整車排放測試中不同工況對污染物排放的影響

摘 要：汽車數量增多使得大量污染物排放增加，從而對環境造成嚴重影響。這篇文章采用先進測量技術調查了整車在不同測試條件下的排放表現，旨在減少污染物排放。研究詳細探討了城市和高速行駛過程中的典型排放問題，并指出發動機狀態、操作情況與周圍環境顯著影響污染水平。文中介紹了實驗設計、數據處理及結果分析方法，從而推導出改善建議。

關鍵詞：整車排放測試 工況分析 污染物排放 環境影響 排放控制技術

0 引言

隨著全球工業化進程的加速和汽車保有量的持續增長，交通運輸領域已成為大氣環境污染的重要來源之一，尤其是機動車尾氣排放中的一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）以及顆粒物（PM）等污染物，對空氣質量、人體健康及生態環境構成了嚴重威脅。整車排放測試作為評估車輛在實際使用條件下污染物排放水平的關鍵手段，對于制定和實施有效的排放控制策略具有至關重要的意義。

不同的工況條件，如城市道路擁堵、加速超車、減速制動等，會導致發動機工作負荷、燃燒效率及排氣溫度等參數發生變化，進而影響尾氣中各類污染物的生成與排放。所以深入研究不同工況對整車排放特性的影響，不僅有助于揭示排放污染物的生成機理，還能改進排放控制系統、制定科學合理的排放標準提供理論依據和技術支持。

本文旨在通過系統分析整車排放測試中不同工況下的污染物排放數據，探討工況參數變化對CO、HC、NOx及PM等污染物排放水平的影響規律。

1 整車排放測試工況分析

1.1 工況對污染物排放的影響

不同工況對整車排放的污染物具有顯著影響。在怠速工況下，由于發動機負荷低且燃燒不充分，HC和CO的排放量相對較高。加速工況中，隨著發動機負荷的急劇增加，燃油噴射量增大，燃燒溫度升高，導致NOx的生成量顯著增加，PM的排放也可能因燃燒不完全而上升[1]。勻速工況下，發動機工作相對穩定，污染物排放趨于平穩，但不同速度下的排放特性仍有所不同。減速工況中，制動回收系統的應用有助于減少能量損失和污染物排放，特別是在混合動力汽車中表現尤為明顯。冷啟動工況則是排放污染最為嚴重的階段之一，由于發動機和催化器溫度低，催化轉化效率低，導致HC和PM的排放量急劇上升[2]。

不同的駕駛模式和操作條件也會影響排放水平。例如，頻繁的急加速和急剎車會導致發動機工況變化劇烈，燃燒過程不穩定，排放大量未完全燃燒的碳氫化合物和一氧化碳。同時，駕駛員的駕駛習慣如長時間怠速或持續高轉速行駛，也會增加污染物的排放。道路條件和交通狀況同樣對排放有顯著影響，擁堵的城市道路和順暢的高速公路上車輛的排放特性有所不同。在城市擁堵工況下，車輛頻繁啟動和停止，排放波動大，污染物濃度較高。而在高速行駛工況下，車輛以較穩定的速度運行，排放較為均勻，但長時間高負荷運行可能導致氮氧化物排放增加。因此，不同工況下的排放特性研究對于優化排放控制技術和制定合理的排放標準具有重要意義。

1.2 污染物排放特性分析

機動車排放的主要污染物包括一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）和顆粒物（PM）等。這些污染物對人體健康、大氣環境及生態系統均造成不利影響。

現對不同工況下的排放特性進行總結。冷啟動工況，發動機溫度低，燃燒不充分，混合氣濃度較高。此工況下，CO和HC排放濃度較高，因為低溫下燃料不完全燃燒產生大量CO，同時未燃燒的燃料和潤滑油蒸發形成HC；怠速工況，發動機轉速低，進氣量小，燃燒室內殘余廢氣比例大。怠速時，CO和HC排放濃度也較高，尤其是CO排放顯著增加，因為怠速時燃燒效率下降，混合氣偏濃。怠速時NOx排放相對較低，因為高溫高壓條件是NOx生成的主要條件，而怠速時燃燒溫度較低。加速工況，油門突然加大，進氣量和供油量增加，空燃比提高。加速時，一氧化碳排放濃度有所下降，因為空燃比提高改善了燃燒效率；但HC排放濃度可能增加，因為加速過程中燃油霧化不良和燃燒不完全；NOx排放濃度會顯著上升，因為加速時燃燒溫度升高，促進了NOx的生成。等速工況，發動機以相對穩定的速度運行，燃燒狀態較為穩定。等速工況下，CO和HC排放濃度相對較低，因為燃燒效率較高；但NOx排放濃度可能較高，因為此時燃燒溫度較高且穩定。減速工況，油門減小或關閉，發動機轉速下降。減速時，一氧化碳排放濃度可能驟增，因為減速過程中燃燒室內混合氣過濃；HC排放濃度也可能出現一個高峰值，因為部分未燃燒的燃料被排出；而NOx排放則迅速減少，因為燃燒溫度下降。

2 影響污染物排放的關鍵因素

2.1 發動機工作狀態

點火正時控制燃燒過程參數。保證完整燃盡，提高效率，減少污染物排放。不正確點火正時導致不完全燃燒現象，并增加HC和CO排放量。精確空燃比理論λ等于1實現最優化效果。發動機狀態多變，空燃比需在特定范圍調整。氣過濃（λ小于1）導致燃燒不完全，HC和CO排放增加；氣過?。é舜笥?）則可能導致失火及排放惡化。為降低污染物，關鍵操作參數需精細控制與優化。高負荷時調節點火正時與噴油策略，在確保動力輸出同時減少燃燒溫度和壓力，有效抑制NOx生成。利用先進發動機系統實時監測動態調整空燃比，減少HC和CO排放。優化催化轉化器性能與位置作為降低排放手段，提高催化轉換效率并縮短高排放期窗口顯著降低尾氣污染物濃度。通過調控負荷、轉速、點火正時及空燃比等關鍵參數結合先進技術顯著降低汽車運行過程中的污染物，為環境保護與可持續發展貢獻力量[3]。

現代發動機通常配備多種傳感器和控制系統，通過實時監控和調整發動機的運行參數來優化燃燒過程。例如，氧傳感器可以監測排氣中的氧含量，幫助控制系統調整空燃比，確保燃燒效率和排放性能的最佳狀態。進氣壓力傳感器和節氣門位置傳感器則可以幫助調節進氣量和噴油量，進一步優化燃燒過程。渦輪增壓技術和廢氣再循環（EGR）技術也是減少排放的重要手段。渦輪增壓可以提高進氣量和燃燒效率，從而減少HC和CO的排放，而EGR技術通過將一部分廢氣再引入燃燒室，降低燃燒溫度，有效減少NOx的生成。發動機冷卻系統的設計和維護也對排放有直接影響，保持適當的發動機溫度可以優化燃燒過程，減少污染物排放。

發動機工作狀態的優化和控制是減少機動車污染物排放的關鍵。通過先進的控制技術和精細的參數調整，可以顯著提高燃燒效率，減少HC、CO、NOx和PM的排放，為環境保護和可持續發展提供技術支持。研究和應用這些技術對實現綠色交通和改善空氣質量具有重要意義。

2.2 車輛操作條件

車輛是現代社會重要的交通工具，運行狀態影響安全、舒適，并對環境污染有顯著作用。駕駛方式、車載重量和輪胎氣壓決定燃油經濟性及排放水平，從而影響空氣質量。其中，駕駛方式尤為關鍵。常見誤區包括突發加速及頻繁剎車，這些操作增加發動機負荷并降低燃油效率。在快速加速期間，需要大量動力使得發動機過度噴射燃料導致不完全燃燒情況出現，進一步增強污染物如CO、HC及NOx的排放。頻繁踩剎車浪費動能，制動過程中產生更多熱量和磨損顆粒，加劇環境污染。車輛重量影響燃油經濟性與排放性能；載重增加滾動阻力和風阻，需要發動機消耗更多燃油維持正常行駛。降低了燃油效率，尾氣污染物排放增加。因此合理規劃承載量減少排放保護環境意義重大。車主需依需求安排物品裝載，避免超載。輪胎氣壓對車輛維護有關鍵作用，影響燃油經濟性、排放水平。適當輪胎氣壓確保與地面接觸面積適中，降低滾動阻力和風阻，從而減輕發動機負荷，提高燃料效率并減少排放。不論氣壓不足或過高均會增加油耗且惡化排放。因此車主應定期檢查保持輪胎氣壓在推薦數值范圍內。

2.3 環境因素

環境因素在整車排放測試中占有重要地位，對污染物生成與擴散產生直接或間接影響。氣溫就是一個明顯例子。高溫降低發動機冷卻系統工作效率，使得發動機溫度上升，干擾燃燒過程及其排放表現。高溫加速催化轉化器老化，轉換效率下降導致HC、CO和NOx等污染物排量增多。另一方面，在低溫狀態特別是冷啟階段，由于發動機及催化轉化器的性能欠缺，會削弱催化轉換效率，提高HC和PM的排放量。此外濕度極大地影響著排放情況。濕度變化影響空氣密度和含氧量，作用燃燒過程及排放特性。高濕度環境使催化轉化器表面凝結水分，降低催化活性導致排放性能惡化。海拔與大氣壓力同為重要環境因素。海拔升高造成大氣壓力下降、空氣稀薄、含氧量減少，進而削弱發動機燃燒效率與排放標準；特別是，高海拔地區需增加油耗保持動力輸出，引起排放上升。外部因素如交通狀況和道路條件對排放有影響。擁堵情景下車輛啟動、加速、減速頻繁，污染物釋放增多。優良的道路環境可使車輛平穩行駛，多余燃油消耗及排放量降低。在整車排放測試中必須重視環境因素作用，并實施相關控制調整策略保證測試數據準確與可靠性。

3 實驗設計與結果分析

3.1 實驗設計

本研究針對此款品牌中型轎車排放特性和優化展開實驗，通過市場代表型號作為測試樣本。在模擬道路條件下，建立綜合測試平臺，包括尾氣分析系統、車載診斷系統（OBD）以及環境監測設備。記錄在不同環境中的排放數據與發動機狀態。依據國家及行業標準確定多種工況如起步加速、勻速行駛等，并按照上述標凂明確的操作規范確保數據一致且可復制。高精度排放分析儀用于實時采集關鍵污染物CO與HC濃度；OBD系統監控點火正時、空燃比等參數以幫助了解其對排放性能影響。

實驗采用交叉設計方法，研究點火正時、空燃比等參數對排放性能的影響。在每種工況下改變關鍵參數，記錄排放數據趨勢。不同設置的數據揭示某些參數顯著地影響排放表現及其變化情形。為證實結果可靠與穩定，進行重復測試環節。同條件多次測量汽車排放數據，以消除偶然誤差干擾，提高數據準確度和可信性，支持后繼分析與科學判斷基礎。實驗時遵循科學原則規范，保證數據真實可追溯。

3.2 數據統計與分析

點火正時的影響：在起步加速工況下，將點火正時從10°CA BTDC調整到15°CA BTDC，并適當減小空燃比，顯著降低了CO和HC的排放量，分別減少了25%和25%，NOx和PM的排放量也有所下降。這表明優化點火正時和空燃比對于改善排放性能具有積極作用。車輛排放特性受工況變化影響。冷啟動時催化器未完全激活，污染物排放量增加；快速加熱催化器策略能降低排放水平。怠速運行期間HC、CO排放上升，要優化控制策略解決此問題。自然增溫過程中催化裝置功能逐步展開，有時污染物減少。從技術手段提高設備升溫速度，縮短高污染階段，提高效果，顯示該設備在削減排放方面作用。

3.3 結果討論

深入分析實驗數據，獲得不同工況下整車排放污染物特性及其規律的認識。研究表明：變化工況中車輛排放顯著差異，這些差異是發動機內部物理化學過程與外界環境條件交互影響的結果。尤其在加速、冷啟動時期，由于發動機負荷突變、燃燒不穩定以及催化轉換器未完全激活等因素，HC、CO和PM等污染物急劇增多，這一問題成為控制重點。怠速狀態下HC和CO排放較高現象主要因燃料不足完全燃燒與氣缸內殘余廢氣再循環，這進一步凸顯優化怠速控制策略的必要性。實驗亦發現排放呈現有趣規律及變化，例如NOx在加速時排放量大幅增長，高負荷促使缸內溫度壓力上升，并豐富了對機動車排放特性的理解、提供新視角以便后續深入分析?？杖急群忘c火正時等發動機運行參數顯著影響排放性能；它們通過調整關鍵參量來直接控制污染物生成轉換，并為技術改善提供科學支撐。本次實驗經詳盡數據分析非常仔細考察各種現象，驗證設計科學合理嚴格執行，也為未來開展更有效環保的控制方案奠定堅實基礎。同時此成果助推汽車技術創新并向環境保護可持續發展目標作出重要貢獻。

4 結語

本文通過對不同工況下整車排放的污染物進行測試和分析，得出了以下結論：不同工況對污染物排放的影響顯著；不同污染物的排放特性和變化規律存在差異；發動機工作狀態、車輛操作條件和環境因素等是影響污染物排放的關鍵因素。這些結論為深入理解整車排放機理和制定有效的減排策略提供了科學依據。

參考文獻：

[1]李偉.重型整車排放測試方法相關性分析[J].中國新技術新產品，2019（24）：2.

[2]許丹丹.重型整車排放測試方法對比研究[D].天津：河北工業大學，2024.

[3]中國環境科學研究院.車用壓燃式、氣體燃料點燃式發動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法：（中國Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段）[M].北京：中國環境科學出版社，2005.

[4]王建強，楊建軍，高繼東，等.柴油車尾氣排放控制技術進展[J].科技導報，2011，29（11）.

[5]郭國勝.柴油汽車排放控制技術[J].企業技術開發旬刊，2006.