基于全流和部分流稀释采样系统测试柴油发动机排放的相关性分析

摘要

重型柴油发动机占发动机的总比例逐年增大，应用范围越来越广泛。目前对于重型柴油发动机的排放测试主要是发动机的台架测试方法，而根据其测试原理的不同可分为全流稀释采样系统和部分流稀释采样系统。
　　 本课题是根据GB17691-2005和ISO16183-2002的规定对两套测试系统进行发动机的排放测试，并对排放结果进行相关性分析。通过分析两种不同测量方法的测试原理，分析结果差异，对两套设备的相关性做出评价。试验主要包括两大部分，一是发动机的工作参数对各排放物比排放的影响，包括中冷后温度、排气背压、进气温度和进气湿度。一是采样系统参数对PM采样的影响，部分流PM.采样系统包括经过滤纸的稀释排气流量Gtot、采样比r、稀释通道温度、传送管温度和稀释空气温度；全流系统包括CVS的流量QCVS、经过滤纸的稀释排气质量流量GTOT和二级稀释空气的质量流量Gsec。研究分析了发动机工作参数和采样系统参数对测试结果的影响。在结果分析过程中，采用基于偏最小二乘法(PLS)的数学理论方法对各排放物进行建模，对影响参数进行量化的直观分析，以试图寻找一种研究不同测试系统相关差异性的简便方法。
　　 试验研究及分析表明，随着中冷后温度的升高，NOx的排放一直增大，PM比排放先降低后增大；而CO和HC的比排放随着中冷温度的升高一直降低。随着背压的增大，除了HC外，各排放物的比排放呈增大趋势。随着进气温度的升高，CO和HC的比排放降低，而NOx和PM得比排放呈增大的趋势。随着进气湿度的增大，CO、HC和PM的值增大，NOx的比排放降低。
　　 对部分流PM采样系统的各参数研究表明，除了经过滤纸的稀释排气流量Gtot和采样比r外，其余各参数对PM的影响很小，比排放结果几乎没有什么变化。其中，Gtot增加会导致PM的比排放增大，而r增大会导致PM的比排放减小。本课题研究的全流系统的各参数值增大，PM的比排放都有增加的趋势。
　　 通过PLS的数学理论及方法对各排放物的比排放进行了建模，建立了以比排放值为因变量，以各研究参数为自变量的函数关系式。通过分析回归系数与先前的试验结果，结合实际比排放值和模拟比排放值的相对偏差认为模型的建立是成功的。随后，对全流和部分流的PM模型进行了比对分析研究，认为在发动机工作参数设定一致的情况下，理论上可以满足法规中规定的同一发动机同一台架同时使用不同测试系统测试偏差在5％以下的要求。但是随后对气体比排放值的模拟发现，除了NOx的相对偏差在10％左右外，CO和HC的模拟值与实际值的偏差最大在30％左右，认为是由于多种误差造成的，并建议通过采用实际全流气态污染物的比排放模型等措施加以改进。
　　 由于本课题是对两不同试验室采用不同测试原理的台架系统进行的试验测试研究，由于试验室不同导致不确定性因素增多，以试验研究测试结果为基础的相关差异性研究对未来试验室的评估和改进试验室的缺陷，提高测试水平具有一定的指导意义。

目录

文摘

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声明

第1章 绪论

1.1 柴油车辆发展的必然性

1.2 柴油发动机排气污染物的生成机理与控制

1.2.1 一氧化碳(CO)生成机理

1.2.2 碳氢化合物(THC)生成机理

1.2.3 氮氧化合物(NOx)生成机理

1.2.4 颗粒物(PM)的组成及生成机理

1.3 重型柴油发动机的排放法规

1.3.1 美国体系

1.3.2 欧洲体系

1.3.3 日本体系

1.3.4 我国的排放法规

1.4 不同测试系统相关性的国内外研究现状

1.5 本课题的研究内容和意义

第2章 试验发动机和试验测试系统

第3章 发动机的工作参数对排放的影响

3.1 发动机试验的重复性分析

3.2 发动机工作参数对发动机性能的影响

3.2.1 中冷后温度

3.2.2 排气背压

3.2.3 进气温度

3.2.4 进气湿度

3.3 本章小节

第4章 全流和部分流采样参数对PM排放的影响

4.1 部分流颗粒采样参数对PM采样的影响

4.1.1 稀释比对排放物的影响

4.1.2 采样时间的长短对PM的采样影响

4.1.3 传送管温度对PM采样的影响

4.1.4 稀释通道温度对PM采样的影响

4.1.5 稀释空气温度对PM采样的影响

4.1.6 间接参数对PM采样的影响

4.2 全流采样系统参数对PM的影响

4.2.1 CVS流量对PM采样的影响

4.2.2 CVS二级稀释比对PM采样的影响

4.3 本章小节

第5章 全流和部分流测试的相关差异性分析

5.1 全流和部分流的ESC试验测试结果的差异性分析

5.3 全流和部分流的ETC试验测试结果的差异性分析

5.3 全流和部分流不同稀释比下的PM测试结果对比分析

5.4 基于PLS的排放数学建模与分析

5.4.1 偏最小二乘方法原理

5.4.2 部分流台架测试系统的建模

5.4.3 全流PM的模拟

5.5 全流和部分流PM模型的差异性研究

5.6 全流和部分流气态排放物模型的差异性研究

5.7 本章小节

第6章 全文总结和展望

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表的论文

致 谢