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東風(fēng)日產(chǎn) | 中國(guó)工況相對(duì)WLTC工況的排放差異研究

2021-11-19 12:41:50·  來(lái)源:電動(dòng)學(xué)堂  作者:梁洪浩等  
 
文章來(lái)源:東風(fēng)汽車(chē)有限公司東風(fēng)目產(chǎn)乘用車(chē)公司技術(shù)中心引言目前,中國(guó)排放法規(guī)已經(jīng)由國(guó)五NEDC工況切換為國(guó)六WLTC工況。WLTC工況相對(duì)NEDC工況,瞬態(tài)工況更多,但
文章來(lái)源:東風(fēng)汽車(chē)有限公司東風(fēng)目產(chǎn)乘用車(chē)公司技術(shù)中心

引言
目前,中國(guó)排放法規(guī)已經(jīng)由國(guó)五NEDC工況切換為國(guó)六WLTC工況。WLTC工況相對(duì)NEDC工況,瞬態(tài)工況更多,但仍舊是沿用歐洲法規(guī),和中國(guó)特定的實(shí)際道路駕駛情形仍有很大的差異。無(wú)論使用NEDC工況還是WLTC工況,對(duì)應(yīng)的排放結(jié)果均無(wú)法準(zhǔn)確代表中國(guó)的實(shí)際道路駕駛情況。

為了使得排放實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加貼合中國(guó)實(shí)際國(guó)情,中汽研通過(guò)試驗(yàn)規(guī)劃、數(shù)據(jù)采集與處理、權(quán)重因子開(kāi)發(fā)、工況合成、工況驗(yàn)證等環(huán)節(jié),獲取相應(yīng)城市連續(xù)采集車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù),確定工況特征參數(shù),計(jì)算不同速度區(qū)間的權(quán)重等,確定了具體的運(yùn)動(dòng)工況和怠速時(shí)長(zhǎng),最終組合作成CLTC工況曲線。且CLTC工況預(yù)計(jì)在國(guó)七排放法規(guī)上將正式使用。在節(jié)能減排的背景下,排放限值越加嚴(yán)苛,因此針對(duì)將來(lái)要采用的CLTC工況,必須提前研究,發(fā)現(xiàn)可能存在的相關(guān)課題并提出解決課題的技術(shù)方案。本文在1臺(tái)滿足國(guó)6b排放標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)輛上分別進(jìn)行WLTC工況和CLTC工況排放實(shí)驗(yàn),通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)進(jìn)行解析來(lái)把握CLTC工況的排放特性,為將來(lái)國(guó)七法規(guī)對(duì)應(yīng)開(kāi)發(fā)提供參考經(jīng)驗(yàn)。

1CLTC工況特性分析
CLTC工況曲線如圖1藍(lán)線所示。
和國(guó)六的WLTC工況對(duì)比,CLTC的主要工況特性差異見(jiàn)表l。
其中,對(duì)排放影響較大的主要是以下三點(diǎn):
①CLTC測(cè)試循環(huán)里程下降約37.6%。
②對(duì)起停車(chē)輛來(lái)說(shuō),CLTC工況的起停次數(shù)增加了3次。
③CLTC冷起動(dòng)階段起步時(shí)的需求功率較WLTC低。
本文將結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和上述工況的主要差異點(diǎn),來(lái)分析CLTC工況的排放特性。

2實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)解析
本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試設(shè)備為奧地利AVL公司的4WD輕型車(chē)用底盤(pán)測(cè)功機(jī)、日本HORIBA公司的MEXA7400排氣分析儀。車(chē)輛在轉(zhuǎn)鼓上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),車(chē)輛尾氣經(jīng)過(guò)稀釋后,通過(guò)取樣袋收集,在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后由分析儀自動(dòng)分析得到結(jié)果。排放實(shí)驗(yàn)時(shí)的測(cè)最系統(tǒng)組成如圖2所示。

本次實(shí)驗(yàn)車(chē)輛為中國(guó)市場(chǎng)上銷售的滿足國(guó)6h排放法規(guī)的某車(chē)型A,排放工況為WLTC以及CLTC工況,實(shí)驗(yàn)條件對(duì)比信息見(jiàn)表2。WLTC工況和CLTC工況的兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,可以看出CLTC工況下的CO&THC(NMHC)較WLTC工況惡化嚴(yán)重,而NOx&PN則有所下降。
本文重點(diǎn)分析常規(guī)排放物COTHC和NOx的情況。三種排放物的總排放量見(jiàn)表4。

WLTC工況和CLTC工況的co和THC的總排放量(g)比較接近,而CLTC的NOx總排放量則較低。下面逐項(xiàng)分析實(shí)驗(yàn)里程、冷起動(dòng)階段和起停對(duì)CLTC排放的影響。
2.1實(shí)驗(yàn)里程縮短的影響
因?yàn)镃LTC的實(shí)驗(yàn)里程相對(duì)WLTC較短,即使兩個(gè)工況下的CO&THC的總排放(g)比較接近,CO&THC的最終排放(mg/km)也會(huì)出現(xiàn)較大的惡化;而CLTC的NOx的總排放量(g)雖然降低約53%,但最終NOx的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(mg/km)下降只有25%左右。
這個(gè)現(xiàn)象最根本的原因是因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)排放主要集中在冷卻液溫度較低階段,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)充分熱機(jī)后,排放會(huì)逐漸下降,如圖3所示。計(jì)算測(cè)試循環(huán)排放結(jié)果時(shí),公式為(總排放量/里程),隨著冷卻液溫度升高,里程增加,總排放量的增加比例小于總里程增加比例,因此里程更短的CLTC循環(huán)的排放結(jié)果(mg/km)較WLTC要高。
2.2冷起動(dòng)階段的差異
對(duì)于汽油車(chē),常溫冷起動(dòng)狀態(tài)下,催化劑激活之前的排放在整個(gè)排放測(cè)試循環(huán)中所占的比重較大。從圖3的排放趨勢(shì)也可以看出,無(wú)論WLTC還是CLTC工況,這兩個(gè)工況下的冷起動(dòng)階段排放占比都較大。同時(shí)二者的冷起動(dòng)階段的排放也有所差異,因此重點(diǎn)對(duì)冷起動(dòng)階段進(jìn)行分析。
對(duì)比0~100s的排放數(shù)據(jù),如圖4所示。
可以看出,CLTC在0~10隊(duì)的車(chē)速和加速度均較低,導(dǎo)致其需求功率下降,發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較低。這種情況會(huì)導(dǎo)致以下兩種變化:

①EOE較低。在0~100s時(shí)間段,催化器溫度較低,仍在升溫階段,未完全活化,此時(shí)催化器的轉(zhuǎn)化效率較低。
②因?yàn)镃LTC負(fù)荷下降導(dǎo)致排氣溫度下降,催化器的升溫速度也會(huì)變慢,對(duì)催化器轉(zhuǎn)化率不利。從圖4可以看出,催化器入口溫度在工況20s處相差達(dá)50°C左右。
結(jié)合以上兩點(diǎn),分別計(jì)算兩個(gè)工況下的EOE、TPE和催化器轉(zhuǎn)化率的差異,結(jié)果如圖5所示。

以本文研究所使用的車(chē)輛來(lái)看,該區(qū)間的THC&CO的EOE下降約20%,排氣溫度的下降對(duì)其轉(zhuǎn)化率影響較小,對(duì)應(yīng)的TPE也降低了約20%;NO,的EOE下降了約73%,但由于催化器轉(zhuǎn)化效率的下降,導(dǎo)致TPE下降幅度降低到53%左右。
2起停次數(shù)的影響
每當(dāng)車(chē)輛起停作動(dòng)后再起動(dòng)時(shí),為了確保發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功,起動(dòng)階段都進(jìn)行加濃控制,如圖6所示。可以看出再起動(dòng)后約3s內(nèi)當(dāng)量比系數(shù)>1,空燃比約12.7,遠(yuǎn)小于理論空燃比14.7,混合氣是偏濃的。而混合氣偏濃時(shí),對(duì)co不利。因此每次起停再起動(dòng)時(shí),CO均會(huì)冒出。

CLTC工況的起停次數(shù)增加,意味著這引起的co排放量也會(huì)增加。對(duì)于HC,從圖3的HC變化趨勢(shì)來(lái)看,一般暖車(chē)后的HC排放量較小,起停再起動(dòng)時(shí)對(duì)HC的影響相比CO要小得多,因此重點(diǎn)考慮co。
分別計(jì)算WLTC和CLTC單次起停后再起動(dòng)時(shí)的co惡化量,見(jiàn)表5。

3總結(jié)及建議
本文重點(diǎn)分析了上述實(shí)驗(yàn)里程縮短、冷起動(dòng)工況以及起停次數(shù)的差異對(duì)CLTC工況排放的影響。本文研究的實(shí)驗(yàn)車(chē)輛由WLTC到CLTC的排放變化如圖7所示。結(jié)合以上分析,有以下總結(jié)及建議:
1)由于內(nèi)燃機(jī)的排放特性,低冷卻液溫度時(shí)的排放占比較大,里程縮短導(dǎo)致的排放結(jié)果增加比例是最大的。因此需要探討有效的降低低冷卻液溫度階段排放的手段,或者快速提高發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度等。
2)針對(duì)冷起動(dòng)階段,CLTC工況的EOE下降是有利的,但排氣溫度下降是不利的,若需探討相關(guān)降低排放的方法,可以考慮快速提高催化器溫度的手段,如提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、推遲點(diǎn)火角,或者采用電加熱催化器等,但需要綜合考慮其他性能的變化。
3)對(duì)于起停后再起動(dòng)時(shí)的空燃比波動(dòng)導(dǎo)致的排放惡化,優(yōu)先考慮是否還可進(jìn)一步優(yōu)化該區(qū)域的空燃比控制,使得排放性能和起動(dòng)性能都能滿足各自的目標(biāo)。
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