汽油車怠速工況下有害排放物分析

李新燕

(廣東白云學(xué)院)

1 試驗設(shè)備及方法簡介

本次試驗主要采用MQW－50A 機動車排氣分析儀以及ML－100 質(zhì)量流量計，這兩項測量儀器均滿足相關(guān)排放指標檢測要求。試驗車采用的是廣汽本田理念，搭載1.5 L 發(fā)動機，最大功率78 kW。為了更好地研究發(fā)動機怠速排放，將汽車排放系統(tǒng)中的三元催化轉(zhuǎn)化器拆掉。

當汽車發(fā)動機在怠速工況下運轉(zhuǎn)時，將排氣分析儀的取樣探頭插入汽車排氣管內(nèi)，可通過排氣分析儀的屏幕直接讀取CO、HC 的濃度值。為了測取廢氣流量，將質(zhì)量流量計也置于排氣管旁。排氣分析儀與質(zhì)量流量計均連接計算機，經(jīng)計算機分析計算，即可得不同工況下各成分的排放質(zhì)量。具體試驗步驟為以下幾方面。

(1)起動試驗車，怠速預(yù)熱至發(fā)動機冷卻液溫度達85 ℃。

(2)將排氣分析儀及質(zhì)量流量計打開，并進行相關(guān)設(shè)置。

(3)將排氣分析儀的轉(zhuǎn)速測量夾頭夾在發(fā)動機第一缸點火高壓線上，注意夾頭所示方向要指向火花塞。

(4)將排氣分析儀的溫度測量側(cè)頭插入到發(fā)動機機油標尺孔中。

(5)發(fā)動機處于額定怠速轉(zhuǎn)速時，將排氣分析儀取樣探頭插入排氣管中，深度不小于30 cm。

(6)根據(jù)排氣分析儀顯示屏的提示，將取樣探頭取出，得到額定怠速轉(zhuǎn)速下的發(fā)動機廢氣排放值。

(7)控制油門踏板的位置，改變發(fā)動機的怠速轉(zhuǎn)速，得到相應(yīng)的廢氣排放值。相同怠速轉(zhuǎn)速工況下，測量多組數(shù)據(jù)取平均值。

2 試驗數(shù)據(jù)處理及分析

2.1 不同運轉(zhuǎn)工況下CO 的排放水平

由表1 試驗結(jié)果知，隨著怠速轉(zhuǎn)速的增加，CO 排放量先降低后升高。汽車排放主要與發(fā)動機的混合氣成分及氣缸內(nèi)的燃燒情況有關(guān)。怠速工況下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速低，且節(jié)氣門關(guān)閉，氣缸內(nèi)的氣流強度弱，殘余廢氣系數(shù)大，燃燒惡劣，為了使發(fā)動機保持最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，需要供給較濃混合氣，怠速工況下所需空燃比一般為10～12.4，因此怠速工況下空燃比值均小于理論空燃比14.9，此時混合氣燃燒不完全，導(dǎo)致排氣中CO 濃度較高。隨著節(jié)氣門開度的增加，發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加，氣流強度增強，氣缸內(nèi)的廢氣稀釋作用減弱，混合氣加濃的程度也相應(yīng)減小，未燃及燃燒不完全的燃油量減少，使得CO 及HC 排放量明顯降低。高怠速工況下，節(jié)氣門全開，噴油量也相應(yīng)增加，此時供給濃混合氣，故CO 排放值升高。

2.2 不同運轉(zhuǎn)工況下HC 的排放水平

隨著怠速轉(zhuǎn)速的升高，氣缸內(nèi)的氣流強度增強，燃燒情況改善，燃燒室壁面的淬熄作用及積炭吸附減弱，故HC 的排放有下降趨勢。

表1 不同怠速工況下CO 及HC 的排放量

2.3 空燃比對怠速排放水平的影響

圖1 試驗結(jié)果表明，隨著空燃比的增大，CO 的排放值不斷下降;HC 排放值在某一空燃比下達到最低。這也證實了，CO 的排放主要取決于混合氣的濃度。因此，為了改善怠速工況下CO 的排放，在保證發(fā)動機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的前提下，盡量使用偏稀混合氣。

圖1 怠速工況下，空燃比對排放的影響

3 影響怠速排放的其他因素

3.1 點火提前角

發(fā)動機的點火提前角應(yīng)根據(jù)所用燃料品質(zhì)、轉(zhuǎn)速及負荷等因素確定。由發(fā)動機的點火提前角調(diào)整特性可知，對應(yīng)于發(fā)動機的每一轉(zhuǎn)速工況都存在一個最佳點火提前角，此時，發(fā)動機的功率最大，油耗最低。如果適當?shù)赝七t點火提前角，就可減少點火時刻分布于燃燒室壁面的燃油量，減少了不完全燃燒的燃油量，從而可降低CO 及HC 的排放量。另外，推遲點火提前角后，燃燒延長到膨脹過程，使得排氣溫度升高，將有利于CO 及HC 的后期氧化，從而可降低CO 及HC 的排放，但會導(dǎo)致NOx 的排放量升高。

3.2 進氣溫度

當進氣溫度偏高時，使得進氣量減少，混合氣偏濃，從而影響CO 的排放量。但在使用了電控噴射系統(tǒng)的發(fā)動機中，在噴油量的計算中考慮了進氣溫度的影響，用進氣溫度修正系數(shù)來表示，所以可忽略進氣溫度對排放的影響。

3.3 氣門重疊角

由于排氣門的遲后關(guān)閉和進氣門的提前開啟，所以存在進、排氣門同時打開的現(xiàn)象，稱為氣門重疊。氣門重疊期間進氣管、氣缸、排氣管連通，此時可利用氣流的壓差和慣性清除殘余廢氣，增加進氣量。但在怠速工況下，節(jié)氣門全閉，進氣管內(nèi)真空度較大。氣門重疊期間，排氣管內(nèi)的廢氣很容易被吸入氣缸與新鮮混合氣混合，使氣缸內(nèi)燃燒惡化，HC 排放增多。氣門重疊角越大，吸入氣缸的廢氣量就越多，HC 濃度越高。通過改變進、排氣凸輪軸的相對角度，使氣門重疊角隨工況變化而改變，如怠速時氣門重疊角為零，可改善發(fā)動機怠速排放。

4 結(jié) 論

通過對廣汽本田理念試驗車在不同怠速工況下測得的試驗數(shù)據(jù)進行對比，可知中怠速工況下CO 及HC 排放量明顯低于怠速工況，該試驗方法也滿足了國標中雙怠速測量方法的規(guī)定。從空燃比對怠速工況下排放水平的影響可知，在怠速工況下，在保證發(fā)動機能夠穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的前提下，盡量使用偏稀混合氣，有利于改善CO 及HC 的排放水平。

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