王勇 肖俊

摘要：本文依托海拔2200米電渦流測(cè)功機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架，以便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)（PEMS）為測(cè)試手段，基于全球統(tǒng)一的重型車穩(wěn)態(tài)循環(huán)（WHSC循環(huán)），在高原環(huán)境條件下對(duì)一臺(tái)國(guó)Ⅵ發(fā)動(dòng)機(jī)的原機(jī)和尾排（帶后處理）的氣態(tài)污染物排放量進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，分析研究了發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)對(duì)氣態(tài)污染物排放量的影響趨勢(shì)和電渦流測(cè)功機(jī)在排放試驗(yàn)中的局限性。結(jié)果表明發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)能顯著降低汽車尾氣中的氮氧化物（NOX），氮氧轉(zhuǎn)化效率高達(dá)96.5%;電渦流測(cè)功機(jī)因其加載特性限制，不能滿足國(guó)Ⅵ法規(guī)瞬態(tài)排放測(cè)試要求。

Abstract： Based on the 2200m Eddy current dynamometer test-bed， the portable emission test system （PEMS） is used as the test method， the emission of gaseous pollutants from the primary engine and the tail section （with post-treatment） of a domestic VI engine was tested under the plateau environment， the influence tendency of the engine aftertreatment system on the emission of gaseous pollutants and the limitation of the eddy current dynamometer in the emission test are analyzed. The results show that the engine aftertreatment system can significantly reduce the nitrogen oxide in automobile exhaust， and the conversion efficiency of nitrogen and oxygen is as high as 96.5%.The Eddy current dynamometer can not meet the requirements of VI regulation for transient emission test because of its loading characteristics.

關(guān)鍵詞：電渦流測(cè)功機(jī);高原環(huán)境;柴油發(fā)動(dòng)機(jī);穩(wěn)態(tài)循環(huán)（WHSC）;氣態(tài)污染物

Key words： eddy current dynamometer;plateau environment;diesel engine;world harmonized steady-state cycle（WHSC）;gaseous pollutants

中圖分類號(hào)：V235.12? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）20-0003-03

0? 引言

測(cè)功機(jī)是測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)性能檢驗(yàn)時(shí)的關(guān)鍵設(shè)備，主要功能為測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率?，F(xiàn)有的測(cè)功機(jī)分為兩類，一類是功率吸收型測(cè)功機(jī)，如：水力測(cè)功機(jī)、電渦流測(cè)功機(jī)等;另一類是功率傳遞型測(cè)功機(jī)，如直流電力測(cè)功機(jī)、交流異步電力測(cè)功機(jī)等。發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架建設(shè)時(shí)，測(cè)功機(jī)的選型首先取決于實(shí)驗(yàn)室功能和需求，結(jié)合各種類型測(cè)功機(jī) （如水力測(cè)功機(jī)、電渦流測(cè)功機(jī)、電力測(cè)功機(jī)等）的特點(diǎn)確定所選測(cè)功機(jī)類型[1]。根據(jù)林斌的研究，交流電力測(cè)功機(jī)具有控制響應(yīng)快、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、控制穩(wěn)定性高，可以滿足瞬態(tài)試驗(yàn)、倒拖和冷磨試驗(yàn)要求，運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，是目前唯一能滿足排放法規(guī)測(cè)試要求的最先進(jìn)、功能最完善的測(cè)功機(jī)[1-2]。我公司發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架建設(shè)時(shí)考慮到交流電力測(cè)功機(jī)造價(jià)較高，且因其傳遞功率發(fā)出的電能需要電阻消耗或并入電網(wǎng)，臺(tái)架建設(shè)費(fèi)用高昂，在海拔2200米建設(shè)了以電渦流測(cè)功機(jī)為基礎(chǔ)的發(fā)動(dòng)機(jī)固定臺(tái)架和移動(dòng)臺(tái)架各一個(gè)。

2016年和2018年相繼發(fā)布了輕型車和重型車的國(guó)Ⅵ階段標(biāo)準(zhǔn)，堪稱最嚴(yán)排放法規(guī)。與排放法規(guī)相對(duì)應(yīng)的是發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試循環(huán)，國(guó)Ⅵ法規(guī)采用全球統(tǒng)一的瞬態(tài)循環(huán)（World Harmonized Transient Cycle，WHTC）和穩(wěn)態(tài)循環(huán)（World Harmonized Steady-state Cycle，WHSC）作為發(fā)動(dòng)機(jī)出廠時(shí)的型式核準(zhǔn)工況，取代了國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)中的歐洲瞬態(tài)循環(huán)（European Transient Cycle，ETC）和歐洲穩(wěn)態(tài)循環(huán)（European Steady-state Cycle，ESC）[3]。

本文以電渦流測(cè)功機(jī)為基礎(chǔ)，對(duì)一臺(tái)國(guó)六發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行不帶過渡工況的穩(wěn)態(tài)循環(huán)排放污染物檢測(cè)。研究電渦流測(cè)功機(jī)在排放試驗(yàn)中的應(yīng)用及發(fā)動(dòng)機(jī)原排和尾排之間的差異。

1? 試驗(yàn)條件及試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)在海拔2200米發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行，臺(tái)架設(shè)備如表1所示。

1.2 試驗(yàn)樣機(jī)技術(shù)參數(shù)

本試驗(yàn)用柴油機(jī)為某型國(guó)六柴油機(jī)，試驗(yàn)中沒有對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行任何改動(dòng)，柴油機(jī)具體技術(shù)參數(shù)見表2。

1.3 試驗(yàn)工況

本次試驗(yàn)采取不帶過渡工況的穩(wěn)態(tài)循環(huán)工況，包括兩個(gè)怠速工況，轉(zhuǎn)速為最大凈功率對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速的25%、35%、45%、55%、75%共5個(gè)不同轉(zhuǎn)速，每個(gè)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的扭矩各不相同。其中：55%轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的扭矩有四個(gè)，該轉(zhuǎn)速最大扭矩值的25%、50%、70%、100%;35%轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)該轉(zhuǎn)速下最大扭矩值25%、50%、100%三個(gè)扭矩;45%轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)25%、75%兩個(gè)工況;25%轉(zhuǎn)速和75%轉(zhuǎn)速分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)轉(zhuǎn)速最大扭矩值的25%、100%一個(gè)工況?？偣?3個(gè)工況點(diǎn)。試驗(yàn)工況如圖1所示。

2? 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 速度特性

因海拔高度變化，試驗(yàn)人員重新標(biāo)定了發(fā)動(dòng)機(jī)在海拔2200米下的速度特性曲線，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)特性，計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)在該海拔下的穩(wěn)態(tài)循環(huán)工況。穩(wěn)態(tài)工況如表3、圖2所示。

2.2 穩(wěn)態(tài)循環(huán)原機(jī)和尾排排放差異

在進(jìn)行不帶過渡工況的穩(wěn)態(tài)循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，首個(gè)工況穩(wěn)定一分鐘后記錄污染物排放數(shù)值，記錄時(shí)間比循環(huán)工況規(guī)定時(shí)間長(zhǎng)30秒，記錄完畢后變換到下一工況，下一工況仍然穩(wěn)定1分鐘后排放分析儀開始記錄。這樣可以避免時(shí)間對(duì)齊問題帶來的計(jì)算不便。

依據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 17691-2018《重型柴油車污染物排放限制及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》和GB17691-2005《車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車排氣污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段）》中的相關(guān)條款計(jì)算得到最終排放結(jié)果。

穩(wěn)態(tài)循環(huán)原機(jī)排放試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果如表4所示，作為內(nèi)燃機(jī)完全燃燒產(chǎn)物的CO2排放量最大，達(dá)到了607g/kWh，有害污染物排放中占比最高的是NOX，其次是CO。CO比排放量為0.568g/kWh，不到NOX排放量的十分之一。排氣污染物中NOX值為NO和NO2之和，PEMS設(shè)備測(cè)量濃度結(jié)果為干基，計(jì)算時(shí)均換算成濕基濃度參與計(jì)算。

原機(jī)排放穩(wěn)態(tài)循環(huán)特征點(diǎn)優(yōu)化后，進(jìn)行尿素噴射測(cè)試（既尾排試驗(yàn)），由于控制單元數(shù)據(jù)是根據(jù)前NOX傳感器的讀數(shù)來計(jì)算尿素噴射量的，所以在優(yōu)化完原排之后，不修正控制單元數(shù)據(jù)，直接進(jìn)行自動(dòng)噴射測(cè)試，不考慮氨泄漏（測(cè)試條件不支持），原機(jī)與尾排測(cè)試對(duì)比結(jié)果如表5。

該國(guó)Ⅵ發(fā)動(dòng)機(jī)采用的排放控制策略為廢氣再循環(huán)（EGR）+氧化催化器（DOC）+顆粒捕集器（DPF）+還原催化器（SCR）+氨逃逸催化器（ASC）。柴油機(jī)排放的尾氣首先經(jīng)過DOC，尾氣中的CO、HC等被部分凈化成CO2和H2O，再分別經(jīng)過DPF和SCR進(jìn)行顆粒捕集、氮氧化物催化還原以降低顆粒物排放和氮氧化物排放，最后經(jīng)過ASC催化還原尾氣中多余的NH3。尾排測(cè)試中CO2比排放值相對(duì)原排增加了約1.7個(gè)百分點(diǎn)，CO比排放值相應(yīng)減少10.6個(gè)百分點(diǎn)，這是由于CO被DOC氧化為CO2導(dǎo)致的。CO2排放量基數(shù)較大是百分比有差異的原因。變化最明顯的是氮氧化物（NOX），柴油機(jī)尾氣經(jīng)過SCR催化還原以后，NOX排放量下降了96.6個(gè)百分點(diǎn)。

2.3 電渦流測(cè)功機(jī)在穩(wěn)態(tài)循環(huán)試驗(yàn)中的表現(xiàn)

試驗(yàn)過程中，手動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)速及扭矩，電渦流測(cè)功機(jī)可在5秒內(nèi)完成工況變化，并可以將轉(zhuǎn)速和扭矩穩(wěn)定在設(shè)定值。穩(wěn)態(tài)循環(huán)的工況變化要求測(cè)功機(jī)能在20±1秒內(nèi)以線性速度完成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的轉(zhuǎn)換。顯然，電渦流測(cè)功機(jī)可以做到這一點(diǎn)。但是若要在電渦流測(cè)功機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架上完成瞬態(tài)循環(huán)（WHTC）試驗(yàn)將是不可能完成的任務(wù)。瞬態(tài)循環(huán)工況是逐秒變化的，對(duì)測(cè)功機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)速度要求非常嚴(yán)苛。瞬態(tài)循環(huán)工況如圖3所示。

電渦流測(cè)功機(jī)的恒轉(zhuǎn)速控制是閉環(huán)控制，當(dāng)轉(zhuǎn)速正向偏離平衡點(diǎn)A，由于轉(zhuǎn)速偏差的存在，恒轉(zhuǎn)速控制器自動(dòng)增加測(cè)功機(jī)勵(lì)磁電流，由于勵(lì)磁電流的加載和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的滯后，系統(tǒng)將先經(jīng)過C點(diǎn)，然后再通過減小勵(lì)磁電流而穩(wěn)定在平衡點(diǎn)B，轉(zhuǎn)速回復(fù)到設(shè)定值[4]。在此種控制方式下，電渦流測(cè)功機(jī)不能滿足工況逐秒變化的瞬態(tài)排放測(cè)試。電力測(cè)功機(jī)因其調(diào)速過渡穩(wěn)定，可靠性高等特點(diǎn)，被應(yīng)用于瞬態(tài)排放測(cè)試中。（圖4）

3? 結(jié)論

①經(jīng)過柴油機(jī)后處理設(shè)備處理后的尾氣有害污染物成分下降明顯，CO排放量下降了10.56%，NOX排放量下降了96.56%，CO2排放量有所上升。本次試驗(yàn)由于測(cè)試條件有限，沒有對(duì)柴油機(jī)排氣中顆粒物和碳?xì)浠衔锛右苑治觥＂陔姕u流測(cè)功機(jī)具有高精度、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，測(cè)試功率范圍較廣，響應(yīng)速度較快，能應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)性能及排放測(cè)試，但因其加載特性限制，不能用于發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)排放測(cè)試。

參考文獻(xiàn)：

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