汽油車(chē)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(yàn)設(shè)備及方法簡(jiǎn)介

本次試驗(yàn)主要采用MQW－50A 機(jī)動(dòng)車(chē)排氣分析儀以及ML－100 質(zhì)量流量計(jì)，這兩項(xiàng)測(cè)量?jī)x器均滿(mǎn)足相關(guān)排放指標(biāo)檢測(cè)要求。試驗(yàn)車(chē)采用的是廣汽本田理念，搭載1.5 L 發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率78 kW。為了更好地研究發(fā)動(dòng)機(jī)怠速排放，將汽車(chē)排放系統(tǒng)中的三元催化轉(zhuǎn)化器拆掉。

當(dāng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將排氣分析儀的取樣探頭插入汽車(chē)排氣管內(nèi)，可通過(guò)排氣分析儀的屏幕直接讀取CO、HC 的濃度值。為了測(cè)取廢氣流量，將質(zhì)量流量計(jì)也置于排氣管旁。排氣分析儀與質(zhì)量流量計(jì)均連接計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)分析計(jì)算，即可得不同工況下各成分的排放質(zhì)量。具體試驗(yàn)步驟為以下幾方面。

(1)起動(dòng)試驗(yàn)車(chē)，怠速預(yù)熱至發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度達(dá)85 ℃。

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

(3)將排氣分析儀的轉(zhuǎn)速測(cè)量夾頭夾在發(fā)動(dòng)機(jī)第一缸點(diǎn)火高壓線(xiàn)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(cè)量側(cè)頭插入到發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油標(biāo)尺孔中。

(5)發(fā)動(dòng)機(jī)處于額定怠速轉(zhuǎn)速時(shí)，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(dòng)機(jī)廢氣排放值。

(7)控制油門(mén)踏板的位置，改變發(fā)動(dòng)機(jī)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(cè)量多組數(shù)據(jù)取平均值。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析

2.1 不同運(yùn)轉(zhuǎn)工況下CO 的排放水平

由表1 試驗(yàn)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(chē)排放主要與發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，且節(jié)氣門(mén)關(guān)閉，氣缸內(nèi)的氣流強(qiáng)度弱，殘余廢氣系數(shù)大，燃燒惡劣，為了使發(fā)動(dòng)機(jī)保持最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運(yùn)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(shí)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(mén)開(kāi)度的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，氣流強(qiáng)度增強(qiáng)，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(mén)全開(kāi)，噴油量也相應(yīng)增加，此時(shí)供給濃混合氣，故CO 排放值升高。

2.2 不同運(yùn)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(qiáng)度增強(qiáng)，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(shì)。

表1 不同怠速工況下CO 及HC 的排放量

2.3 空燃比對(duì)怠速排放水平的影響

圖1 試驗(yàn)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(dá)到最低。這也證實(shí)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(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)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(duì)排放的影響

3 影響怠速排放的其他因素

3.1 點(diǎn)火提前角

發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火提前角應(yīng)根據(jù)所用燃料品質(zhì)、轉(zhuǎn)速及負(fù)荷等因素確定。由發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火提前角調(diào)整特性可知，對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的每一轉(zhuǎn)速工況都存在一個(gè)最佳點(diǎn)火提前角，此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率最大，油耗最低。如果適當(dāng)?shù)赝七t點(diǎn)火提前角，就可減少點(diǎn)火時(shí)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(diǎn)火提前角后，燃燒延長(zhǎng)到膨脹過(guò)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(huì)導(dǎo)致NOx 的排放量升高。

3.2 進(jìn)氣溫度

當(dāng)進(jìn)氣溫度偏高時(shí)，使得進(jìn)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(dòng)機(jī)中，在噴油量的計(jì)算中考慮了進(jìn)氣溫度的影響，用進(jìn)氣溫度修正系數(shù)來(lái)表示，所以可忽略進(jìn)氣溫度對(duì)排放的影響。

3.3 氣門(mén)重疊角

由于排氣門(mén)的遲后關(guān)閉和進(jìn)氣門(mén)的提前開(kāi)啟，所以存在進(jìn)、排氣門(mén)同時(shí)打開(kāi)的現(xiàn)象，稱(chēng)為氣門(mén)重疊。氣門(mén)重疊期間進(jìn)氣管、氣缸、排氣管連通，此時(shí)可利用氣流的壓差和慣性清除殘余廢氣，增加進(jìn)氣量。但在怠速工況下，節(jié)氣門(mén)全閉，進(jìn)氣管內(nèi)真空度較大。氣門(mén)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(mén)重疊角越大，吸入氣缸的廢氣量就越多，HC 濃度越高。通過(guò)改變進(jìn)、排氣凸輪軸的相對(duì)角度，使氣門(mén)重疊角隨工況變化而改變，如怠速時(shí)氣門(mén)重疊角為零，可改善發(fā)動(dòng)機(jī)怠速排放。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)廣汽本田理念試驗(yàn)車(chē)在不同怠速工況下測(cè)得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)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(yàn)方法也滿(mǎn)足了國(guó)標(biāo)中雙怠速測(cè)量方法的規(guī)定。從空燃比對(duì)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(dòng)機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)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。

［1］吳建華.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2014:154－156.

［2］張弛.怠速工況下汽車(chē)三元催化器溫度與排放的關(guān)系［J］.公路與汽運(yùn)，2014，(163).

［3］段鳳魁，郝吉明.汽車(chē)尾氣排放檢測(cè)與催化轉(zhuǎn)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)建設(shè)［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014，31(9).