重型柴油車輛道路排放特征及評估方法研究畢業論文(存儲版)

　　

【正文】 放指標。(ISSRC)開發的評估機動車對大氣環境影響的IVE模型中，也都專門加入了發動機每天啟動的次數以及在各個小時內的分布等參數。這種技術的應用不僅可以保證測試的精確度和可靠性，而且可以節約大量的測試時間和測試成本。PEMS提供一種現代的和創新的方法來檢查內燃機排放對環境的影響。因此，本文采用便攜式排放測試設備(PEMS)作為整車排放測試工具。圖32 固定在測試車輛上面的電腦設備圖33 采樣管連接至排氣管收集氣體圖34 固定在車廂上的SEMTECHDS設備本文主要針對重型汽車整車的NOX排放進行測試，結果以g/kW重型車輛廠商利用先進的電子控制技術調整發動機控制策略，使車輛實際行駛中“排放控制失效”，獲得較好的燃油經濟性，而排氣污染物(主要是NOX)大大超過型式認證限值[19]。汽車產業的快速發展促進了經濟的快速發展，拉動了社會經濟各方面的全面進步，也改善了人民的生活質量，但是同時也帶來了城市的大氣污染問題，由機動車的發展引起的大氣污染也逐步引起了各方的關注。灰霾現象與機動車排放的氮氧化物、碳氫化合物存在明顯的關系。h等排放量單位；(7) 內置奔騰5代處理器用于高速數據采樣的處理，1GB的數據處理卡用于存儲，sensorTech用戶軟件，無線數據傳輸功能；(8) 能記錄顯示不同車型的運行參數；(9) 可選附件包括尾氣流量計、重型車及輕型車運行參數接口、全球衛星定位儀、環境溫濕度及壓力傳感器、伴熱管線、允在小車以及直流電源的相關供應；(10) 可選附件環境箱使得儀器能用于惡劣環境下操作，如振動機潮濕下雨天的天氣下進行。10ppm(2) 樣品采樣流量：8LPM(3) 預熱時間：60min(4) 數據采集頻率：≥1 Hz(5) 環境操作溫度：240℃(6) 儀器重量：(7) 儀器尺寸：355mm (H) 432mm (W) 549mm (D)為了對重型車輛的整車排放性能進行分析和評價，研究重型車輛在實際道路運行時的真實排放情況，需要利用PEMS測試設備試驗車輛的瞬時排放數據和瞬時發動機負荷信息進行收集。該參數表示為參考發動機扭矩的百分比。確定測試間隔為4050分鐘，主要取決于下面幾點因素：為了保證測試設備的精度，PEMS測試設備需要每隔一小時進行一次標定操作。如車輛發動機有氣缸失火、后處理裝置傳感器缺失或損壞等影響車輛后處理裝置工作的車輛不可選擇為測試車輛。4數據整理與基本排放分析 數據整理本文對該輛重型柴油車進行了若干次測試，整理并記錄下了有效的數據。 (41)式中：: 在時間t內，NOx的實際排放質量[g/s]: 以排氣流量為標準的NOx分析儀延遲時間[s]: 在時間（t+DTNOx）內，尾氣中NOx的濃度；: NO2摩爾質量[g]: 在時間t內，標準條件下（，）的排氣流率[L/min]NOx實時排放質量修正計算公式和水分濃度值計算公式如式42和43所示。所記錄的參數都是高頻率數據，其一記錄頻率都大于1Hz，每一條數據都對應著測量時的相對時間作為記錄標簽。通過對整理后的排放數據和發動機數據進行計算，如表41這些計算結果反映了測試車輛在整個行駛工況下的基本情況，對車輛運行過程中的瞬時排放情況沒有直接的反映。表41 測試的車輛的基本測試信息車輛類別試驗時間（h）平均排放（g/km）平均比排放（/kWh）N3測試車輛的排放因子和排放比具有相同的趨勢。圖46 排氣流量隨發動機轉速的關系 車輛排氣溫度分析對于重型車輛來說，要滿足越來越嚴格的排放法規，就需要加裝后處理裝置。我國于2005年5月30日發布的GB176912005《車用壓燃式、氣體燃料點燃式發動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法》中，要求發動機在進行型式核準時，國三柴油機應采用ESC和ELR試驗規程測定其排氣污染物，對于安裝了先進的排氣后處理裝置包括NOX催化器和(或)顆粒物捕集器的柴油機，應附加ETC測試規程測定排氣污染物。NTE法建立了一個控制區域(“NTE Zone”)，該區域反映了重型車輛發動機在正常使用和運行時所經常遇到的發動機轉速和負荷區域。高于歐洲穩態循環(ESC)15%發動機轉速: (51)其中，70%最大功率曲線上，發動機可以達到的最高發動機轉速 50%最大功率曲線上，發動機可以達到的最低發動機轉速。(3)、600s，這三者中最小的值作為每個時間的加權時間。如圖52所示為發動機工況點分布及NTE控制區域。如果低于該限值，則認為該NTE事件通過P/F標準，記為P。NTE事件較少主要是由于我國重型車在實際道路行駛過程中的主要運行區域與美國NTE控制區域的重合區域較少，落入NTE控制區域的工況點少。通過移動構成美國NTE控制區域的4條邊界線中的2條邊界線來對其進行修正，對NTE控制區域修正如下:（l）發動機轉速邊界由15%ETC發動機轉速移動到nl0；（2）發動機最大功率曲線由30%最大功率曲線降低到20%最大功率曲線。6 基于功基窗口法的重型柴油車排放特性 功基窗口法介紹功基窗口法是歐洲在美國NTE方法的基礎上提出來的，是以防止非法規檢測點排放過高，對滿足現行排放標準(歐V)及未來排放標準(歐V)的重型發動機在用符合性進行檢查為目的，運用車載排放設備測試基于發動機負荷信息和車輛的瞬時排放數據，對車輛排放進行研究的一種方法。 功基窗口大小功基窗口法實際上是計算一系列做功相同的窗口下的NOX比排放，并將其與一個合適的限值進行比較。對每個窗口下的瞬時NOX排放率與時間相乘后進行積分計算得到該窗口下的NOX總排放質量。功基窗口越小，窗口比排放差異越大，波動程度越大；功基窗口越大，窗口比排放差異越小，波動程度越小。本課題所采用功基窗口法對測試車輛N3進行判定， ,，%。 總結本文通過對國內外重型汽車整車排放測試方法和重型發動機在用符合性有關法規的調研，結合我國加強對重型車輛實際排放的監管要求和我國運用便攜式排放測試系統(PEMS)取得的經驗和科研成果，提出了采用PEMS對重型車輛運行在日常運營路線進行排放測試。利用PEMS測試技術進行排放測試具有很廣闊的前景，為未來重型車輛整車排放測試及重型發動機在用符合性檢查提供了有效的測試手段。雖然侯老師平時工作繁忙，但是每周一都會堅持給我們進行定時的輔導，并且給出一些非常寶貴的建議。在以后的工作中會通過加倍的努力，來回報我親愛的父母和偉大的母校，報效祖國！朱舫舫 2014年5月20號38。在他的精心指導下，我認真高質量的完成了論文工作。采用便攜式排放測試系統對重型車輛進行排放測試，是一種獲取重型車輛在實際道路運行條件下排放的有效測試手段，可以作為我國重型發動機在用符合性檢查手段的一種補充。利用窗口平均功率百分比為20%剔除怠速、低速低負荷工況點較多的窗口，剔除后的窗口比排放比剔除前離散性更小，波動范圍變小。采用功基窗口法對車輛的排放水平進行合格判定，是通過統計窗口比排放小于某一合適限值的達標窗口數量占所有窗口數量比例是否大于90%來確定的。如圖61所示，為車輛在兩組不同的功基窗口下的比排放值。第一個窗口計算，則從第一個測試工況點的做功大小累加，每個工況點的時間標記為i，其窗口功計算公式如(6l)所示: （61） 式中：W： 在1s內，發動機所做的功[kWh]；Tperi: 在1s內，發動機實際扭矩百分比[%]；N: 在1s內，發動機轉速[rpm]；Trefi: 參考發動機扭矩；第一個窗口功計算完成后，則從第n+1個工況點開始，利用公式計算第二個窗口功的計算，并以此類推，直至計算到包含最后一個測試工況點的窗口。利用功基窗口法對整車的排放進行計算，得到車輛在每個窗口下的NOX比排放值。2)NTE事件修正定義為發動機負荷工況連續進入修正NTE控制區域的20s及20s以上的工況點作為一個NTE事件。通過對NTE區域和定義NTE事件的修正，擴大NTE區域和縮短定義NTE事件的時間長度，將更多的發動機工況點作為監控工況點。表53為利用NTE法對測試車輛的排放結果進行了計算的結果表53 美國NTE法計算結果車輛類別NTE事件個數有效NTE事件時間比例是否合格N3151%是 對美國NTE法的修正 建立NTE控制區域的目的是為了在比法規認證實驗循環范圍更廣的區域內，對發動機的排放進行檢查，確保車輛在實際運行過程中也能達標使用。確定NTE時間的加權時間，前10個NTE事件的加權時間確定如表52所示。 美國NTE法處理車輛排放本文利用MATLAB軟件對NTE法計算車輛排放的計算步驟進行了編程，利用編寫的程序可以方便的對車輛排放進行計算。 美國NTE事件的加權時間確定每個NTE事件加權時間取以下三個時間的最小值:(l)、該事件實際持續時間。NTE法對整車排放的計算就是基于NTE區域內的排放。5基于NTE法的重型柴油車排放特性 美國NTE法介紹美國NTE(NotToExceed)方法以防止非法規檢測點排放過高為目的，運用車載排放設備測試(PEMS)收集發動機負荷瞬時數據和車輛瞬時排放數據，對整車排放進行研究的一種方法。反之，當發動機轉速較低時，由于發動機燃油消耗量較少，因此產生的能量少，故尾氣帶走的熱量較少，表現出排氣溫度較低，并且低的排氣溫度集中分布在低轉速處。圖42 CO濃度隨時間的變化情況圖43 THC濃度隨時間的變化情況圖44 NOx濃度隨時間變化情況圖45 發動機轉速隨時間的變化情況根據試驗數據，對車輛排氣流量進行畫圖分析，如圖46所示，當發動機轉速較高時，排氣流量較大；反之，發動機轉速較低時，排氣流量較小。比排放為測試車輛的整車NOx排放總質量與車輛發動機在測試過程中所做功的比值(單位:g/kW本文采用MATLAB數據處理軟件按照上述思路編寫程序對發動機數據進行了處理。發動機在運行過程中所做的功不能被直接測量得到，但是可以利用發動機轉速和發動機實際扭矩百分比和參考發動機扭矩來按照公式(34)計算得到發動機的功大小。 排氣污染物處理測試過程中，采用PEMS實時收集整車實際運行過程中的NOX濃度(ppm)排氣流量(m3/min)等瞬時排放數據，數據采集頻率為1Hz。為了獲取重型車在實際運行條件下的排放，測試車輛按照日常運行路線，利用SEMTECHDS對整車的氣態污染物和發動機相關信息數據收集。車輛類型為N3類車輛。 測試間隔測試過程中，不間斷連續測量車輛排放和發動機數據處理4050分鐘之后，對收集的數據進行保存。發動機轉速N和踏板開度的意義在此不作贅述。2ppm177。(1) 重型機動車NTE達標測試(2) 重型發動機現場排放測試(3) 在用車實際行駛工況下排放測試(4) 工程車輛、火車頭、輪船、飛機等測試(5) 催化劑和粒子捕捉效率實驗 儀器的特色(1) 唯一通過美國EPA、CARB及EMA三方聯合組織的車載測試項目的商業化儀器；(2) 符合美國EPACRF1065，Subpart J及歐盟CE測試規范；(3) 符合MILSTD 810F車載振動要求，準確度及可靠性得到了SAE，CRC及EPA的文獻證明；(4) 測試法規規定的5種氣體，用NDIR分析CO/CO2，用自動調整量程的HFID分析THC；(5) 采樣系統保持200攝氏度左右防止冷凝，NDIR及NDUV分析儀之前設置冷卻除濕器；(6) 實時顯示記錄原始的濃度數據，通過流量測量以及機動車運行參數，實時計算質量排放量、NTE達標計算、基于燃料消耗的排放量，可報告g/s、g/km、g/bhp“十二五”期間，國家把氮氧化物控制作為國家重點控制的指標，強制控制指標，納入國民經濟社會發展計劃，因此汽車氮氧化物控制在“十二五”提到具體落實實施的階段[21]。 國家環境保護政策近年來我國汽車產業有了快速增長的階段，到2009年達到了1379萬輛，年產量位居世界第一。顆粒物(PM)值在溫度不超過325K(53℃)的稀釋排氣中，有規定的過濾介質上收集到的所有物質。如圖33所示為采樣管連接到排氣管，用于對車輛尾氣的收集并保證在取樣過程中的尾氣組分穩定，并實時檢測車輛的排氣溫度。在聯邦40CFRPart1065SubPartJ部分規定了場地測試的測試程序，并對便攜式排放測試設備儀器的性能要求進行了相應的規定。 便攜式排放(PEMS)，用來測量在用車輛整車排放。車載排放測試車載排放測量技術主要是通過PEMS對車輛尾氣進行直采，將排氣尾管直接連接到車載氣體污染物和顆粒物測量裝置上，實時測量整車排放的體積濃度，和排氣流量，從而得到氣體污染物的質量排放量和顆粒物排放量。（3）運行特征運行特征主要指的是車輛使用規律，如每日出行次數和每次出行的運行里程，冷/熱啟動比例。影響車輛道路排放特征的因素相當復雜，從其本質上看受到發動機技術、燃燒狀況、燃燒溫度、過量空氣系數等內部條件影響，從外部來看主要包括以下幾個方面:（1）排放控制水平機動車排放控制水平是影響排放因子的最重要的因素，可以用機動車在標準工況下的新車排放水平和劣化率兩