摩托车工况排放试验方法及排放控制

2019/9/141摩托车工况排放试验方法及排放控制2019/9/142怠速排放与工况排放的区别？摩托车和轻便摩托车第二阶段排放标准限值及执行日期？二次空气系统包括那些主要元件，各元件的主要功用？2019/9/143一、摩托车排气污染物排气污染物：指摩托车排气管排出的一氧化炭（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化物（N0x）。氮氧化物以二氧化氮当量表示。排气污染物危害：1.CO阻碍人体的血液吸收和氧气输送、影响人体造血机能，随时诱发心绞痛、冠心病等。2.HC形成具有很强毒性的光化学烟雾，伤害人体，并会产生致癌物质。产生白色烟雾，对家畜、水果以及橡胶制品和建筑物均有损坏。3.NOx使人中毒比CO还强，损坏人的眼睛和肺，并形成光化学烟雾，是产生酸雨的主要物质，可使植物由绿色变成褐色，直至大面积死亡。4.CO2、CH4为主要的室温气体，使地球表面吸收太阳光反射的红外线增加，防碍了热量向宇宙间扩散。2019/9/144摩托车有害排放物的来源•排气（尾气）：CO、HC、NOx、CO2•曲轴箱窜气：CO、HC、NOx•燃油蒸发：HC•白烟：HC2019/9/145二、怠速法排气污染物试验怠速排放：指车辆怠速运转时的尾气中排气污染物的体积浓度。试验依据:GB14621-2002《摩托车和轻便摩托车排气污染物排放限值及测量方法（怠速法）》排放限值规定：怠速法测量排气污染物限值试验类别CO，%HC1），10-6四冲程二冲程2003年1月1日起型式核准试验3.880035002003年7月1日起生产一致性检查试验4.0100040002003年7月1日起生产的在用车检查试验4.5120045002003年7月1日以前生产的在用车检查试验4.522008000注：1）HC浓度按正己烷用量2）曲轴箱通风系统不允许有任何曲轴箱子气体排向大气2019/9/146怠速法排气污染物排放测量方法怠速法排气污染物排放测量方法简介预热方式①预热方式1：摩托车以车速50km/h、轻便摩托车以车速40km/h运行10km。②预热方式2：摩托车按GB14622规定工况、轻便摩托车按GB18176规定工况在底盘测功机上运行四个循环。③预热方式3：摩托车和轻便摩托车在正常道路交通条件下行使至少15分钟。④选择以上三种方式中的一种进行摩托车预热。排放测试：①车辆预热后10min内应完成怠速排放测量。②在排气消声器尾部加一长600mm、内径φ40mm的专用密封接管，使摩托车尾气全部通过接管。③维持怠速工况，将取样探头插入接管，保证插入深度为400mm，同时读取探头插入后30s时的CO和HC的指示值作为测量值。④间隔1min，重复进行测试。⑤测量结果取两次的算术平均值。若为多个排气管时，取各排气管测量结果的算术平均值。2019/9/147设备测试原理测试设备：怠速排放分析仪不分红外线分析仪：利用每种气体对特定波长红外线的吸收率不同来测定被测气体的浓度。测定成份：CO、CO2、HC注：HC的测量值为正己烷当量2019/9/148三、工况法排放试验工况排放：按照特定的城市道路模拟循环行驶一定时间，测量车辆排气管排放的排放污染物的质量。以每行驶1公里排出污染物质量作为衡量指标。试验依据:GB14622-2002《摩托车排气污染物排放限值及测量方法（工况法）》GB18176-2002《轻便摩托车排气污染物排放限值及测量方法（工况法）》排放限值规定：工况法测量排气污染物限值排气污染物限值g/kmCOHCNOxHC+NOx摩托车第一阶段1330.3/摩托车第二阶段5.51.20.3/轻便摩托车第一阶段6//3轻便摩托车第二阶段1//1.22019/9/149实施日期型式认证生产一致性认证摩托车第一阶段限值2003.1.12003.7.1摩托车第二阶段限值2004.1.12005.1.1轻便摩托车第一阶段限值2003.1.12003.7.1轻便摩托车第二阶段限值2005.1.12006.1.1工况法测量排气污染物限值实施日期2019/9/1410欧Ⅲ排放限值摩托车分类排气污染物限值g/kmCOHCNOxHC+NOx＜150CC2.00.830.15/≥150CC2.00.30.15/实施日期：2006年1月1日起型式核准试验，2007年1月1日起生产一致性检查。2019/9/1411工况排放测试设备•底盘测功机•CVS采样系统•CEB排放分析系统•主控计算机•油耗仪2019/9/1412底盘测功机功用：提供模拟道路行驶条件1、提供车辆运转的条件：转鼓直径大于等于400mm2、车辆行驶惯量模拟：车辆惯量≈整备质量+75kg注：工况排放试验时按照当量惯量设置3、道路行驶阻力模拟（功率吸收）F=F1+F2V+F3v2摩托车道路行驶阻力方程：F=Ff+Fi+Fw+FmFf：道路摩擦阻力Fi：坡道阻力Fw：风阻Fm：惯性阻力4、冷却风速模拟n=n1+n2V+n3v2出风口最小截面积为0.4m2离地高度：0.15！0.2m；至车轮前端距离：0.3~0.45m2019/9/1413CVS采样系统功用：进行排放气体稀释和采集，气体总体积的计算1.尾气稀释作用：A、模拟实际运行状况，使排气出口能保持大气压力（标准要求排气背压为大气压或压差≤+1.25kPa）B、防止尾气中水蒸汽的冷凝C、尾气中的HC浓度高时，冷却后容易凝结2.定容采样：利用文氏管原理进行等比例采样，计算排气总体积。临界流量文氏管原理（CFV）：当气体在文氏管处的流速达到音速后，其流量就不再变化。（流体力学原理）采样：稀释尾气采样和空气采样，利用文氏管等比例的采样到气袋中。2019/9/1414CEB排放分析系统功用：进行排放污染物气体浓度分析，和分析仪自动标定、检查等功能。分析仪原理：1.CO、CO2气体分析：采用NDIR不分光红外线吸收法测量2.CH气体分析：采用氢火焰离子分析仪FIA法：当排气中各种HC在2000℃左右的氢火焰中燃烧时部分分子或原子就会离子化而生成自由离子，这些电离的离子数与HC分子中的碳原子数成正比，且对各类HC的灵敏度相同，在外加直流电场作用下，形成电子流产生电信号，电流的大小和待测气体的流量、浓度成正比。3.NOx气体分析：化学发光气体分析仪，测量NOx浓度。CLA基本原理：利用NO和O3发生化学反应时，产生化学反应，其强度与NO的浓度成正比，从而测量出NOx的浓度。转化效率：NO2转化为NO的转化效率，（通过转化器）一般要求大于90%。4.O2分析仪：PDM顺磁型分析仪2019/9/1415CESAR主控计算机功用：工况排放试验循环生成控制、各子系统协调控制、试验数据记录和试验结果计算及试验报告的生成1.各种标准工况循环，ECER40、ECER47、EPT-75、IDC等；2.各种标准测试循环试验，ECER40、ECER47、EPT-75、IDC等；3.记录测试试验数据和曲线；4.生成试验报告。5.模拟循环工况综合油耗测试2019/9/1416城市道路模拟工况循环0102030405060050100150200TIME(S)SPEED(km/h)ECER40工况循环（热机状态测试）（GB14622-2002摩托车测试循环）循环时间：195s最高车速：50km/h循环数量：62个预热循环4个测试循环2019/9/1417ECER47工况循环（热机状态测试）（GB18176-2002轻便摩托车测试循环）0102030405060020406080100120TIME(S)SPEED(km/h)循环时间：112s最高车速：50km/h循环数量：84个预热循环4个测试循环2019/9/1418印度测试循环工况(IDC)051015202530354045020406080100120TIME(S)SPEED(km/h)循环时间：108s最高车速：42km/h平均车速：21.93km/h循环数量：104个预热循环6个测试循环2019/9/1419美国EPA排放法规采用FTP-75工况循环（冷机、热机状态都测试）测试距离：约17.9km；平均车速：约31.7km；最高车速91.2km；注：测试计算公式（环境修正）与欧洲标准不同欧Ⅲ排放循环（ECER40+EUDC循环）6个ECER40循环+EUDC试验时间：1220s；当量里程：约11km；平均车速：32.5km/h；最高车速：120km/h；小排量汽车最高车速：90km/h日本10、15工况循环时间：600s；每循环里程：4.16km；平均车速：22.7/h；最高车速：70km/h；2019/9/1420油耗仪功用：进行油耗测试油耗仪：称重式油耗流量计1.和底盘测功机联机使用进行等速油耗或实时油耗消耗率测试；2.和CESAR主控计算机联机使用进行循环工况综合油耗测试，可以进行油耗消耗率测试。2019/9/1421四、排放控制措施1、排放污染物产生机理1）.CO产生机理：一般是由于燃油在汽缸中燃烧不充分所致，是氧气不足而生成的中间产物。CmHn+m/2O2=mCO+n/2H2排气中一氧化碳产生及其浓度基本上取决于空燃比。CO随空燃比增大（混合气变稀）产生CO浓度的降低，达到理论空燃比（14.3）后基本稳定。2019/9/14222）HC产生机理：HC指未燃的或部分燃烧的碳氢化合物燃料A.点火系工作不可靠或燃烧室狭缝太小（狭隙效应）造成燃烧不完全造成B.由燃烧所产生HC的两个只要来源是中间产物（燃烧不充分）和壁面激冷效应中间产物：不完全燃烧的产物，如醛、酮等，在过程反应中，反应条件不适合而产生的氧化物。影响完全燃烧三个方面：空燃比：局部混合气过浓或过稀使氧化反应缓慢，因热损失较大而使点火不能产生。狭隙效应：微小单元可燃混合气，其面容比过大，使热损失过多而不能产生着火。激冷效应：靠近冷表面的可燃混合气其热损失过多不能产生着火。2019/9/14232）NOx产生机理：NO是在燃烧室高温条件下的产物，在排出后会生成NO2和其他氮氧化物，发动机排放中主要指NO2和NO。NO产生的途径有三种：A.O2和N2之间双分子反应N2+O2=2NOB.Zeldovich链反应机理：O2=2ON2+O=NO+N和N+O2=NO+OC.lavoie、heywood和keck提出的反应N+OH=NO+H----H+H2O=N2+OHO+N2O=N2+O2-----O+N2O=2NO研究结论：NO生成主要取决于温度、混合气浓度及滞留时间。对于汽油机NO浓度取决于温度和混合气浓度。在稀混合气时，NO平衡浓度随温度增加而迅速增大；在一定的温度下，NO的平衡浓度随混合气加浓而减少。NO滞留时间，NO开始形成到完全形成的反应时间，燃烧过程中高温保持时间越长，NO生成时间越长，NO生成量越多。2019/9/14242、影响CO、HC、NOx的因素1）.空燃比：是影响三种排放物主要因素之一，一方面显示混合气中氧的浓度，一方面也影响燃烧温度。空燃比与三种排放物的关系：A.供给浓混合气时，燃烧温度和氧浓度较低，NOx减少而CO、HC增多。B.供给稍稀的混合气时，CO、HC减少而NOx增多。C.供给稀混合气时，NOx、CO减少而HC增多。混合气的空燃比大于17~18时，HC增多，由于混合气过分稀薄，易于发生火焰不完全传播以至断火，造成未燃烧烃增加。空燃比大于15.5时，氧浓度增加，但燃烧温度有所降低，NOx减少。2019/9/14252019/9/14262）.发动机负荷和转速：A.负荷影响：⑴怠速减速等低速小负荷运行，气体压力、温度不高，燃烧速度慢，不完全燃烧产生CO和HC⑵大负荷运转，油门全开，燃烧气体压力、温度同时提高、燃烧效率高，HC减少而NOx增多B.转速影响：对HC和NOx生成有一定影响，而对CO影响相对较小⑴.转速提高改进气体燃烧（燃烧效率高）、加强激冷后的氧化，促进排气系统氧化，HC减少。⑵.转速较高，稀混合气时，点火时间不变时，大部分燃烧在膨胀过程压力和温度不太高时进行，NO生成速度减小。浓混合气时，提高转速加强气体扰动，火焰传播速度加快，热损失相对较小，NO生成速率将增大。2019/9/