車載排放測(cè)試技術(shù)的研究

朱榮福，馮云鵬，鮑　宇，王云龍，王　輝

(黑龍江工程學(xué)院 汽車與交通工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

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車載排放測(cè)試技術(shù)的研究

朱榮福，馮云鵬，鮑宇，王云龍，王輝

(黑龍江工程學(xué)院 汽車與交通工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

對(duì)定量評(píng)價(jià)機(jī)動(dòng)車在特定運(yùn)行狀況下排放狀況的問題，研制一種車載排放測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由排放分析儀、GPS、尾氣流量計(jì)和便攜式電腦等組成，可實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車在實(shí)際道路行駛時(shí)的瞬時(shí)車速及HC、CO、NO等有害氣體瞬時(shí)排放因子的測(cè)量與計(jì)算。車載道路實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：汽車?yán)淦饎?dòng)階段CO、HC、NOx排放較高，而怠速階段質(zhì)量排放濃度較低；汽車加速和減速交替階段，HC和CO排放較高；在車速較高階段，NOx排放較高。

汽油車；車載排放系統(tǒng)；速度；排放

現(xiàn)行的國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)通常是采用實(shí)驗(yàn)室環(huán)境測(cè)量汽車排放，輕型車在底盤測(cè)功機(jī)上按一定的循環(huán)工況測(cè)量，而重型車則是在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上測(cè)量排放，這種測(cè)量方法獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有良好的重復(fù)性和準(zhǔn)確性，但實(shí)驗(yàn)室工況不能完全體現(xiàn)汽車在實(shí)際道路行駛的工況，與駕駛員駕駛策略和交通情況等存在一定差異[1-2]。車載排放測(cè)量技術(shù)(portable emission measurement system,PEMS)是一種集成化、高精度車載排放分析系統(tǒng)，可以同時(shí)應(yīng)用于汽油車輛和柴油車輛車載測(cè)試。它集高精度排放分析儀、GPS于一體，使之非常適合于車載實(shí)際道路行駛工況下的汽車尾氣排放測(cè)試，可建立車輛實(shí)際道路排放數(shù)據(jù)資料庫(kù)存及確認(rèn)污染物移動(dòng)模式與污染量的評(píng)估模型，并用于評(píng)估交通模式對(duì)于污染物排放的貢獻(xiàn)率[3]。PEMS對(duì)汽車尾氣進(jìn)行直采，通過尾氣流量計(jì)和排放分析儀，實(shí)時(shí)測(cè)量汽車排放的體積濃度和排氣流量，從而獲得汽車排放污染物的質(zhì)量排放量，再通過GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得汽車排放污染物的排放因子。這種技術(shù)與實(shí)驗(yàn)室循環(huán)工況測(cè)試相比具有較好相關(guān)性，并且能夠反映出各種汽車實(shí)際道路排放特征[4-7]。

1　車載排放測(cè)試系統(tǒng)

1.1測(cè)試系統(tǒng)

本實(shí)驗(yàn)使用自行研制的車載排放測(cè)試系統(tǒng)，所需設(shè)備如表1所示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，為方便將道路排放數(shù)據(jù)與車輛行駛數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)，測(cè)試系統(tǒng)采樣頻率與GPS采樣頻率都為1 Hz[8]。

1.2數(shù)據(jù)處理

排放分析儀實(shí)測(cè)的氣體污染物是經(jīng)過除濕的，因此,其濃度為干基濃度，需轉(zhuǎn)化為濕基濃度，如式(1)～式(3)所示[9-10]。

表1　車載排放測(cè)試系統(tǒng)設(shè)備

圖1　車載排放測(cè)試系統(tǒng)

(1)

(2)

(3)

式中：Ci,w為污染物i的濕尾氣濃度；Ci,d為污染物i的濕尾氣濃度；i=HC時(shí)，結(jié)果需乘以兩個(gè)系數(shù)；K為干濕基轉(zhuǎn)換系數(shù)；y為燃料的H/C比，取1.85。

由于不同分析儀響應(yīng)存在差異以及汽車排氣管內(nèi)尾氣到排放分析儀存在滯后，經(jīng)驗(yàn)性選取延時(shí)為8 s，數(shù)據(jù)處理時(shí)采用排放污染物質(zhì)量濃度與排氣時(shí)間流量手動(dòng)對(duì)齊的方法。汽車的道路行駛工況如圖2所示。

2　結(jié)果與分析

汽車在道路行駛過程中，其排放主要受汽車行駛速度(加速度)的影響，圖3～圖5給出了汽油車CO、HC、NOx質(zhì)量濃度排放與車速的變化關(guān)系曲線。

從圖中可以看出，汽油車CO、HC、NOx排放受車速影響而呈現(xiàn)劇烈變化，特別是在冷起動(dòng)階段，CO、HC、NOx質(zhì)量濃度排放在整個(gè)測(cè)試過程中最高，這是因?yàn)槠嚴(yán)淦饎?dòng)時(shí)，排氣溫度較低，三元催化轉(zhuǎn)換器未達(dá)到起燃溫度，轉(zhuǎn)化效率較低導(dǎo)致的，而在約120 s之后，三元催化轉(zhuǎn)化器溫度上升，轉(zhuǎn)化效率提高，CO、HC、NOx排放明顯有所降低。

此外，汽車在怠速階段，3種污染物的瞬時(shí)質(zhì)量排放都較低，這是因?yàn)殡m然在汽車怠速時(shí)，供給過濃的混合氣，發(fā)動(dòng)機(jī)體積濃度排放較高，但此時(shí)節(jié)氣門開度較小，進(jìn)氣量較小，因此，以質(zhì)量濃度為單位的總排放量較小。

由圖3和圖4可知，對(duì)于CO和HC瞬時(shí)質(zhì)量濃度排放而言，其排放較高時(shí)通常對(duì)應(yīng)車速發(fā)生變化，即汽車加速和減速交替階段。這是因?yàn)槠嚰铀贂r(shí)，混合氣過濃，部分燃料未能完全燃燒，HC排放增加；而汽車減速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)減速前轉(zhuǎn)速較高，進(jìn)氣管的高真空度導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)從怠速油路吸入較多的燃油，最終導(dǎo)致減速瞬間的混合氣體過濃，HC排放增加。

圖4　HC質(zhì)量濃度排放與車速關(guān)系

由圖5可知，NOx排放主要出現(xiàn)在汽車整個(gè)行駛過程的最后階段，即車速較高階段。這是因?yàn)槠嘚Ox排放的主要成分是NO，而NO排放生成的主要條件是高溫，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)溫度從2 500 K提高到2 600 K時(shí)，NO排放生成速率增加一倍，而汽車高速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，因此，導(dǎo)致了NOx排放的大量生成。

圖5　NOx質(zhì)量濃度排放與車速關(guān)系

3　結(jié)　論

應(yīng)用自行研制的車載排放測(cè)試系統(tǒng)對(duì)汽車在實(shí)際道路行駛過程中的排放進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

1)汽車?yán)淦饎?dòng)階段CO、HC、NOx排放較高，而怠速階段質(zhì)量排放濃度較低；

2)汽車加速和減速交替階段，HC和CO排放較高；

3)在車速較高階段，NOx排放較高；

4)該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)車輛瞬時(shí)速度及HC、CO、NOx等有害排放氣體的排放因子的測(cè)量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)。

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[責(zé)任編輯：郝麗英]

A study of portable emission measurement system

ZHU Rongfu,FENG Yunpeng,BAO Yu,WANG Yunlong,WANG Hui

(College of Automobile and Traffic Engineering,Heilongjiang Institute of Technology,Harbin 150050,China)

In order to accurately reflect the vehicle emissions change with operation condition，the PEMS(Portable Emission Measurement System) Is developed,which consists of emission analyzer,GPS,exhaust flow meter and mobile computer etc,and the PEMS can measure and calculate the instantaneous speed and emission characteristics of HC,CO,NO.The on-board experiment results show that,the emission of HC,CO,NOxis higher at cold start stage,while mass emission concentration is lower at idle; HC and CO are higher at the inflection point of speed;the NOxemission increases at the higher speed.

gasoline car；portable emission measurement system；speed；emission

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2016.05.004

2016-05-20

黑龍江工程學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201611802024)

朱榮福(1981-)，男，講師，研究方向：汽車節(jié)能與環(huán)保.

TB47

A

1671-4679(2016)05-0012-03