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原文传递轻型车高原城市排放特征及其柴油机怠速排放影响研究

论文题名：	轻型车高原城市排放特征及其柴油机怠速排放影响研究
关键词：	轻型车;PEMS;柴油机;台架测试;排放
摘要：	我国经济较为发达城市和地区的汽车保有量飞速增长，导致汽车排放已成为城市大气污染的主要来源之一。加强汽车排放污染物管控，对城市大气质量管理具有重要意义。以内燃机为主要驱动动力的汽车是“车-油-路”污染防治体系中关键因素之一，有必要基于汽车实际道路排放特性，确定发动机高排放工况并研究其相应减排策略，为汽车排放污染物控制提供科学依据。本文通过研究城市汽车实际行驶排放特性，确定以怠速排放为优化目标，研究多种措施对小型柴油机怠速排气温度和排放的影响。完成的主要工作与创新如下：　　(1)为了确定轻型汽车在国6标准海拔控制范围外高原城市的实际道路排放特性，在海拔为3650m的拉萨市开展燃用汽油、LPG和柴油轻型车实际道路PEMS测试，经过分析后得出如下结论：在高海拔环境下，测试1.6L排量LPG车的CO2、CO、NOx和HC平均排放因子分别为159.22±11.81、18.38±9.22、1.53±0.46和1.27±0.99g/km，汽油车分别为226.64±27.80、1.46±0.83、0.22±0.17和0.06±0.05g/km，柴油车为197.52、3.39、4.48和0.11g/km。测试LPG车在高海拔城市的CO、NOx和HC排放均高于排量相当的汽油车；测试柴油车的NOx排放远高于其他测试车辆。　　(2)将不同排放标准车的实际道路行驶数据使用VSP法合成为NEDC和WLTC循环并估算其排放因子，发现RDE加速度范围分别是NEDC和WLTC的3倍和3.7倍，而其速度范围较小；RDE循环下测试车辆CO2、CO、NOx和HC排放因子依次高于WLTC和NEDC循环。从包含整备质量的车辆单位质量排放因子方面考虑，测试所用2.0L排量TGDI汽油车的单位质量CO2排放因子低于1.6L排量的PFI车。　　(3)根据整车测试中柴油车搭载柴油机的技术特点，选择了与其相似的小型柴油机作为试验用发动机，并结合市售车型确定了试验机的基准喷油相位。通过对不同进气节流和海拔高度下柴油机怠速性能变化的对比分析，发现增加进气节流或增加海拔高度对柴油机怠速缸内压力、NOx和HC排放的影响基本相同。在小型柴油机上开展台架试验，研究进气节流(进气歧管压力)和燃油后喷对怠速排气温度、排放及油耗的影响。结果表明，在转速为850r/min、无节流(节气门全开)且无后喷的基准工况下，发动机排气温度约为100.3℃。在无节流工况下，燃油后喷可提高排气温度约20℃；通过增加进气节流可以提高排气温度幅度超过60℃，结合燃油后喷可使最高排气温度超过200℃。需要注意的是，推迟后喷或增加进气节流会导致油耗的增加。最后，对试验柴油机上匹配SCR后处理系统后的NOx排放浓度进行计算，发现在进气节流和燃油后喷组合作用下，安装SCR后试验机NOx排放理论上可降低至基准工况的29.7%。　　(4)研究小型柴油机在正常工作、断油和停缸状态下进气节流、燃油后喷、EGR、进气涡流等单一或组合措施对怠速排气温度及排放的影响。结果表明，在正常工作状态下，当无节流时EGR对排放的影响较小；但随着进气歧管压力的减小，提高EGR率可降低NOx排放约50%，提高排气温度约80℃；改变进气涡流状态对排放或排气温度的影响较小。在断油状态下，通过组合使用进气节流和后喷可提高排气温度至300℃，通过理论计算，试验机加装SCR可将排气中NOx浓度降低至基准工况的9.8%。　　(5)对比分析小型柴油机在正常工作、断油及停缸状态下进气节流对怠速进气过程、排气温度和排放的影响，发现在正常工作时的气缸压力依次低于停缸和断油状态。与正常工作状态相比，断油状态在进气歧管压力低于75kPa时的循环喷油量低约10%；停缸状态在无节流时可节油约33%，在一些节流工况下节油率可达40%。因此，停缸可作为一项重要的节油措施进行研究。与正常工作状态相比，断油和停缸均会导致NOx排放升高。
作者：	吕猛
专业：	车辆工程
导师：	鲍晓峰
授予学位：	博士
授予学位单位：	南京航空航天大学
学位年度：	2020