（动力机械及工程专业论文）发动机排放测量全流稀释定容采样系统设计研究.pdf

东动机裤放测量全流稀释定容采样系统般计研览 d e s i g n 嘭4 蚴免嘲舭力以。f l o r ad i l u u h 西删铂细w 蜀蚋础哆s y s t a n 摘要 随着国际汽车工业的蓬勃发展和人们生活水平的不断提高，人们对汽车的需求量不断提 高，汽车己成为了社会日常生活的主要交通工具。但随之而来的汽车尾气排放、环境污染也 日益成为社会关注的问题，日益被重视起来。因此，世界各国都相继推出了不同的排放法规， 并且逐渐严格。而降低排放的关键一步则是首先要准确测量出内燃机的排气成分，为此世界 各大厂商都开始致力于开发新的排放测试设备和技术。 众所周知，汽油机的尾气排放物为气态物质，而柴油机的尾气中不仅含有气态物质，还 有许多的颗粒排放物。其中气态排放物，对于稳态测试循环可以采用抽取发动机原排气进行 浓度分析的方法进行排放量的测定；而对于颗粒排放物的测量必须采用稀释排气的方法进行 测量。发动机颗粒排放物的定容取样系统，目前是稀释排气的方法公认有效的一种，同时也 是一种较先进的排放测量技术。已被国内外大多数的发动机及汽车生产制造商、研究机构和 大专院校所采用。 对于柴油机颗粒排放的取样及分析，全流稀释系统是唯一的基准系统，且要求颗粒滤纸 前的温度控制低于5 2 0 c 。稀释系统分为两种： 全流稀释系统，此系统要求柴油机全部排气与稀释空气混合； 分流稀释系统，此系统要求排气的一部分与稀释空气混合。 本文在广泛调研的基础上，设计了一套用于发动机排放测量的全流稀释定容采样系统， 其核心设计采用了稳定系统流量的临界文丘里喷管。当临界文丘里喷管前后的压比小于一定 数值时，喉口处的气流速度达到当地音速，此时流量达到最大且保持恒定，不再随环境参数 的变化而变化，即处于临界状态，排气各成分的浓度也不再改变。因此，通过测量排气成分 的浓度和整个稀释系统的流量便可计算出各成分的排放量。 本系统采用了三个设计结构尺寸相同的文丘里喷管并联于全流稀释系统的下游，可实现 三档流量可调。并采用标准流量计对该系统进行流量标定。整个稀释定容取样系统实现了远 程自动控制。 实验结果表明：本文设计的发动机排放测量全流稀释定容采样系统完全符合法规要求， 测量精度高，工作稳定，响应速度快，操作安全方便，外型美观，功能具有良好的可扩展性。 关键词：排放法规发动机全流稀释定容取样系统临界流文丘里喷管 霞动机瓤放溯量全浇拜奔定容采样系统设计碍究 脚蟛a d e i s e l p a 胁d a t e 易彬一蜀铀舀缸撕西叫耐虽蚴s y s t e , n a b s t r a c t t o d a yt h ev e h i c l e sa r em o r ea n dm o r ei m p o r t a n tf o ro u r l i f e i ti sw i d e l yu s e di na l io ft h e f i e l d s t om e e tt h ei n c r e a s e dd e m a n d ，m o r ev e h i c l e sa r ed e s i g n e da n dp r o d u c e d ，d i f f e r e n t t y p s ，d i f f e r e n ts i z e s ，d i f f e r e n tc o l o r se t c b u tw i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fv e h i c l e si n d u s t r yt h e a i rp o l l u t i o np r o b l e mi sc o m i n gm o r es e r i o u s m a n yc o u n t r i e sh a v eb e e nr e c o g n i z a n to fi t i n t h em o s tc o u n t n e so ft h ew o r l dt h ee m i s s i o nl e g i s l a t i o n sa r ec a r r i e do u t a n dt h el e g i s l a t i o n i sm o r ea n dm o r es t r i n g e n t f o rr e d u c i n gt h ep o l l u t i o na tf i r s tt h ec o m p o n e n t so ft h ee x h a u s t g a sm u s tb em e a s u r e da n dd e t e r m i n e da c c u r a t e l y i nt h i sc a s ea d v a n c e df a c i l i t i e sa n d t e c h n i q u e sa r ed e m a n d e d f o rg a s o l i n ee n g i n e st h em a i ne m i s s i o ni sg a s e o u s ，b u tf o rd i e s e le n g i n e st h ee x h a u s tg a s c o n s i s t so fn o to n l yg a s e o u se m i s s i o n sb u ta l s op a r t i c u l a t e sw h i c hc o n s i s tm a i n l yo f c a r b o n ( s o o t ) a n da s s o c i a t e dh y d r o c a r b o nc o m p o n e n t sf r o mu n b u m e df u e lo rl u b eo i i f o rt h e g a s e o u se m i s s i o n st h ea n a l s i z e dg a sc a nb es a m p l e dd i r e c t l yf r o mt h eo r i g i n a le x h a u s t g a s b u tf o rt h ep a r t i c u l a t e sw h i c hi se m i t t e db yd i e s e le n g i n e s ，o n l yt h ec o n s t a n gv o l u m e s a m p l i n gs y s t e m ( a b b r c v ss y s t e m ) i st h ee f f i c i e n ta n do f f i c i a lt e c n o l o g ya tt h em o m e n t m a n yv e h i c l ec o m p a n i e s ，i n s t i t u t e sa n du n i v e r s i t i e sh a v ea l r e a d yu s e dt h i ss y s t e m t h ed e f i n i t i o no fd e t e r m i n a t i o no fp a r t i c u l a t e sl e a d st ot h en e e do fd i l u t i n gt h ee x h a u s t g a s d u et ot h et e m p e r a t u r ei i m i to f5 2 。ca tt h ep a r t i c u l a t ef i l t e r t h e r e f o r et h e r ea r et w o p o s s i b i l i t i e s ： f u l lf l o wd i l u t i o n ，a tw h i c ht h ee n t i r ee x h a u s tg a sf l o wi sd i l u t e dw i t hf r e s ha i r p a r t i a lf l o wd i l u t i o n ，w h e r eo n l yaw e l ld i f i n e dp a r to ft h ee n t i r ee x h a u s tf l o wi sd i l u t e d w i t ha i r i nt h i sp a p e ro n l yt h ef u l lf l o wd i l u t i o ns y s t e mi sd e s i g n e da n di n t r o d u c e d f u l lf l o wd i l u t i o n i sn o r m a l l yo n l yu s e df o rm e a s u r e m e n to nh e a v yd u t ye n g i n e s t h em a i np u r p o s eo ft h ec v s f a c i l i t y ( c o n s t a n tv o l u m es a m p l i n g ) i st op r o v i d eac o n s t a n t m a s sf l o wt h o u g ht h ed i l u t i o nt u n n e id u r i n gt h ep e r i o do ft h ew h o l et e s tc y c l e 。w h i l et h e e x h a u s tg a sf l o wr a t eb e f o r ed i l u t i o ni sv a r y i n g t h i si sr e a l i z e db yu s i n gc r i t i c a lf l o w v e n t u r i - n o z z l e sa n db yc o n t r o l l i n gt h ec r i t i c a lf l o wj n l e tc o n d i t i o n st oc o n s t a n tv a l u e s i e p r e s s u r ea n dt e m p e r a t u r e t h a tm e a n s ，b yc o n t r o l l i n gt h ei n l e tc o n d i t i o n so ft h ec r i t i c a if l o w v e n t u r i - n o z z l e sao v e r - c r i t i c a ip r e s s u r ed i f f e r e n c eb e t w e e ni n l e ta n do u t l e to ft h e v e n t u r i e s c a nb er e a c h e d ，s u c h ，s o u n dv e l o c i t yi sg e n e r a t e di nt h es m a l l e s tc r o s ss e c t i o no ft h ec r i t i c a i f l o wv e n t u r i 。v a r i a t i o n so fs y s t e mp r e s s u r ea f t e rt h ev e n t u r in o z z l ea r en o ta f f e c t i n gt h e s y s t e mf l o wa n ym o r e t h e nt h es y s t e mf l o wi sk e p tc o n s t a n t a l t h o u g ht h em a s sf l o wo f e x h a u s tg a si sv a r y i n gd e p e n d i n go nt h el o a da n ds p e e do ft h ee n g i n e ，t h ec o n c e n t r a t i o no f t h ep a r t i c u l a t e si nt h ed i l u t i o nt u n n e i sk e p tc o n s t a n t t h e r e f o r ef r o mt h er e s u l to ft h eg a s c o n c e n t r a t i o n ，t h ev o l u m es a m p l e da n dt h ed i s t a n c ed r i v e nt h em a s so ft h ep o l l u t a n te m i t t e d c a nb ec a c u l a t e d t h i ss y s t e mc o n s i s t so ft h r e es a m ev e n t u n s e a c ho f 竹1 e mh a st h ec r i t i c a if l o wr a t e 3 0 c m j m i n ，t w oo ft h e ma r es e p a r a t e l yc o n t r o l l e db yt h ev a l v e s ，s ot h a tt h r e ed i f f e r e n tf l o w 发动机裤放溯量全虞稀释定容采樨系统设计研究 脚衫4 谢刀螂眺易艘一匆，坤a 翰眵删钳仍幺ws 彬哆匀棚 r a t e ( 3 0c m 3 m i n ，6 0c m z m i na n d9 0c m 3 m i n ) c a nb ee a s i l yr e a l i z e da n ds u i t e dt od i f f e r e n t d i e s e le n g i n e sw i t hd i f f e r e n td i s p l a c e m e n t s a d d i t i o n a lt h e r ei saf l o wm e t e ra n dal o n g t u n n e lu s e df o rt h e f l o wr a t ec a l i b r a t i o nb e f o r eu s i n gt h es y s t e m t h ew h o l ec f v - c v sc a nb e a u t o m a t i c a l l yc o n t r o l l e d k e y w o r d s ：p o l l u t i o n e x h a u s tg a se m m i s i o nl e g i s l a t i o n g a s o l i n ee n g i n e d i e s e le n g i n ef u l lf l o wd i l u t i o nc r i t i c a lf l o wv e n t u r i 宜动机雄放溯童全浇稀释定容采样系统馥计研究 z ) 甜咖a d e i s e lp a 删a t c 易艘一匆“d i v a n 函删耐铂钿s 嗍6 1 i n gs y s t e m 声明户百明 本人郑重声明：本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果，撰写成硕士学位论文发动机排放测量全流稀释定容采样 系统设计研究。除论文中已经注明引用的内容外，对本人的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包 含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的 成果。 本声明的法律责任由本人承担。 第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 我国改革开放以来，经济得到了飞速发展，交通运输量也迅速增加，因此作为交通工具 中最主要的动力一内燃机也将起到越来越重要的作用。但另一方面内燃机的发展将对能源 供应和环境污染造成极大的压力。世界上很多国家已经认识到了这个问题，并制定了一系列 的排放法规，这些法规限制日趋严格，因此高水平的内燃机排放测试设备的设计和研究也随 之重要了，目前我们国内的发动机排放测试设备几乎完全依赖进口，对测试设备的研究和设 计对提高国内测试水平、发动机排放控制水平有重要的意义。 基于以上的课题背景，设计、研究出的全流稀释定容取样系统，可以实现对发动机排放 成分的瞬态测量，完全符合国际法规规定的测试设备要求，节约大量的设备投入费用，有着 很大的应用价值。 1 2 内燃机排气污染物的危害 1 2 1 内燃机排气污染物在大气中的扩散及其影响 对人类、动物、植物以及其它物质造成危害的内燃机排气污染物，从内燃机中排出并扩 散到大气中，其扩散后的浓度取决于排放地点、浓度以及气候的影响。由于影响因素众多， 从污染物的排放来计算污染物的扩散浓度，只是在很少的简单场合里才有可能。排气污染物 对大气环境的影响主要表现在以下几个方面： 烟雾； 酸雨： 臭氧层减薄； 臭氧浓度过高； 温室效应。 温室效应和臭氧层减薄是一个全球性的效应。而臭氧浓度过高，则发生在地面附近，烟 雾和酸雨也是发生在污染源的附近地区，特别是人口密集地区。 酸雨主要是由s 0 2 和n 0 2 在大气中而引起的雨水p r i 值得变化。 烟雾的形成，则是由排气扩散过程中的化学反应造成的。这种化学反应的产物在大城市 摹，页 第一章绪论 中和工业区上空空气中滞留时会造成烟雾。冬季经常发生的“伦敦烟雾”，主要是由家庭烟囱 和工业废气中得含硫物质和微粒造成的。在煤气取代煤炭以后，“伦敦烟雾”就会消失。而“洛 杉矶烟雾”，则主要是由汽车废气中的非饱和和h c 在阳光和n o 。的共同作用下，在经过光化 学反应形成臭氧的同时，产生的对人体粘膜有刺激的有机含氧物质所致。 排气污染物对臭氧的影响在地面附近的大气对流层和在离地面l 万米以上的同温层中完 全不同。在大气对流层中，特别是在北半球，臭氧的浓度在增长。而在大气同温层中，臭氧 浓度则在下降，出现了臭氧洞。 臭氧在大气对流层种的浓度，取决于对流层和同温层之间的臭氧交换及对流层中的臭氧 形成。在对流层的臭氧形成过程中，n o 、n 0 2 、c o 、h c 都起着一定的作用。 除了对人体健康直接有害的排气污染物c o 、h c 、n o 。和微粒以外，内燃机还排出一些 虽对人体健康无直接伤害，但会造成气候变化，从而影响人类生活环境的排气成分。这些成 分的排出，增加了大气层中温室气体的浓度。这种温室气体，具有让短波段的太阳光透过， 而吸收从地球上反射的长波段的热辐射的特点。这种效应就是一般所称的温室效应。大气层 中温室气体浓度的增加，会导致地球大气的变暖。其实，这种温室气体本来是地球上生命的 基础，没有它们，地球表面的温度将只有一1 7 度。但目前大气层中的温室气体浓度增大过多所 造成的大气温度持续升高，可能会带来气候的灾难性变化。 1 2 2 内燃机排气污染物对人体的危害 内燃机排气污染物对人体的危害主要有以下几种： 1 一氧化碳( c o )一氧化碳是无色无味的气体。它和血红蛋白( 血液中输送氧气时的载 体) 的结合能力是氧气的2 4 0 倍。空气中一氧化碳的含量超过0 1 ( 质量分数) 时，就 会导致人体中毒，当7 5 的血红蛋白丧失输氧能力时，就会导致人体窒息。 2 二氧化碳( c 0 2 ) 二氧化碳是无色的气体，略带酸味，略带刺激性气味，无毒。它的危 害在于作为主要温室气体，造成地球表面温度升高( 温室效应) 。它和大气层中臭氧洞形 成的关系，目前还不清楚。 3 臭氧( 0 3 )臭氧是刺激性很强的气体，它刺激人的眼睛和呼吸道。它是由含有n o 。和 烃类的废气经过光化学反应后形成的。空气中含有o 1 1 0 西的臭氧( 2 0 0 g i m ) 时，就 会使人明显感觉呼吸困难。它比s 0 2 和n 0 2 更有害。臭氧也影响植物光合作用，是导致森 林病害的主要因素之一。但高空大气层中的臭氧却有过滤阳光中对人体有害的紫外线的作 弟暑页 第一章绪论 用。 4 碳氢化合物( h c ) 烷烃基本上无味，有麻醉作用，对人的口壁粘膜有刺激。烯 烃略带有甜味，有麻醉作用，部分烯烃对人的口壁粘膜有刺激，是造成烟雾的因素之一。 芳香烃具有特殊气味，对神经系统有害，带- - n 两环的芳香烃有麻醉作用，带更多环的芳 香烃被怀疑有致癌作用。 5 醛类( c m l h 2 c h o ) 大多数醛类有刺激性气味和麻醉作用，部分醛类对人体器官有刺 激，如空气中甲醛的含量超过1 x1 0 6 时，会刺激眼睛和鼻腔。 6 一氧化氮( n o ) 一氧化氮时无色的气体。在空气中，一氧化氮被氧化成二氧化氮。在空 气中的含量超过1 5 1 0 击时，它会和血红蛋白结合，若超过2 0 1 0 6 时，会影响肺的功能。 7 二氧化氮( n 0 2 ) 二氧化氮呈红褐色，具有强烈的刺激味，对肺和心肌等都有很强的损 害作用。二氧化氮是地面附近大气中形成臭氧的主要因素之一。一氧化氮和二氧化氮通常 被统称为氦氧化物( n o x ) 。 8 二氧化硫( s o d 二氧化硫是无色气体，有强烈的刺激气味，和水结合后形成亚硫酸， 对人的口鼻粘膜有强烈的刺激性。若与灰尘一起，则危害性更大。 9 含铅物质含铅物质对血液、骨骼和神经系统的细胞有损害作用。它的作用是一个慢性 过程。 1 0 微粒 微粒中主要成分是碳。柴油机排放物种的微粒大多小于o 3 z m ，可以被吸入 肺叶，并在肺里滑动，造成肺组织的摩擦损伤。另外，微粒碳核上吸附的其它有毒物质被 吸入人体，也会对人体造成损害。 以上所有污染物对植物的损害过程，至今了解得还不是很多，各种说法缺乏足够的可靠性。 一般认为污染物对植物的作用有两种方式：污染物直接作用在植物身上或通过土壤对植物产 生作用。受空气污染危害特别严重的是树木，一方面由于它们寿命长，另一方面由于它们高 大，树木吸收的有害物质比其它植物都多。 摹罗页 第二章内燃机排放法规及国外稀释定容取样系统发展状况 第二章内燃机排放法规及国外稀释定容取样系统发展状况 2 1 汽车内燃机的排放法规及标准 2 1 1 轻型汽车捧放法规及标准 轻型汽车的排放标准，都要求整车在底盘测功器上进行测试。在测试中，汽车的驱动轮 在底盘测功器的转毂上滚动，转毂联接模拟汽车惯性的配重和模拟汽车平面运行阻力( 空气 阻力和滚动阻力) 的测功器。在汽车前面放置的风扇用来模拟汽车行进中所获得的冷却空气。 为了测量汽车排气污染物的排放量，测试汽车按照规定的标准测试循环运行。在此期间，按 照相应标准的要求，采用定容取样系统( c v s ) 对排气进行收集和分析。 2 1 1 1 美国轻型车排放标准 美国城市标准测试循环f f p 7 5 ( f e d e r a lt e s tp r o c e d u r e ) 是目前及在可见的将来所使用的美 国城市标准测试循环( 图2 - 1 ) 。它要求被测汽车在测试前，在温度为2 0 一3 0 0 c 的恒温室里放 置1 2 h 以上。 4 一 暑 趔 捌 图2 - 1 美国城市标准测试循环 美国城市标准测试循环( f 1 限- 7 5 ) 分为四部分进行测量和计算，见表2 1 。在第1 、2 和4 阶段里排气，分别收集在不同的取气袋里，其测量值分别乘上规定的加权系数，然后加在一 起。 在b - t p 7 5 循环中，变速档是规定好的。自动变速汽车，应打到d 档上。在美国城市标准 测试循环中允许的速度最大误差为士3 2 k m h ，允许的时间最大误差为+ l s 。 弟军i 第二章内燃机排放法规及国外稀释定容取样系统发展状况 表2 1 美国城市标准测试循环( f t p - 7 5 ) 的分段和捧放值加权系数 阶段加权系数 1 过渡段( 0 - 5 0 5 s ) 冷起动 0 4 3 2 稳定段( 5 0 6 1 3 7 2 s ) 1 0 3 1 0 m i n 停车 4 重复过渡段( 0 5 0 5 s ) 热起动 0 5 7 表2 2 美国轻型汽车排放标准的排放限值 汽油车 5 0 0 0 0 m i l e 以内1 0 0 0 0 0 m i l e 以内 3 4 g m i l e 4 2 g m i l e c o 2 1 1 g k i n 2 6 1 g k i n 0 4 g m i l e 0 。6 g m i l e n o x 0 2 5 g k i n 0 3 7 g k i n 0 2 5 g m i l e 0 3 1 g m i l e n a 僵h c 0 1 6g k m0 1 9 g k i n 柴油车 5 0 0 0 0 m i l e 以内1 0 0 0 0 0 m i l e 以内 c o3 4 g m i l e 4 2 g m i l e 2 1 1 g k i n 2 6 1 g k i n n o x0 4 g m i l e 0 6 g m i l e 0 。2 5 g k m 0 3 7 g k i n n a 僵h c 0 2 5 g m i l e 0 3 1 g m i l e 0 1 6 g k i n 0 1 9 g k r n 微粒 0 ，0 5 g m i l e 0 0 6 g m i l e 0 0 3 g k m 0 0 4 g k i n 2 1 1 2 美国加利福尼亚州汽车排放标准 1 9 9 4 年开始实行的加利福尼亚州排放标准第一次把燃油和汽车看作一个统一体，称之为 清洁燃油和低排放汽车( 叫v 即c l e a nf u e l s l o we m i s s i o nv e h i c l e s ) 。在美国加利福尼亚州的 l e v 计划中，对碳氢化合物的排放标准值指的是无甲烷有机气体( n m o c i 即n o nm e t h a no g a n i c g a s e s ) ，它和一般美国排放标准中限制的无甲烷碳氢化合物( n m h c ) 的区别是，它还包括含 有含氧的有机化合物，如醛类、酮类和醇类有机化合物。 表2 - 3 美国加利福尼亚州轻型汽车排放标准的排放限值 5 0 0 0 0 m i l e 以内( g m i l e ) 标准c on m o gn o x微粒甲醛 1 9 9 33 4o 2 5o 4o 0 8 t i e v3 40 1 2 5o 4o 0 80 0 1 5 l e v 3 4o 0 7 5o 2o 0 80 0 1 5 u l e v1 70 0 4o 20 0 40 0 0 8 摹5i 第二章内燃机排放法规及国外稀释定容取样系统发展状况 ( 续前表) 1 0 0 0 0 0 m i l e 以内( g m i l e ) 标准 c on m o gn o x 微粒甲醛 1 9 9 3 4 2 0 3 ll d0 0 8 t ie v4 2 0 1 5 60 60 0 80 0 1 8 l e v4 20 0 9o 3 o 0 80 0 1 8 u l e v2 10 0 5 5o 30 0 40 0 l l 2 1 1 3 欧洲联盟轻塑车排放标准 现在欧洲联盟汽车排放标准规定的测试循环包括两部分：城市循环测试部分( c i t y ) 和汽 车在郊外公路的运转循环( e u d c ，即e x t r au r b a nd r i v i n gc y c l e ) ( 图2 2 ) 。 葺 、 点 v 倒 缎 时阀( x ， 图2 2 欧洲轻型汽车排放标准规定的测试循环 在欧洲标准测试循环中，汽车变速档也是规定好的。使用自动档的汽车，应打到d 档上。 在欧洲标准测试循环中，允许的最大车速误差为_ + l k m h ，允许的最大时间误差为士o 5 s 。 先前的欧洲排放标准规定，排放测量在标准测试循环运行4 0 s 以后才进行。这样，冷起动 时较高的排气污染物排放量较少被测量到。这个4 0 s 在2 0 0 0 年以后的欧洲标准中已被取消。 循环的条件更严格了。 欧洲轻型汽车的排放限值有两组：一组是车型认证标准，也是一般所说的标准，见表2 4 ； 另一组是产品一致性标准，用于保证批量生产的汽车抽查。产品一致性标准的限值高于车型 认证标准2 0 左右。 弟彳页 第二章内燃机排放法规及国外稀释定容取样系统发展状况 汽油车 表2 4 欧洲联盟轻型汽车的排放限值 标准生效日期 c oh c + n o x 欧洲i1 9 9 2 2 7 20 9 7 欧洲 1 9 9 5 1 02 20 5 柴油车 ( g k m ) 标准生效日期 c oh cn o x 欧洲 2 0 0 02 3o 2o 1 5 欧洲 2 0 0 51 00 10 0 8 标准生效日期 c oh c + n o x微粒 欧洲i1 9 9 22 。7 20 9 70 。1 4 欧洲1 9 9 5 1 0 2 2 o 50 0 8 欧洲 1 00 90 1 ( g k r n ) 标准生效日期 c oh cn o x 微粒 0 6 欧洲 2 0 0 0o 5 6o 。50 0 5 4 欧洲 2 0 0 50 30 2 50 0 2 5 o 5 2 1 2 重型车用发动机欧洲i 号排放标准及试验循环 2 1 2 1 欧洲i i i 号对重型车用发动机排放限值 对于重型汽车，各标准都不要求整车测量，而只要求在相应的发动机试验台上进行发动 机测试。 根据欧洲号排放法规，重型车用发动机各种排放物测得值不得超过表2 5 、2 - 6 中的限 值： 表2 - 5 欧洲i 限值e s c 和e l r 试验 一氧化碳质量碳氢化合物质量氮氧化物质量微粒质量烟度 阶段 ( c o ) e , k w - h( h c ) e k w h( n o x ) g k w h ( p t ) g k w h m - 1 a ( 2 0 0 0 )2 10 6 65 o0 1 0o 1 3 1 0 8 b 1 ( 2 0 0 5 ) 1 50 4 63 5o 0 20 5 b 2 ( 2 0 0 8 ) 1 50 4 62 00 0 2o 5 c ( e e v )1 50 2 5 2 00 0 2o 1 5 1 对每缸排量低于0 7 5 d m 3 及额定功率转速超过3 0 0 0 m i n d 的发动机。 表2 - 6 欧洲l 限值e t c 试验1 一氧化碳质量 非甲烷碳氢化合 甲烷质量氮氧化物质量微粒物质量 阶段 物质量 ( c o ) g k w h( c h 4 ) 2 g k w h( n o x ) g k w h( p t ) 3 g k w h ( n m h c ) g ，l 渑m a ( 2 0 0 0 )5 4 5o 7 8 1 6 5 00 1 60 2 1 4 b l ( 2 0 0 5 )4 oo 5 51 13 5o 0 3 b 2 ( 2 0 0 8 )4 o0 5 51 12 oo 0 3 c ( e e v )3 o 0 4 0 0 6 5 2 o o 0 2 弟，1 第二章内燃机排放法规及国外稀释定容取样系统发展状况 ( 续前表) n 当将按a 阶段的限值测定燃气发动机的排放物时，应复查用于核实e t c 试验可接受性的条件，如需 要，按7 0 1 5 6 e e c 指令第1 3 条中的规程作修改。 2 仅对n g 发动机。 3 不适用于a 、b l 和b 2 阶段的燃气发动机。 4 对每缸排量低于0 7 5 d m 3 及额定功率转速超过3 0 0 0 m i n 。的发动机。 2 1 2 2 e c e r 4 9 试验循环 在本世纪的欧洲以及1 9 8 4 年以前的美国，对重型汽车( 大多是柴油车) 都使用1 3 工况 标准测试循环( 图2 3 ) ，美国旧标准中个别工况点有些不同。这个标准测试循环，由在两个 转速上的各5 个不同负荷点以及3 次怠速工况共i 3 个工况点组成，测量都在发动机稳定状态 下进行，称为e c er 4 9 。 图2 - 3e c e1 1 4 9 标准测试循环的工况点和加权系数 e c er 4 9 的两个测试转速是最大扭矩转速和标定转速，转速的最大允许误差为_ + _ 5 0 r r a i n 。 5 个负荷点分别是该转速下最大扭矩的1 0 、2 5 、5 0 、7 5 和1 0 0 ，扭矩的最大允许相对 误差为挖。1 3 个工况点运行的先后顺序也有所规定。每个工况点的运行时间是6 m i n ，在l m i n 内必须调整好工况。排气测量包括微粒样品的收集共计5 m i n 的时间。 通过进气质量流量和燃油消耗量的测量，可以求得发动机的排气流量，加上所测得的各 种排气污染物的浓度，可以算出该工况下的比排放量。这个值乘上该工况的加权系数，然后 把各工况加到一起，就是该发动机在标准测试循环中的排放量，即发动机做每l k w h 功所排 出的污染物质量。 弟，页 第二章内燃机排放法规及国外稀释定容取样系统发展状况 2 1 2 3e s c 和e l r 试验循环 2 1 2 3 1 确定发动机转速a 、b 和c 发动机转速a 、b 和c 应按照下列规定额定： 高转速砘是7 0 额定最大净功率pc 。，下的转速。功率曲线上此功率处的发动机最高转速 定义为n 毯。 低转速n l o 是5 0 额定最大净功率pc 。，下的转速。功率曲线上此功率处的发动机最低转速 定义为n l o 。 发动机转速a 、b 和c 应按 下列公式计算( 如图2 - 4 ) ： 转速a - - n l o + 2 5 ( - n l o ) 转速b - - - n l o + 5 0 ( n b i - n l o ) 转速c = n i 5 ( 嘶n l o ) 2 1 2 3 2e s c 试验 欧洲号标准在1 3 工况 e c er 4 9 试验循环的基础上作了 图2 - 4 确定发动机转速a 、b 和c 一些修改，称为欧洲稳态标准测试循环( e s c ，即e u r o p e a ns t a t i o n a r yc y c l e ) 。 试验应按图2 5 及表2 7 列出的工况号循序进行。发 动机必须按每个工况所规定 的时间运转，最初2 0 秒用于兰 墨 完成转速和负荷的转换。规 定的转速应保持在5 0 r p m 之内，规定的扭矩应保持在 d 参燃 该试验转速下最大扭矩的 图2 - 5 欧洲稳态标准测试循环各工况点的负荷、顺序和加权系数 2 以内。整个试验规程应 使用一对滤纸( 初级滤纸和副滤纸) 。试验循环规程中所规定的模态加权系数，是通过按比例 从循环的单个工况的排气质量流量中取样加以考虑的。这可以通过调整气样流量、取样时间 和或稀释比来达到，从而符合有效加权系数的准则。为在滤纸上收集更多的微粒量，应制造 者的要求，试验程序可重复足够次数。制造者应提供详细的数据评价和计算程序的说明。气 弟穸页 第二章内燃机排放法规及国外稀释定容取样系统发展状况 态排放物只能在首次循环内测定。每工况的取样时间至少应为每0 0 1 加权系数4 秒。取样应 尽可能在每个工况的最后进行。微粒取样结束不的早于每工况结束前5 秒。 根据国家标准要求，在此试验循环中，稀释空气的设定应保证在任何工况时，初滤纸前 端测得的稀释排气温度不超过3 2 5 k ( 5 2 0 c ) 。稀释比不小于4 。 表2 7 e s c1 3 工况试验程序 工况号发动机转速负荷百分数加权系数工况耗时 1怠速o 1 54 分 2a1 0 00 0 82 分 3b5 0o 1 0 2 分 4b7 50 1 0 2 分 5a5 0o 0 5 2 分 6a 7 5 o 0 5 2 分 7a2 5o 0 5 2 分 8b 1 0 00 0 92 分 9b2 50 1 02 分 1 0 c 1 0 00 0 8 2 分 1 1c2 50 0 5 2 分 1 2c7 50 0 5 2 分 1 3c5 0o 0 5 2 分 2 1 2 3 3e l r 试验 试验包括发动机转速a ( 循环1 ) 、b ( 循环2 ) 和c ( 循环3 ) 三个转速下的顺序 加载段，接下来是由检查机构 选择的，在控制区内某一转速 下负荷为1 0 1 0 0 的循环 4 。试验发动机在测功机上的 运行，应遵循下列图2 5 所示 顺序： ( a ) 发动机应在转速a 薷幕薷薷三 图2 - 6e l r 试验顺序 和1 0 负荷下运行2 0 + 2 s 。规定的转速应保持在2 0 r p m 以内，规定的扭矩应保持在该试验 转速下最大扭矩的2 以内。 摹船页 c b 璐 肾 g 触 。宴o 、颦 嬲 第二章内燃机排放法规及国外稀释定容取样系统发展状况 ( b ) 前一部分结束后，油门控制杆应快速移动并停在油门开度最大位置处1 0 + l s 。测功 机所需负荷也应加载，使发动机转速在最初3 s 保持在1 5 0r p m 以内，余下部分保持在 2 0 r p m 。 ( c ) ( a ) 和( b ) 所述程序应重复两次。 ( d ) 完成第三次加载后，应在2 0 + 2 s 内将发动机调到转速b 和1 0 负荷。 ( e ) 发动机应在转速b 下运行( a ) 至( c ) 程序。 ( f ) 完成第三次加载后，应在2 0 + 2 s 内将发动机调到转速c 和1 0 负荷。 ( g ) 发动机应在转速c 下运行( a ) 至( c ) 程序。 ( h ) 完成第三次加载后，应在2 0 2 s 内将发动机调到被选择的转速和1 0 以上的任意 负荷。 ( i ) 发动机应在被选择的转速下运行( a ) 至( c ) 程序。 2 1 2 4e t c 试验循环 见图2 7 。 转速1 ， e t c 1 曲 城市街道乡间道路 高速公路 - v - ： 8 0 一lll1i e l o l i拣孙il 【m 胁。 。口 柚 弼 墨 撇j 岬i 渺￥：i ；nv # 擎 ， a 旷 口 l - - i ； 。 l fi l 1 0 n 叠nmj1i茬l ji 。 t fl 。 。 | | | i | 弱 | | l f l蠼 1 ： 目l，i ，i e ，强i 日li晨 引 疆，l 。 ji 。 0 。! l鹾 。t】 k 1 1 | ljl 。“。 ； i l l | ! ； ；i i射， i + ：。蚰i h j f gi 。r l 德辩，融0 ；，g 。：当 一俐 淄i ! i h ji 娜 甜l。 j ： 1 1 1 l !辩叩￥ ” ?节l 们j | l f j i 管 ：l u 0j l 瑚 i 。心。 l jl 曩 l 雕：ji l 0 2 0 0 4 0 06 0 08 0 01 0 0 0t 2 0 01 , 4 0 01 6 0 0 1 0 0 0 扭矩惭i 时阆【s 】 图2 7 e t c 测功机规范 若发动机已处于怠速，试验程序应开始。应依照基准循环进行试验。发动机转速和扭矩 指令设置应以5 次秒或以上( 推荐1 0 冼秒) 发出。试验循环期间，反馈的发动机转速和扭 摹，页 第二章内燃机排放法规及国外稀释定容取样系统发展状况 矩每秒至少记录一次，信号可进行电子滤波。设定稀释排气的总流量，使水不在系统内凝结， 并使滤纸表面的温度不超过3 2 5 k ( 5 2 0 c ) 。 如直接从预处理进入试验循环，发动机或试验程序起动时，测量设备应同时起动： 起动采集或分析稀释空气的设备； 起动采集或分析稀释排气的设备； 起动稀释排气量( c v s ) 和所需温度及压力的测量设备； 起动测功机转速和扭矩反馈数据的记录设备。 应以2 次，秒的频率连续测量稀释风道内的h c 和n o x 。平均浓度应由整个试验循环内的 分析仪信号积分求得。系统的响应时间应不大于2 0 s 。如有需要，还应根据c v s 的流量波动， 取样时间，试验循环的偏移进行调整。c o 、c 0 2 、n m h c 和c 地应通过积分或分析整个循环内 取样袋采集到的气体浓度来确定。稀释空气中的气态污染物浓度应通过积分或通过背景气袋 内采集到的气体来确定。所有其他数值应以每秒至少测量一次加以记录。 2 2 排放物的取样方法 2 2 1 原始排气排放物的取样方法( 仅限e s c ) 气态排放物取样探头必须安装在离排气系统出口至少0 5 m 或3 倍排气管径( 取其较大者) 的上游处，尽量远些，但要离发动机足够近，以保证在探头处的排气温度 3 4 3 k ( 7 0 0 c ) 。 对于带有分支排气支管的多缸发动机，探头的进口应置于下游足够远的地方，以保证样 气代表了所有气缸的平均排气排放物。若多缸发动机具有几组排气支管，例如v 型发动机， 则允许从每组单独取样，并计算平均排气排放量。也可使用与上述方法相关的其他方法。作 为排气排放量的计算必须采用排气质量总流量。 如果发动机装有排气后处理系统，应在排气后处理系统下游获取排气样气。 2 2 2 稀释排气排放物的取样方法( e t