重型车用发动机WHTC与ETC瞬态测试循环试验对比研究

针对我国原重型柴油机排放标准对道路实际工况覆盖不全面,尤其不能全面反映城市车辆长期低速低负荷状态,北京地标在原GB17691-2005基础上增加对城市用重型车的WHTC循环的要求。本文利用一台国IV排放水平的柴油机,试验分析了同是瞬态测试循环的WHTC与ETC工况点的差异,发动机负荷及工作状态的差异。总结了最终导致两个循环比排放量差异的原因,阐述了增加WHTC对改善城市车辆或发动机排放的意义,以及增加WHTC对排放后处理技术所形成的新的挑战。

集功率循环测试和瞬态热测试功能于一体的1500A功率测试设备

MicReD Industrial Power Tester 1500A（工业化的1500A功率循环测试设备）用于电力电子器件的功率循环测试和热特性测试，以模拟和测量电力电子器件寿命期内的表现。MicReD工业化的1500A功率循环测试设备既可以对包括混合动力汽车肢电动汽车和列车在内的汽车和交通行业应用中越来越多的电力电子器件进行可靠性测试，

增压柴油机瞬态排放仿真平台

提出了针对于欧洲瞬态测试循环(ETC)的典型工况建模思想,并引入复合瞬变率作为输入变量建立了瞬态排放神经网络模型,建立了增压柴油机瞬态工况全程仿真平台.通过对不同EGR率下十三工况排放和不同瞬变率变负荷工况排放的模拟,验证了该仿真平台的准确性和泛化能力,其稳、瞬态排放验证性模拟差异率分别低于3%和4%,瞬态排放泛化性模拟趋势相同,峰值差异率在8%以内.该平台完全适用于以控制策略开发为目的 ETC典型工况的瞬态模拟.

分子筛与钒基SCR催化器瞬态反应特性对比

在发动机试验台上,对比研究了分子筛和钒基选择催化还原(SCR)催化器在真实柴油机排气环境下的稳态与瞬态反应特性,在此基础上进行了ETC瞬态试验,对分子筛SCR催化器还原剂的瞬态喷射策略进行了优化.结果表明:分子筛SCR催化器在250,℃以下的低温区域的NO_x标称转化效率明显优于钒基SCR催化器,但两者的标称转化效率在高温区域相差不大;在相同工况下,分子筛SCR催化器的瞬态氨存储能力大约为钒基SCR催化器的两倍;在ETC瞬态循环下,分子筛SCR催化器的瞬态响应速度更快,ETC瞬态循环的排放性能远远优于钒基SCR催化器;相比于钒基SCR催化器,分子筛SCR催化器在低温区域使用的氨氮比应提高0.05左右,在负荷跃迁区域应采用更小的还原剂喷射延迟.

国六动态循环试验颗粒物排放结果不确定度分析

国六排放标准中采用了世界统一瞬态测试循环对发动机进行动态排放测试。针对被测污染物中的颗粒物,根据试验程序建立颗粒物比排放量不确定度分析的数学模型。国六排放试验中,由于滤纸荷重较低,增加了浮力校正等计算模型;再结合稀释排气量,发动机循环功等计算模型,最终得出颗粒物比排放结果的不确定度分析结果。

基于发动机稳态工况的整车WLTC循环油耗研究

根据欧6c/d WLTP(世界统一轻型车测试循环)定义,由车辆参数确定循环换挡策略,转鼓试验得到发动机工况点,聚类计算14个工况点及权重,模拟循环油耗。以Matlab为编程工具,建立了14点稳态工况代替WLTC循环模拟油耗的一套完整方法,包括WLTC换挡策略、整车转鼓试验和k-means聚类计算方法。14点模拟油耗结果百公里油耗8.90L,与转鼓试验百公里油耗9.19L相差3.16%,表明以发动机的稳态工况代替整车循环进行WLTC油耗分析是可行的,这将简化面向WLTC和欧6c/d指标的发动机燃烧开发和优化改进的标定策略,提高开发工作的效率。

瞬态冲击电流发生设备的设计

针对GB/T 31465.1—2015关于电流循环冲击试验的测试要求,设计了一种冲击电流发生试验装置。利用PWM调制技术通过调整晶闸管的触发相位角度来控制系统输入电压,既满足了试验要求,又减少了设备体积。设备集测量、控制和通信技术于一体,可靠性高且成本相对较低,满足了汽车行业的熔断器测试需求。

台架中冷气管长度对发动机排放影响的研究

为研究发动机台架中冷器出气口与发动机进气口之间的连接管(简称中冷气管)长度对发动机排放的影响,采用国家标准GB17691-2018 《重型柴油车污染物排放限值及测量方法(中国第六阶段)》规定的世界统一瞬态测试循环(World harmonized transient cycle,WHTC)进行相关试验研究。以整车中冷气管为基准,设计了2种发动机台架排放试验方案。第1种方案中冷气管长度大于整车中冷气管长度,第2种方案中冷气管长度等同于整车中冷气管。试验结果表明:2种试验方案的一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)气态污染物测量结果相差不大:CO的偏差为1. 14%、NOx的偏差为2. 21%,HC的偏差为2. 61%;第2种方案的颗粒物(PM)比第1种方案的PM降低了67%左右。这表明台架中冷气管长度对发动机CO、NOx、HC气态污染物排放几乎没有影响,但对PM排放影响较大。

车辆行驶工况与特征的研究

先对几个典型国家和地区(美国、欧洲和日本)开发并采用的几种有代表性的行驶工况做了全面的介绍;接着,对它们各自的特征进行深入的研究和对比;最后得出几点结论。

Cu-Fe复合沸石型SCR催化剂在重型柴油机上的应用研究

在重型柴油机台架上研究了Cu-Fe复合沸石型SCR催化剂的稳态转化效率、氨存储特性、ETC循环和WHTC循环中的瞬态反应特性,以及催化剂后副反应产物N2O的生成规律。试验表明,相同条件下该沸石型SCR催化剂饱和氨存储量明显大于钒基催化剂,温度低于250℃时NOx转化效率受到氨存储量的影响,催化剂氨存储充分时190℃温度下NOx转化效率达到74%。瞬态循环中WHTC循环的平均排气温度比ETC循环大幅降低,催化剂的NOx转化效率受到氨泄漏的限制,经过SCR控制策略优化后可以满足北京第四阶段对WHTC循环的检测要求。N2O是该SCR系统的主要副产物,在低温和高温时浓度较高,符合N2O的生成机理。

润滑油灰分对直喷汽油车GPF性能影响的试验研究

为开发汽油车颗粒捕集器(GPF)快速老化方法,评价GPF的耐久特性,分别在发动机与整车转鼓台架上试验研究了GPF的快速积灰方法和GPF对缸内直喷(GDI)汽油车颗粒物排放、背压、油耗的影响,最后用CT与XRF对灰分的分布与成分进行了分析。结果表明:GPF的积灰效率会随着时间变化逐步上升,最终达到30%左右的稳定值;装有GPF的整车在世界统一的轻型车测试循环(WLTC)下可满足国六颗粒物排放限值要求;随着灰分的不断积累,GPF对颗粒物质量(PM)与数量(PN)仍旧可以保持较高的过滤效率,分别为82%和99%;灰分累积对GPF的背压上升会有一定的影响,最大为6.5 kPa;在WLTC循环测试下GPF内的灰分增加对整车油耗影响并不明显,最大为1.25%;灰分主要组成物质为CaO和P_2O_5,主要沉积在GPF末端特别是在中心区域,为总含量的71.2%。

WHTC工况下PN10和PN23计数器粒子数排放测量差异分析

为探究当前主流的PN23计数器与更先进的PN10计数器测量结果差异,选取一台符合国Ⅵ排放标准的柴油发动机进行世界统一瞬态循环(World Harmonized Transient Cycle,WHTC)工况排放试验。该发动机可配置两套标定功率数据。使用最小测试粒径分别为23 nm和10 nm的粒子数(Particulate Number,PN)计数器同时测取PN排放数,分析对比PN排放结果,并总结排放规律。结果显示:标定功率为316 kW和430 kW的WHTC循环PN10计数器粒子数排放结果比PN23计数器分别高约27.48%和27.46%;WHTC循环第1145 s后,PN10计数器粒子数浓度显著高于PN23计数器,中等以上负荷、稳定转速工况更利于23 nm以下粒子生成;转速高于1000 r/min时,PN10计数器测得的粒子数浓度比PN23计数器明显更高;随着负荷增加,直径为10~23 nm的粒子数浓度先增加后减少。发动机在上述工况下运行时,PN23计数器测量值显著低于PN10计数器,该差异最终导致循环排放结果相对不准确。

双级尿素-选择性催化还原系统对柴油机排放特性的影响研究

为满足国Ⅵ排放标准,提出并开发了双级尿素(urea)选择性催化还原(selective catalytic reduction system, SCR)系统及控制策略,并针对该系统在柴油机上的NOx排放特性及对柴油颗粒捕集器(DPF)被动再生的影响进行了台架验证。结果表明:冷态国际统一瞬态循环(WHTC)双级urea-SCR系统NOx转化效率达到89.2%,比单级urea-SCR系统提高了5.4%,冷起动NOx排放显著降低;热态WHTC双级urea-SCR系统NOx转化效率达到99.3%,比单级urea-SCR系统提高了3.0%;对双级urea-SCR系统尿素喷射量采用闭环控制策略,热态WHTC下DPF平衡点碳载量仅比单级urea-SCR系统提高了0.2 g/L,DPF被动再生效果几乎未受影响。

基于温耗比的重型柴油发动机排气热管理试验研究

对缸内燃烧喷射参数、进气节流阀和电控放气阀提升排气温度的规律进行研究,提出温耗比的概念用于表征经济性和排气温度提升效率,针对全球统一瞬态试验循环(WHTC)工况下冷态污染物排放量高的问题,通过分析提温幅度与加热时长的关系,优化了热管理控制策略。试验结果表明:优化后在油耗保持基本不变的前提下,冷态WHTC工况下的涡轮后平均排气温度提升了13℃,尿素喷射提前了63 s,NOx比排放量降低了32%;10%负载的车载排放检测系统(PEMS)测试中,在满足国家第六阶段污染物排放标准的基础上,涡轮后平均排气温度提升了17.8℃,台架PEMS试验油耗降低了3.7%。

满足欧七排放法规PN_(10)要求的重型柴油机优化分析

2022年11月发布的欧洲第七阶段排放法规(以下简称“欧七排放法规”)草案对汽车尾气排放中固体悬浮微粒数量(PN)的检测方法和排放限值都做了修改,这对于满足中国第六阶段排放法规(以下简称“国六排放法规”)的汽车带来了新的挑战。以某款重型柴油机为例,对其进行全流程发动机台架试验,在世界统一瞬态循环(WHTC)工况下,对比国六排放法规与欧七排放法规对于PN限值的差异。通过对比PN排放,明确催化器后不同粒径颗粒物(PM)的来源,并通过改变尿素喷射频率和优化选择性催化还原(SCR)混合器,控制PM的生成,从而降低PN排放,以满足欧七排放法规。

带汽油机颗粒捕集器的后处理系统台架快速老化研究

基于某1.5 L增压直喷发动机及搭载相应机型的整车,开展了带汽油机颗粒过滤器(gasoline particulate filter,GPF)的后处理系统台架快速老化试验研究。将两套相同的后处理系统样件在发动机台架上基于标准台架循环(standard bench cycle,SBC)分别进行等效整车20万km耐久里程的快速老化。其中一组试验中只考虑热老化,老化过程中燃油为正常状态;另一组试验中将热老化与机油灰分影响进行了耦合,老化过程中将整车20万km消耗同等量的机油加入到燃油中进行掺烧。分别测量了两组样件在老化过程中的灰分累积量、GPF压差、催化剂性能、整车排放等。结果表明:两组试验中,等效20万km耐久里程老化后,两套GPF灰分累积量分别为12.1 g和38.9 g,灰分主要集中在GPF载体底部中间区域;GPF压差在前2万km~5万km上升较快,随后平稳上升;掺烧机油老化会加速前级三效催化转化器(three ways catalyst,TWC)催化剂性能劣化,对后级GPF催化剂性能影响不明显;掺烧机油进行老化后样件的排放劣化程度相对较大;两组台架老化后样件分别搭载整车进行世界轻型车统一测试循环(worldwide harmonized light vehicle test cycle,WLTC)排放测试,结果都要差于实车耐久的排放结果,其中总碳氢(total hydrogen carbon,THC)和CO排放结果差异较小,NO_(x)排放结果差异较大;掺烧机油进行老化的GPF在很短等效里程中就能获得很高的颗粒物捕集效率。

中小功率农用柴油机的排放特性分析

为探讨并解决中小功率农用柴油机实际排放特性与台架试验结果差异大的问题,通过便携式排放测试系统(PEMS)检测分析其实际作业的排放特性。结果表明:在拖拉机旋耕作业过程中,柴油机处于重载状态,转速在额定点附近小范围内波动,作业平均功率相比非道路瞬态循环(NRTC)高约30.0%;氮氧化物(NO_(x))排放质量流量随着负荷剧烈变化,CO排放质量流量相对比较稳定;整个试验的NO_(x)和CO的比排放量分别为0.414 g(/kW·h)和0.454 g(/kW·h),分别比90%有效功工况下的基准比排放量低11.3%和10.6%。