增压与非增压轿车典型道路工况的排放测试分析1.docxVIP

目前我国机动车的尾气排放已经成为影响城市空气质量的重要污染源之一。如何降低机动车的排放污染，已经成为政府、学术界和汽车行业努力研究的重要课题。现有车辆的发动机技术差异很大，发动机技术的不同必然对车辆排放产生直接的影响。涡轮增压、可变气门正时、分层稀薄燃烧等先进发动机技术的应用，在改善燃油经济性的同时，也在不同程度上减少了车辆的废气排放。本研究的目的是针对目前中高级轿车配置较多的涡轮增压技术，采用高精度的移动排放测试仪，进行道路工况条件下的测试来获取涡轮增压轿车和非涡轮增压轿车在典型道路上的排放数据，从而定量分析涡轮增压技术对汽车尾气排放的影响。 1 试验设计 测试系统 研究采用SEMTECH-DS移动排放测试仪，在城市道路上进行选定车型的排放测试。试验原理见图１，测试车辆排出的废气经过排气管后由连接管道全部进入废气流量计（EFM??测量废气的总流量和排气温度，废气流量计内部的取样管对废气进行取样，并输送给安装在测试车辆上的移动排放测试仪进行分析。同时安装在车辆上的温度湿度计和GPS分别对环境空气的温度湿度以及测试车辆的行驶速度进行瞬态测量采样，并将信号传递给车载排放测试仪。与移动排放测试仪相连的笔记本电脑可以进行系统的调零、标定和监控、收集相关试验数据并生成原始测试数据文件。 图1 测试系统示意 试验车辆及道路 本研究采用的测试车辆为市场保有量较大的某品牌增压轿车和非增压轿车各1辆。1号测试车配置增压发动机，配置气门正时控制进行辅助，每缸5气门，采用双顶置式凸轮轴，供油方式为多点电喷，最大功率110kW，排放达到欧Ⅳ标准。2号测试车配置非增压发动机，每缸4气门，采用单顶置式凸轮轴，供油方式为多点电喷，最大功率74kW，排放达到国Ⅳ标准。测试车俩整体参数的对比见表1. 表1 试验车辆参数 参数1号车2号车发动机排量/L1.81.8进气方式涡轮增压自然吸气变速器类型MTMT行驶里程/km100000100000整备质量/kg14201220 采用道路工况进行实际行驶工况测试，试验道路选择交通主干道，交通繁忙，试验道路全长约19km。 2 试验结果 对两辆汽车进行了道路工况的测试，利用测试系统采用了速度和CO，NO，NO2，NOx，HC排放等数据。图2、图4、图6为1号车的速度、CO，NOx和HC排放在道路上随时间变化的原始试验数据，图3、图5、图7为2号车的速度、CO，NOx和HC排放在道路上随时间变化的原始试验数据。从数据的分布规律可以看出，CO，NOx和HC的排放高峰值一般出现在速度上升阶段（加速过程），而在减速和怠速阶段排放相对较低，国内学者的相关研究也显示同样的规律。 试验车辆的CO瞬时排放见图2和图3，非涡轮增压轿车在全路段中峰值较高而且高峰值出现的次数远远高于涡轮增压轿车，数值较大的峰值主要出现在红绿灯路口停车再起动的过程中。涡轮增压轿车在全路段中峰值相对较少，并且数值也低于非涡轮增压轿车。 图2 增压轿车CO瞬时排放 图3 非增压轿车CO瞬时排放 CO是燃料不完全燃烧的产物，而空燃比对CO排放的影响最大。在发动机全负荷和加速阶段，混合气被加浓，导致CO的排放量很大。涡轮增压轿车通过增压技术以及5气门和气门正时控制的辅助，吸入更多的空气，O2供应更充分且压缩比更高，因而燃烧更加充分，有效地降低了CO排放。同时，燃料的充分燃烧也提高了车辆的燃油经济性。 试验车辆的NOx瞬时排放见图4和图5，非涡轮增压轿车在全路段NOx的排放峰值相对较高且峰值较为密集，涡轮增压轿车在全路段中峰值的频次较低而且最高峰值低于非涡轮增压轿车。 图4 增压轿车NOx瞬时排放 图5 非增压轿车NOx瞬时排放 内燃机排放的NOx中的主要成分为NO，其比例超过90%[6]。NO的生成主要与燃烧室内的温度有关，温度升高时NO的生成量会随之迅速增加。涡轮增压技术增加了进气，直接导致了压缩比的提高，这带来了额外的热负荷。然而，中冷器技术的采用降低了进气温度，涡轮增压技术带来的较低油耗，也在一定程度上减少了燃烧热量。 试验车辆的HC瞬时排放见图6和图7，非涡轮增压轿车的HC排放峰值出现次数较多，数值也远远高于涡轮增压轿车，而且主要出现在车辆加速过程中。HC排放主要来自内燃机中未燃烧和不完全燃烧的燃料，空燃比过低或过高都会导致HC排放量的增加。涡轮增压技术和气门正时控制使得车辆在全路段具有HC排放上的优势，这主要得益于充足的O2供应和可燃混合气更高的压缩比，燃料未完全燃烧就被排出的概率大大降低。 图6 增压轿车HC瞬时排放 图7 非增压轿车HC瞬时排放 3 数据分析 3.1 排放因子 测试车辆在全路段上的排放因子见图8。涡轮