperformancespeed指最大凈功率的70%所對應的最高發(fā)動機轉(zhuǎn)速×1.02或扭矩降為0的轉(zhuǎn)速的較小者。3.4平原瞬態(tài)性能曲線plaintransientperformancecurve指在平原環(huán)境下按5.4.1的要求生成的瞬態(tài)性能曲線。3.5高原瞬態(tài)性能曲線plateautransientperformancecurve指在高原環(huán)境下按5.4.1的要求生成的瞬態(tài)性能曲線。3.6瞬態(tài)循環(huán)（WHTC）worldharmonizedtransientcycle指GB17691—2018標準附錄C中包含1800個逐秒變換工況的瞬態(tài)試驗循環(huán)。3.7穩(wěn)態(tài)循環(huán)（WHSC）worldharmonisedsteadystatecycle2T/CSICEXXX-XXX指GB17691—2018標準附錄C中包含13個穩(wěn)態(tài)工況的試驗循環(huán)。3.8非標準循環(huán)（WNTE）world-harmonizednot-to-exceed指GB17691—2018標準附錄E中包含特定區(qū)域內(nèi)隨機工況的試驗循環(huán)。4試驗條件4.1環(huán)境要求4.1.1環(huán)境條件要求大氣壓力：不低于54kPa環(huán)境溫度不高于按下式計算值：T=-0.4514×（101.3-Pb）+311式中：T——環(huán)境溫度，KPb——大氣壓力，kPa4.1.2推薦試驗環(huán)境條件表1推薦試驗環(huán)境條件米℃%0其中，環(huán)境壓力（海拔）偏差在±2kPa（200米）以內(nèi)，環(huán)境溫度偏差在±3℃以內(nèi)，環(huán)境濕4.2燃料、潤滑油等要求試驗用燃料應是GB17691-2018附錄D規(guī)定的基準燃料或其他符合國家標準的市售燃料。試驗用潤滑油、冷卻液以及尿素溶液等牌號和規(guī)格，應符合生產(chǎn)企業(yè)的要求。4.3發(fā)動機試驗臺架要求4.3.1儀器儀表精度應符合GB17691—2018標準對發(fā)動機試驗測量精度的要求；3T/CSICEXXX-XXX4.3.2發(fā)動機進氣溫度、冷卻液溫度等，可通過溫控設備精確控制；4.3.3具備滿足GB17691—2018標準要求的臺架排放測試設備；4.3.4采用滿足附錄B或能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境模擬功能的發(fā)動機試驗臺架時，海拔模擬誤差不超過200米（模擬壓力精度≤±2kPa）。5試驗程序5.1發(fā)動機安裝排放試驗用輔件及設備安裝應滿足GB17691—2018附錄CG的要求。5.2發(fā)動機邊界條件控制5.2.1中冷后溫度控制對增壓發(fā)動機，如果采用了實驗室增壓空氣冷卻系統(tǒng)或外部鼓風機，發(fā)動機額定工況下的增壓空氣溫度，應保持在生產(chǎn)企業(yè)規(guī)定的高原環(huán)境下最大值的±5K范圍內(nèi)；生產(chǎn)企業(yè)提供的高原環(huán)境下的最大值不應高于生產(chǎn)企業(yè)規(guī)定的平原環(huán)境下最大值，生產(chǎn)企業(yè)無法提供高原環(huán)境下的發(fā)動機邊界條件控制要求的，測試機構(gòu)可按照附錄A的要求確認發(fā)動機邊界條件。除非出現(xiàn)增壓空氣冷卻過度現(xiàn)象，否則在整個實驗循環(huán)中不允許改變冷卻介質(zhì)的溫度和流量。生產(chǎn)企業(yè)應在試驗前根據(jù)實際裝車的工程經(jīng)驗給出增壓空氣冷卻容積，實驗室應在整個試驗循環(huán)中使用增壓空氣冷卻器，且在排放試驗開始前放凈冷凝水。對于非增壓發(fā)動機無中冷后溫度控制要求。5.2.2中冷壓降控制對增壓發(fā)動機，如果采用了實驗室增壓空氣冷卻系統(tǒng)或外部鼓風機，發(fā)動機額定工況下的增壓空氣冷卻系統(tǒng)壓降，應保持在生產(chǎn)企業(yè)規(guī)定的高原環(huán)境下最大值的±1kPa范圍內(nèi)；生產(chǎn)企業(yè)提供的高原環(huán)境下的最大值不應高于生產(chǎn)企業(yè)規(guī)定平原環(huán)境下的最大值，生產(chǎn)企業(yè)無法提供高原環(huán)境下的發(fā)動機邊界條件控制要求的，測試機構(gòu)可按照附錄A的要求確認發(fā)動機邊界條件。對于非增壓發(fā)動機無中冷壓降控制要求。5.2.3進氣負壓控制應采用一套發(fā)動機進氣系統(tǒng)或?qū)嶒炇蚁到y(tǒng)，此系統(tǒng)能夠控制發(fā)動機額定工況下的進氣真空度，使其在生產(chǎn)企業(yè)規(guī)定的要求上限值的±300Pa范圍內(nèi)；生產(chǎn)企業(yè)提供的高原環(huán)境下的最大值不應高于生產(chǎn)企業(yè)規(guī)定的平原環(huán)境下最大值，生產(chǎn)企業(yè)無法提供高原環(huán)境下的發(fā)動機邊界條件控制要求的，測試機構(gòu)可按照附錄A的要求確認發(fā)動機邊界條件。測量位置由生產(chǎn)企業(yè)規(guī)定。5.2.4排氣背壓控制應采用一套發(fā)動機或?qū)嶒炇业呐艢庀到y(tǒng)，此系統(tǒng)能夠控制發(fā)動機額定工況下的排氣背壓，使其在規(guī)定的上限值的80%-100%；生產(chǎn)企業(yè)提供的高原環(huán)境下的最大值不應高于生產(chǎn)企業(yè)規(guī)定的平原環(huán)境下最4T/CSICEXXX-XXX大值，生產(chǎn)企業(yè)無法提供高原環(huán)境下的發(fā)動機邊界條件控制要求的，測試機構(gòu)可按照附錄A的要求確認發(fā)動機邊界條件。如果規(guī)定的上限值≤5kPa，則控制在規(guī)定的上限值的±1kPa內(nèi)，排氣系統(tǒng)應滿足GB17691—2018附錄CB對排氣取樣的要求。5.3曲軸箱排放發(fā)動機曲軸箱排放測量方法應滿足GB17691—2018附錄C的要求。5.4試驗流程5.4.1發(fā)動機瞬態(tài)性能曲線發(fā)動機熱機完成并穩(wěn)定運轉(zhuǎn)后，按照下列步驟進行發(fā)動機瞬態(tài)性能的測試：a）發(fā)動機應卸載，并在怠速轉(zhuǎn)速下運行；b）發(fā)動機應在噴油泵全負荷設定及怠速轉(zhuǎn)速的情況下運行；c）發(fā)動機從怠速轉(zhuǎn)速至最大瞬態(tài)性能轉(zhuǎn)速的平均增加率為8±1（r/min）/s?；蚴褂靡粋€恒定的速率使怠速轉(zhuǎn)速在4-6分鐘內(nèi)增加到最大瞬態(tài)性能轉(zhuǎn)速。應以至少每秒一點的取樣率對發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩進行記錄。為確定負扭矩，可以在瞬態(tài)性能測試后直接設定到最小油門，從最大瞬態(tài)性能轉(zhuǎn)速降至怠速轉(zhuǎn)速。5.4.2基準試驗循環(huán)轉(zhuǎn)速的形成依據(jù)GB17691—2018附錄C.6.4.6的要求基于發(fā)動機平原瞬態(tài)性能曲線生成基準WHTC和WHSC循環(huán)的實際轉(zhuǎn)速。5.4.3基準試驗循環(huán)扭矩的形成基準循環(huán)的扭矩值應使用實際值，根據(jù)平原瞬態(tài)性能曲線和高原瞬態(tài)性能曲線，對應第5.4.2確定的各個實際轉(zhuǎn)速，按照下列公式形成基準循環(huán)的高原實際扭矩：Mref,i=Min(M平原ref,i，M高原max,i)其中：M平原ref,i=Mnorm,i/100M平原max,i+Mf,i+Mr,i式中：Mref,i——高原實際扭矩，Nm；M平原ref,i——基于平原瞬態(tài)性能曲線確定的基準循環(huán)實際扭矩，Nm；M高原max,i——高原瞬態(tài)性能曲線確定的最大扭矩值，Nm；Mnorm,i——GB17691-2018附錄CJ（WHTC）和表C.1（WHSC）中的發(fā)動機測功機扭矩規(guī)范值百分比，是各個轉(zhuǎn)速下的最大扭矩的標準百分比，%；M平原max,i——平原瞬態(tài)性能曲線確定的最大扭矩值，Nm；Mf,i——因安裝的附件/設備吸收的扭矩，Nm；Mr,i——應拆除的附件/設備吸收的扭矩，Nm；5T/CSICEXXX-XXX如果按照GB17691-2018中C.5.3.1條和附件CG進行附件/設備的安裝，Mf,i和Mr,i均為0。為生成基準循環(huán)，反拖點（GB17691-2018附件CJ中的“m”）的負扭矩值應取實際值，由下列任一方法確定：a）在相關(guān)轉(zhuǎn)速點下，用高原瞬態(tài)性能曲線對應轉(zhuǎn)速的正扭矩的40%作為負扭矩；b）在高原環(huán)境下從最大瞬態(tài)性能轉(zhuǎn)速到怠速轉(zhuǎn)速反拖發(fā)動機，進行負扭矩的發(fā)動機瞬態(tài)性能曲線測定；c）在高原環(huán)境下的怠速和按5.4.2條計算的最大轉(zhuǎn)速下反拖發(fā)動機確定負扭矩，并在這兩點之間進行線性內(nèi)插。按上述方法生成的WHTC基準循環(huán)的高原實際扭矩隨時間的關(guān)系如圖1、WHSC基準循環(huán)的高原實際工況如圖2。圖1WHTC高原實際扭矩圖2WHSC高原實際工況5.4.4排放循環(huán)測試流程WHTC和WHSC的試驗流程按照GB17691—2018附錄C.6.3的要求進行。6T/CSICEXXX-XXX5.4.5非標準循環(huán)測試要求WNTE的測試要求按照GB17691—2018附錄E.6的要求進行。6試驗結(jié)果按照GB17691—2018中規(guī)定的方法計算試驗結(jié)果，并按附錄C的要求報告結(jié)果。7T/CSICEXXX-XXX（資料性）發(fā)動機高原測試邊界條件確認方法A.1概述本附錄描述了柴油機高原測試時，邊界條件確認方法。A.2模擬法確認發(fā)動機邊界條件柴油機在完成臺架搭載，通過海拔模擬裝置將柴油機的環(huán)境壓力（進排氣壓力）模擬至平原狀態(tài)，按生產(chǎn)企業(yè)的要求在柴油機額定點鎖定排氣背壓閥開度、進氣負壓閥開度、中冷壓降閥開度及中冷后溫度比例閥開度后，將海拔模擬至需要的高原環(huán)境開展試驗。A.3計算法確認發(fā)動機邊界條件通過以下方法確定柴油機在高原環(huán)境下額定點的排氣背壓、進氣負壓、中冷壓降和中冷后溫度。A.3.1壓力損失與氣體流量的關(guān)系當系統(tǒng)一定時，氣流經(jīng)過系統(tǒng)產(chǎn)生的壓降與氣體體積流量和質(zhì)量流量成正相關(guān)性，關(guān)系式如公式（A.1氣體（A.1）其中：/標A.2）式中：ΔP——系統(tǒng)壓降k——關(guān)系式的常數(shù)項V流量——氣體體積流量，m3/minm氣體——氣體質(zhì)量流量，kg/minp系統(tǒng)前——系統(tǒng)入口氣體密度，kg/m3T標——標準溫度，取273.15KP系統(tǒng)前——系統(tǒng)入口壓力，kPap標——在101.13kPa，273.15K下的氣體密度，kg/m3T系統(tǒng)前——系統(tǒng)入口溫度，KP標——標準大氣壓力，取101.13kPa通過多次測量不同流量（應不少于8個點，且均勻分布）下的系統(tǒng)壓降，并采用最小二乘法擬合不同體積流量與質(zhì)量流量乘積與系統(tǒng)壓降的方程（如圖A.1所示求解常數(shù)k，同時R2值應不小于0.95。8T/CSICEXXX-XXX圖A.1系統(tǒng)壓降與氣體流量的關(guān)系A.3.2高原環(huán)境下排氣背壓設置在平原環(huán)境條件下，測試不同流量（至少8個工況點，且應包括最大壓降點）下的排氣系統(tǒng)壓降，記錄進氣流量、燃油流量、排氣系統(tǒng)入口壓力/溫度、排氣系統(tǒng)出口壓力/溫度等參數(shù)，通過A.3.1描述的步驟求解公式（A.1）的常數(shù)項k。在高原環(huán)境下，按生產(chǎn)企業(yè)的要求在額定工況點，測量當前進氣流量和燃油流量、排氣系統(tǒng)入口壓力/溫度等參數(shù)，按A.3.1中的公式（A.2）計算排氣體積流量，并代入排氣系統(tǒng)壓降與排氣體積流量和質(zhì)量流量乘積的公式（A.1）中，求解當前排氣體積流量和質(zhì)量流量乘積下的系統(tǒng)壓降，按求解的壓降設置排氣背壓。A.3.3高原環(huán)境下進氣負壓設置在平原環(huán)境條件下，測試不同流量（至少8個工況點，且應包括最大壓降點）下的進氣負壓，記錄進氣流量、進氣系統(tǒng)入口壓力/溫度、進氣系統(tǒng)出口壓力/溫度等參數(shù)，通過A.3.1描述的步驟求解公式（A.1）的常數(shù)項k。在高原環(huán)境下，按生產(chǎn)企業(yè)的要求在額定工況點，測量當前進氣流量、進氣系統(tǒng)入口壓力/溫度等參數(shù)，按A.3.1中的公式（A.2）計算進氣體積流量，并代入進氣系統(tǒng)壓降與進氣體積流量和質(zhì)量流量乘積的公式（A.1）中，求解當前氣體體積流量和質(zhì)量流量下的系統(tǒng)壓降，按求解的壓降設置進氣負壓。A.3.4中冷壓降及溫度設置對于增壓中冷的發(fā)動機，應在平原環(huán)境條件下，測試不同流量（至少8個工況點，且應包括最大壓降點）下的中冷壓降，記錄進氣流量、中冷系統(tǒng)入口壓力/溫度、中冷系統(tǒng)出口壓力/溫度等參數(shù)，通過A.3.1描述的步驟求解公式（A.1）的常數(shù)項k。A.3.4.1中冷壓降的設置9T/CSICEXXX-XXX在高原環(huán)境下，按生產(chǎn)企業(yè)的要求在額定工況點，測量當前進氣流量、中冷系統(tǒng)入口壓力/溫度等參數(shù)，按A.3.1中的公式（A.2）計算進氣體積流量，并代入中冷系統(tǒng)壓降與進氣體積流量公式（A.1）中，求解當前進氣體積流量下的系統(tǒng)壓降，按求解的壓降設置中冷壓降。A.3.4.2中冷后溫度的設置在高原環(huán)境下，假設發(fā)動機中冷器的散熱能力與平原保持一致不變，則中冷后溫度僅與中冷器的入口進氣流量和入口進氣溫度成正相關(guān)，如公式（A.3）所示。氣體T中冷前（A.3）其中：T中冷后——中冷器出口進氣溫度，℃a、b——關(guān)系式的常數(shù)項m氣體——中冷器入口進氣流量，kg/hT中冷前——中冷器入口進氣溫度，℃對于增壓中冷的發(fā)動機，應在平原環(huán)境條件下，測量不同中冷器入口進氣流量和入口進氣溫度（應不少于8個點，且均勻分布）下的中冷器出口溫度，求解常數(shù)項a、b，并代入公式（A.3）求解高原環(huán)境下額定工況點的的中冷后溫度。T/CSICEXXX-XXX（資料性）進排氣海拔模擬系統(tǒng)B.1概述本附錄描述了發(fā)動機進排氣海拔模擬系統(tǒng)的基本要求。由于實現(xiàn)大氣環(huán)境模擬的原理和方式有多種，故不要求完全符合本附錄的配置要求，只要能夠滿足大氣環(huán)境模擬的精度要求即可。B.2進排氣海拔模擬系統(tǒng)原理進排氣海拔模擬系統(tǒng)原理如圖B.1，通過模擬發(fā)動機進氣系統(tǒng)入口和排氣系統(tǒng)出口空氣壓力達到等效模擬柴油機所處海拔的目的，進氣條件控制單元對發(fā)動機進氣壓力管路進行加壓模擬，而排氣條件控制單元對進排氣管路抽負壓，并通過將進氣管路與排氣管路連通，實現(xiàn)進氣壓力與排氣壓力聯(lián)動，同時通過前后節(jié)流閥實現(xiàn)模擬壓力的精確調(diào)整，使發(fā)動機在變工況下進排氣壓力穩(wěn)定，不同海拔對應環(huán)境壓力如圖B.2。圖B.1進排氣海拔模擬系統(tǒng)原理圖B.2海拔與大氣壓力的關(guān)系B.3.1使用前的要求進排氣海拔模擬系統(tǒng)在每次使用前，應對管路內(nèi)的殘余廢氣進行吹掃。T/CSICEXXX-XXXB.3.2對發(fā)動機增壓器的要求若發(fā)動機的增壓器為廢氣渦輪增壓器，運用進排氣海拔模擬系統(tǒng)模擬發(fā)動機進排氣壓力時（不同于環(huán)境壓力應避免由于控制閥壓氣機端與大氣環(huán)境端壓力不一致，影響廢氣旁通閥的開啟。例如可以通過調(diào)