重型车实际道路车载排放测试及排放特性研究

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1、重型车实际道路车载排放测试及排放特性研究郭佳栋2015年3月中图分类号：TK427UDC分类号：629重型车实际道路车载排放测试及排放特性研究作者姓名郭佳栋学院名称机械与车辆学院指导教师葛蕴珊教授答辩委员会主席马朝臣教授申请学位工学博士学科专业动力机械及工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ResearchonReal-worldEmissionPerformanceofHeavy-dutyVehiclesBasedonPortableEmissionMesurementSystemsCandidateNam

2、e：GuoJiadongSchoolorDepartment:MechanicalandVehicularEngineeringFacultyMentor:Prof.GeYunshanChair,ThesisCommittee：Prof.MaChaochenDegreeApplied:DoctorofEngineeringMajor：PowerMachineryandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：1，2015北京理工大学博士学

3、位论文摘要本文利用车载排放测试系统(PortableEmissionMeasurementSystem,PEMS)，在北京市的实际道路上对使用不同燃料(柴油、天然气)，满足不同排放标准阶段(国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ)的公交车，包括油电混合公交车进行了实际道路排放特性研究，并使用基于CO2的窗口法对这些公交车在实际道路上是否能满足相关标准进行了研究评价。在实际道路排放特性的评价方法中，NTE法由于要求在较高的发动机转速和负荷水平下进行评价，不适合用来进行城市公交车的实际道路排放评价。针对实际道路上公交车发动机的瞬时功率和扭矩等信息较难

4、获得的现状，论文使用基于CO2窗口法对不同公交车的实际道路排放进行了客观评价。根据发动机功率和CO2排放量的对应关系，建立了功基窗口法限值和基于CO2排放量的窗口法限值的对应关系，并以此作为判断车辆在实际道路上排放是否满足法规标准的依据。实验结果表明，相对于满足国Ⅲ标准的重型柴油车，实际道路上国Ⅳ、国Ⅴ标准柴油车的CO、THC、PM排放都明显降低。国Ⅴ标准柴油车由于喷射压力的增大、燃烧的改善，排气颗粒物中积聚模态颗粒物明显减少，但核模态颗粒物有增多的趋势。由于市区道路上平均车速较低、排气温度较低，国Ⅳ柴油公交车的SCR系统不

5、能有效工作，导致大部分国Ⅳ柴油车的实际NOx排放高于国Ⅲ柴油车，只有在车速大于30km/h以后才低于国Ⅲ柴油车。而国Ⅴ柴油车由于进行了有效的热管理，排气温度相对较高，NOx排放明显降低，但是在车速较低时的NOx排放依旧高于限值。并联式混合动力柴油车和混联式混合动力柴油车的CO2、THC、CO、PM等污染物都有了明显下降。但其NOx排放并没有明显下降，反而略有升高，主要原因是柴油机的负荷和排温降低，SCR系统实际工作效率不高。混联式混合动力柴油车的NOx排放相对常规动力柴油车有明显改进，但是SCR系统的效率也不能满足期望，原因

6、是由于发动机启停控制的存在，导致其排气温度更低，因此为降低实际道路排放，应进一步优化其排气管理系统。基于理论空燃比燃烧、使用三元催化器进行排放控制的天然气公交车，由于空燃比控制的不精确以及催化剂的老化、失活等现象，在实际道路上的污染物排放相互之间差别很大，但是该路线有达到较低排放的技术能力；使用EGR系统的天然气公交车，NOx排放得到了进一步降低，能够满足欧Ⅵ阶段标准。采用稀薄燃烧和氧化催化器的天然气公交车，在实际道路上NOx排放能够满足国Ⅴ标准，但是在车速较高时相对于柴油车没有优势；使用稀薄燃烧+氧化催化器+SCR系统的天

7、然气公交车，由于排I北京理工大学博士学位论文气温度较高，排气中NO2/NOx比例较高，SCR系统在车速较低时就可以得到较高的效率，因此NOx排放很低；稀薄燃烧的天然气公交车，THC和CO排放比柴油车高。对SCR催化器加装保温层可以提高其温度，从而降低NOx排放。相对于尿素SCR系统，固体SCR系统可以在低温、低速条件下提高对NOx的降低率。配合使用分子筛催化剂可以进一步提高对NOx的降低率。在满足车辆动力性的前提下适当降低汽车比功率有助于NOx排放的降低。根据实验获得的公交车运行速度，研究获得了北京市公交典型工况，VSP和车

8、速作为特征参数，得到了不同种类公交车的排放速率库，结合北京市公交典型工况和不同公交车的排放速率库，计算得到了各类公交车在北京市公交典型工况下的排放因子。关键词：重型车；实际道路排放；窗口法；柴油车；混合动力；天然气II北京理工大学博士学位论文AbstractInthisresearch,r