摩托车工况排放试验方法及排放控制(ppt 42页).ppt

2020 3 7 1 摩托车工况排放试验方法及排放控制 2020 3 7 2 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 2020 3 7 3 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 N0 x 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 2020 3 7 4 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 HC 2020 3 7 5 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 2020 3 7 6 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 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 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 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 选择以上三种方式中的一种进行摩托车预热 排放测试 车辆预热后10min内应完成怠速排放测量 在排气消声器尾部加一长600mm 内径 40mm的专用密封接管 使摩托车尾气全部通过接管 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 间隔1min 重复进行测试 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 2020 3 7 7 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 2020 3 7 8 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 2020 3 7 9 工况法测量排气污染物限值实施日期 2020 3 7 10 欧 排放限值 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 2020 3 7 11 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 2020 3 7 12 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 45m 2020 3 7 13 CVS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 2020 3 7 14 CEB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 2020 3 7 15 CESAR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 2020 3 7 16 城市道路模拟工况循环 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 2020 3 7 17 ECER47工况循环 热机状态测试 GB18176 2002轻便摩托车测试循环 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 2020 3 7 18 印度测试循环工况 IDC 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 2020 3 7 19 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 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 2020 3 7 20 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 2020 3 7 21 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 2020 3 7 22 2 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 2020 3 7 23 2 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 2020 3 7 24 2 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 2020 3 7 25 2020 3 7 26 2 发动机负荷和转速 A 负荷影响 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HC 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 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 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 2020 3 7 27 3 点火时间的影响 点火提前角对HC和Nox的排放浓度影响较大 推迟点火提前角 HC浓度可减少 但燃油消耗率增加 在任何负荷转速下 加大点火提前角 均使NO浓度增加 点火提前角对CO排放浓度影响不大 注 点火提前角的改变会导致发动机动力性 经济性的改变4 其他因素影响 燃烧室形状 排气背压 进气管压力及气门重叠情况等因素对CO HC NOx均有不同程度的影响 2020 3 7 28 3 排放控制措施 采用替代燃料 利用天然气作为摩托车发动机的燃料 可以有效的降低摩托车尾气排放 电喷技术 采用电控燃油喷射技术 精确控制空燃比 使摩托车发动机的燃油经济性 动力性和排放特性达到最佳匹配 采用电控燃油喷射技术逐步替代化油器是摩托车发动机生产的发展趋势 但摩托车电喷技术目前还存在技术未成熟 成本高 维护复杂等问题 影响他的推广使用 通过过摩托车发动机进气系统及化油器结构改进和优化匹配 改善混合气形成条件 使混合气尽可能的接近理论空燃比 从而提高燃烧效率 降低发动机排放 同时保证发动机输出功率和整车性能不受影响 2020 3 7 29 改善摩托车发动机燃烧系统 优化燃烧室设计 提高燃烧效率 从而降低发动机排放 此方法研发周期较长 其效果也最好 一般不仅可以降低排放 同时可以提高发动机功率 使用机外净化系统 安装催化转化技术是控制摩托车排放污染的有效措施 现国内最流行的是使用摩托车二次空气系统 催化触媒装置 其主要通过触媒的催化作用使排气污染物中的一氧化碳 CO 碳氢化合物 HC 和氮氧化物再次燃烧 使主要污染物一氧化碳 CO 碳氢化合物 HC 转化成CO2 H2O 二元催化剂仅对一氧化碳 碳氢化合物有作用 从而降低排放 由于此系统结构简单 加装简单 转化效率高 而且对于整车的性能影响较小 现国内多数环保化油器型摩托车都使用这种系统 2020 3 7 30 3 催化剂 催化剂由催化剂活性部分 助催化剂和载体组成 催化剂活性部分 起催化作用的主要部分 车用活性部分一般为贵金属 性能参数 活性 转化率 与体积 质量 表面积有关 选择性 专门对某个化学反应起加速作用的性能稳定性 寿命 耐热稳定性和抗毒稳定性助催化剂 促进剂 非活性组分 目的在于改善催化剂催化性能 提高催化剂活性 选择性和寿命 载体 是承载助催化剂和主催化剂的支撑体 提供反应基地 提供足够大的表面积 固定催化剂 物理性能参数 容积密度 起燃因数 热传递系数 流动阻力系数 载体抗承载能力系数和力学承载因数 热承载因数 2020 3 7 31 车用催化剂主要主剂及作用Pt的主要性能 A 对饱和HC有很高的活性B 对CO氧化性很高C 对NOx还原性较差D 热稳定性差E 较好的抗毒能力Pd的主要性能 A 对CO氧化性高饱和B 对稀烃氧化活性性很高C 当作成大颗粒时对烷烃有很高活性D 加合适的助剂时对NOx原性有很高活性E 抗中毒能力差F 热稳定性差G 起燃活性很好Rh的主要性能 A 对CO氧化有一般活性B NOx还原有很高活性C 对HC氧化活性差D 在富氧下 热稳定性差E 较低的抗毒能力 2020 3 7 32 催化剂的主要技术指标 低温起燃性能 一般起燃温度250 抗高温性能抗热冲击性能抗机械振动性能抗中毒性能 抗Pb S P等毒物影响 对发动机排放特性的适应性能稳定性能催化剂分类 两元催化剂 对排放中CO HC起氧化催化作用的催化剂 三元催化剂 同时对排放中CO HC和NOx起催化作用的催化剂 2020 3 7 33 常见几种催化剂的性能 常州力扬 35 60L 33 50L 1 贵金属成分 铂Pt 50g ft3NOMINAL37 5g ft3MINPtONLY2 催化剂活性 起燃温度 CO50 270 HC50 300 转化效率 CO400 75 CO400 70 3 剥离率 2 00 4 体积 0 0417L常州力扬 35 60L 33 50L 1 贵金属成分 铂Pt 45 46g ft3NOMINAL34 09g ft3MIN铑Rh 4 54g ft3NOMINAL3 409g ft3MIN贵金属比例 10 1含量 50g ft32 催化剂活性 起燃温度 CO50 270 HC50 300 转化效率 CO400 75 CO400 70 3 剥离率 2 00 4 体积 0 0417L 2020 3 7 34 利凯特 35 60L1 贵金属成分 贵金属比例Pt Pd 5 1含量 35g ft3 1 10 2 催化剂活性 起燃温度 CO50 250 HC50 250 转化效率 CO400 80 CO400 80 开米拉1 贵金属成分 贵金属比例Pt Pd Rh 4 4 1含量 250g ft3 1 10 催化剂形状大小可根据用户需求进行设计制造 2020 3 7 35 4 二次空气系统 催化触媒装置 2020 3 7 36 催化反应的效率与发动机的空燃比有关 只有在理论空燃比附近才能有较高的转化效率 一般的化油器多数工况混合气偏浓 排气中氧含量很少 不利于催化反应的进行 为增加尾气中氧含量 使用二次空气系统1 二次空气阀 二次空气阀实际是一个单向簧片阀 依靠消声器排气管中脉动的负压打开簧片 向排气中补充空气 2020 3 7 37 补气量与排气管内负压的大小以及补气口的位置及补气阀的开启面积有关 正确的设置补气口的位置 能较好的利用排气的脉动效应 进更多的空气 更利于尾气的再次燃烧 二次空气