环境条件对整车排放结果影响的试验研究

环境条件对整车排放结果影响的试验研究

赵向前

广西玉柴机器股份有限公司 广西玉林市 537000

摘要：主要对比海拔和环境温度对整车排放的影响。选择海拔较低的江苏盐城和海拔较高的青海西宁作为试验地点，温度、湿度等近似的环境中，开展不同海拔下整车实际道路PEMS测试试验，研究了海拔对整车PEMS结果的影响。在冬季选择环境温度较低的内蒙古锡林格勒盟和夏季温度较高的武汉市区作为试验地点，开展不同环境温度下实际道路PEMS的试验，研究了温度对整车实际道路排放的影响。

结果表明：因海拔上升，环境大气压降低导致发动机进气不足燃烧不充分，造成整车实际道路排放结果变差。采用增加进气效率的方法可以减少海拔对排放的影响。采用SCR快速加热和包裹排气管等热管理措施可以改善低温环境对排放的影响。

关键词：整车；PEMS；海拔；环境温度；

为了面对日益严重的环境污染问题，中国对排放法规不断升级，由于中国幅员辽阔，地形差异较大，国六法规对海拔的要求提高到2400m，此海拔基本覆盖中国大部分地区及主要城市。对温度的要求提高到-7℃-38℃，基本覆盖全天候条件。本文主要研究海拔和环境温度的变化对排放的影响趋势及程度，并从理论方面提出一些技术方案。

1、背景介绍

1.1试验车辆

采用国内某主机厂某型号牵引车，整车主要配置参数如表1所示。

表1 整车配置参数表

1.2车辆装配的发动机

车辆装配发动机为国六排放标准发动机，型号技术参数如表2所示。

表2 发动机技术参数

1.3试验路线海拔、温度

选取的低海拔路线在江苏盐城（平均海拔4.5m），高海拔路线在青海西宁（平均海拔2350m），盐城海拔在0-16m之间，大气压在790-800Kpa之间；西宁海拔在2350-2450m之间，大气压在1000-1050Kpa之间；两天路线的海拔满足海拔因素的对比需求。

选取的低温环境为3月份的内蒙古锡林格勒盟，环境温度在-10℃～-2℃之间；高温环境为8月份武汉市市区，环境温度在30℃～38℃之间；两条路线的环境温度满足环境温度因素的对比需求。

1.4、试验方案

车辆类型：N3类非城市车辆；

车辆载重：加载重量保持一致，按照载荷的45%进行加载；

车速控制：车速、档位控制保持一致，如图4所示；

工况分布：按照时间比例，总时间120min，其中市区20%、市郊25%、高速55%；

2、试验研究

2.1关于海拔对排放影响的试验研究

由于随着海拔的升高，环境压力逐渐减小，导致进入发动机的空气量下降，直接导致发动机的燃烧恶化，对发动机动力性、经济性、排放等性能产生较大影响，此文只讨论海拔对排放的影响。不同海拔的试验结果表明：随着海拔的上升，法规要求的排气污染物CO、NOx及颗粒数量PN等均有不同程度的上升。

其中的统计对比结果如表3所示

表3 低海拔与高海拔排放结果差异

	CO（g/s）	NOx（ppm）	PN（#/s）
低海拔 高海拔 差异	0.0028 0.0039 39.3%	48.1 68.4 42%	3.28E+8 1.78E+10 52倍

2.2 关于环境温度对排放影响的试验研究

随着环境温度降低，车辆在行驶过程中空气对排气管的影响变大，导致发动机的排气到达SCR催化器入口处的温度越低，此时催化反应剂喷射时间延迟、喷射量减小，进入SCR催化器后，由于温度的影响，反应效率降低。主要导致NOx排放污染物升高。

低温环境相比高温环境，NOx瞬时排放平均值呈现上升趋势，其中统计结果如表4所示。

表4 不同温度下NOx排放差异

	NOx（ppm）
高温环境 低温环境 差异	4.73 26.82 4.76倍

3、结果分析及应对

3.1 海拔对排放影响的分析及应对

由试验研究的结果可以看出，海拔对整车的排放有较大的影响，随着海拔的升高，整车的排放逐渐恶化，比如PN（颗粒污染物数量）变差超过50倍，造成一些车辆在平原地带排放是符合国家法规要求的，但是到达高原地区后排放变差，对高原的生态环境造成污染。目前我们研究的对象仅限于法规要求下的海拔，比如新疆及西藏的大部分地区及城市海拔远远超过2400m的要求，可想而知这些地区排放会更加难以控制。由于高原生态环境更加脆弱，环境污染造成的危害相比平原地带更加难以恢复。

从发动机的燃烧原理上来讲，排放变差最主要的原因就是高海拔地区空气稀薄，环境压力较小，2400m海拔处环境压力只有标准大气压的78%左右，对发动机的进气造成较大的影响。对此，我们可以使用某些方法，增加发动机的进气量及进气压力，使发动机的燃烧尽量充分，从而减小污染物的生成量。

针对高原气压低的环境，目前主要使用的增加进气量的方式主要有使用高效率的增压器及安装节气门，其中高效率的增压器可以增加进气量，节气门可以通过改变进气道的截面积，提高进气的压力，在进气压力和进气量增加的同时，进入发动机的空气量增多，提高发动机燃烧效率，从而是排气污染物气体机颗粒减少。

3.2 环境温度对排放影响的分析及应对

环境温度对排放的影响主要通过影响排气管的温降，导致排气到达SCR催化器入口的温度降低，影响催化反应剂（尿素）的喷射时间及喷射量，以及催化反应剂与废气混合后的反应效率。环境温度越低，催化反应剂在车辆启动后的起喷时间越久，喷射量减小，无法满足NOx与催化反应剂的化学反应的需求，导致NOx污染物排放升高。

针对低温环境，主要采用发动机热保护的方法提高SCR催化器入口的温度来降低排放，目前主要使用的方法是SCR快速加热及排气管包裹、降低催化反应剂的起喷温度来实现。

4、应对方法效果说明

4.1更换高效率增压器及假装节气门后排放实测

在高海拔环境下，对车辆进行更换高效率增压器及加装节气门，同一条道路进行实测，以NOx排放为例表示，结果改善效果明显，NOx排放浓度下降约80%左右。

4.2 采取SCR快速加热及包裹排气管后排放实测

在低温环境下，增加SCR快速加热功能及对涡轮增压器到SCR入口段排气管使用耐高温保温材料进行包裹，以NOx排放为例表示，结果改善效果明显，NOx排放浓度下降约75%左右。

5、结论

高海拔环境对排放的影响主要原因是因为环境压力减小，导致进气量不足，使发动机燃烧不从分而排放污染物上升。目前主要通过安装高效率的增压器及加装节气门的方法，提高发动机的进气量及进气效率来改善海拔对排放的影响。

环境温度对排放主要是通过影响涡轮增压器到SCR催化器入口的温降，使得SCR催化器入口的温度降低，导致催化反应剂的喷射时间延迟，喷射量减小，催化效率降低，最终NOx污染物的排放增加。目前主要通过使用SCR快速加热和对排气管包裹等热保护的手段来改善环境温度对排放造成的影响。通过SCR快速加热及包裹排气管均对提升SCR入口的温度有较好的效果。

参 考 文 献

[1] 刘少华，申立中，毕玉华，雷基林.BED含氧燃料在不同海拔下对柴油机PM和NOx排放的影响

[2] 余啸林. 重型柴油机在不同海拔高度的燃烧与排放特性研

[3] 鹿盈盈.重型柴油机低温燃烧及燃烧路径的研

作者信息

姓名：赵向前

通信地址：广西玉林市玉州区南江街道大牛路玉柴试验中心

邮编：537005

作者简介：赵向前（1988－），男，本科，研究方向：发动机排放控制。