在用柴油車排氣檢測中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控技術(shù)

劉寧鍇,周俐峻,曹東華

(1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心,江蘇 南京 210036;2.南通常測機(jī)電設(shè)備公司 ,江蘇 南通 226001)

·監(jiān)測技術(shù)·

在用柴油車排氣檢測中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控技術(shù)

劉寧鍇1,周俐峻1,曹東華2

(1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心,江蘇 南京 210036;2.南通常測機(jī)電設(shè)備公司 ,江蘇 南通 226001)

通過對柴油車自由加速檢測方法的實際操作行為進(jìn)行控制,探索發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速測量自動控制技術(shù),消除人為因素對檢測結(jié)果的影響,同時通過計算機(jī)對檢測過程數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控,規(guī)范檢測行為,提高檢測準(zhǔn)確性。

柴油車;排氣檢測;轉(zhuǎn)速監(jiān)控;自由加速檢測法

近年來,隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速增長與人民生活質(zhì)量的提高,汽車工業(yè)迅猛發(fā)展,機(jī)動車保有量呈現(xiàn)快速上升趨勢。在加快城市化進(jìn)程,給人們帶來了諸多便利的同時,產(chǎn)生的污染也越來越嚴(yán)重,矛盾表現(xiàn)為交通擁堵和日益惡化的空氣與噪聲污染。

至 2009年末,江蘇省汽車保有量已達(dá) 490多萬輛,其中柴油車占 15%左右。柴油車因其燃油經(jīng)濟(jì)性的明顯優(yōu)勢,在公共交通和貨運(yùn)領(lǐng)域有著不可替代的位置。但與此同時,柴油車帶來的空氣污染也較汽油車更為嚴(yán)重。柴油機(jī)非均質(zhì)混合氣和壓燃著火的特征決定了其排放主要污染物是 NOX和顆粒物,其排放量是汽油機(jī)的幾十倍,嚴(yán)重威脅著環(huán)境空氣質(zhì)量和人民的身體健康。如何對柴油車排氣污染進(jìn)行有效監(jiān)管,已成為機(jī)動車污染防治中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1 柴油車主要排氣污染物及成因

柴油機(jī)排氣的主要成分有 CO、HC、NOX和顆粒物,由于柴油機(jī)使用的混合氣的平均空燃比比理論空燃比大 (其過量空氣系數(shù)總是大于 1),因此其CO、HC的原始排放明顯低于汽油機(jī),但 NOX和顆粒物排放卻十分突出,尤其是顆粒物的排放明顯高于汽油機(jī)[1]。柴油機(jī)顆粒排放包括平時所說的白煙 (白色蒸汽云)、藍(lán)煙 (藍(lán)色煙霧)和碳煙 (黑煙),白煙和藍(lán)煙都是未經(jīng)燃燒直接排到大氣中的未燃油滴,主要產(chǎn)生于柴油機(jī)冷啟動階段;而碳煙是燃料在高溫缺氧條件下經(jīng)過脫氫裂解產(chǎn)生的。柴油車燃料混合氣的形成在發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)進(jìn)行,柴油高壓噴入燃燒室,壓縮著火后進(jìn)行邊噴邊燃燒的擴(kuò)散燃燒方式。這種工作方式導(dǎo)致柴油與空氣混合不均勻,不可避免地存在局部缺氧或局部富氧情況。油料在高溫缺氧條件下,易炭化形成炭煙。

2 在用柴油車排氣檢測方法

環(huán)保部門大約在 10年前就開始了機(jī)動車排氣污染控制的探索研究。GB 3847—2005中規(guī)定各省級有關(guān)行政主管部門可根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況,選擇自由加速法或加載減速工況法中的一種作為在用汽車排氣污染物排放檢測方法。柴油車加載減速法對設(shè)備的要求很高,試驗時間長,檢測成本約是自由加速法的 10倍;同時,由于采用加載減速試驗時,柴油車需達(dá)到最大功率,車況稍差的車輛就很容易出現(xiàn)拉缸、抱瓦、突然熄火等情況,安全隱患大。目前這種方法在國內(nèi)只在個別的省份試點(diǎn),國際上也只有極少數(shù)國家和地區(qū)采用。江蘇現(xiàn)階段選擇自由加速法對柴油車排放進(jìn)行檢測。

然而自由加速檢測法中也存在一些漏洞。世博會期間,上海市環(huán)保局定期向江蘇省環(huán)保部門發(fā)放“冒黑煙”車輛名單,而江蘇在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)名單中大部分車輛已進(jìn)行了環(huán)保檢測且檢測結(jié)果“合格”。究其原因與檢測的實際操作過程有關(guān)。自由加速定期檢測方法具有操作簡便,建設(shè)成本低的優(yōu)點(diǎn),但在檢測過程中存在明顯的漏洞。

GB 3847—2005附錄 I“在用汽車自由加速試驗不透光煙度法”中規(guī)定:“在進(jìn)行自由加速測量時,必須在 1 s內(nèi),將油門踏板快速、連續(xù)地完全踩到底,使噴油泵在最短時間內(nèi)供給最大油量”。其油門踏板的踩踏速度完全由試驗人員把握,往往難以保證;標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定“對每一個自由加速測量,在松開油門踏板前,發(fā)動機(jī)必須達(dá)到斷油點(diǎn)轉(zhuǎn)速。對帶自動變速箱的車輛,則應(yīng)達(dá)到制造廠申明的轉(zhuǎn)速(如果沒有該數(shù)據(jù)值,則應(yīng)達(dá)到斷油轉(zhuǎn)速的 2/3)?！标P(guān)于斷油點(diǎn)轉(zhuǎn)速的把握同樣完全由試驗人員控制。

上述兩點(diǎn)均是影響檢測結(jié)果的關(guān)鍵因素,自由加速煙度檢測方法的原理就是要通過快速踩踏油門,使發(fā)動機(jī)達(dá)到斷油點(diǎn),在燃料來不及充分燃燒的情況下測定排氣中的煙度值,從而篩查出高排放車輛。如果不按規(guī)范操作,延長踩踏油門的時間或達(dá)不到斷油點(diǎn)轉(zhuǎn)速,檢測值都會有很大偏差。

同理,車主只要將油門踏板調(diào)松,使車輛油門踏板在踩到底時,發(fā)動機(jī)無法使噴油泵達(dá)到給最大供油量,便可達(dá)到減少排氣污染物濃度、蒙混過關(guān)的目的。

3 柴油車檢測轉(zhuǎn)速控制

未能準(zhǔn)確測定出高排放車輛問題不是出在方法本身,而是因為檢測過程中人為因素影響太大,應(yīng)設(shè)法通過自動判別來消除這些人為影響。

3.1 控制油門踩踏時間

通過監(jiān)測發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及油門踏到底后與松開油門前的間隔時間,來控制檢測人員的操作,使其在規(guī)定的時間內(nèi)完成油門踩踏過程,從而保證檢測結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性。

通過二組監(jiān)控截圖可以看出,油門踏板的踩踏速度快慢對檢測結(jié)果的影響。

每 100ms取 1個記錄,轉(zhuǎn)速從怠速時的 768轉(zhuǎn)/min升到 3 292轉(zhuǎn) /min,共取 15個記錄點(diǎn),即踩足油門的時間是 1.5 s,其煙度從 0上升到 0.53m-1。

從怠速 796轉(zhuǎn) /min升到 3 104轉(zhuǎn) /min,共取 74個記錄點(diǎn),踩足油門的時間是 7.4 s,而煙度從 0.01 m-1上升到 0.08m-1。

在轉(zhuǎn)速相近的條件下,慢踩油門工況下煙度測值僅為快踩油門工況的 15%左右,可見,踩油門速度的快慢對黑度監(jiān)測結(jié)果影響很大,必須監(jiān)控。

3.2 檢測過程中的轉(zhuǎn)速監(jiān)控

每種車型均有額定轉(zhuǎn)速,為了準(zhǔn)確、方便地監(jiān)控,可準(zhǔn)備 1臺基于震動噪聲原理的轉(zhuǎn)速測量設(shè)備,排氣檢測時安裝于被測車輛的引擎蓋上,計算機(jī)全程監(jiān)控操作過程,則可檢測發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,智能判斷轉(zhuǎn)速上升時間和延時時間,判別操作人員的檢測過程是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求,監(jiān)控轉(zhuǎn)速是否到達(dá)斷油點(diǎn)。不需要打開發(fā)動機(jī)外罩或者點(diǎn)火線就能準(zhǔn)確測量發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速,解決測量發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速難的問題。簡單、安全,可操作性強(qiáng)。

通過對柴油車的自由加速檢測方法的實際操作行為進(jìn)行智能判斷和控制,采用自動先進(jìn)測量技術(shù),消除人為因素對檢測結(jié)果的影響,同時通過計算機(jī)對檢測過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)、糾正不規(guī)范行為,統(tǒng)一檢測過程,使檢測結(jié)果的重復(fù)性、一致性和再現(xiàn)性有了保證,有效地控制柴油車尾氣排放的檢測質(zhì)量。

[1]張力軍.機(jī)動車污染防治基本理論[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2010.

[2]GB 3847—2005,車用壓燃式發(fā)動機(jī)和壓燃式發(fā)動機(jī)汽車排氣煙度排放限值及測量方法[S].

[3]郝吉明,傅立新,賀克斌,等.城市機(jī)動車排放污染控制[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社.2001.

In D iesel ExhaustDetection Engine SpeedM on itoring Technology Research

L IU Ning-kai1,ZHOU Li-jun1,CAO Dong-hua2
(1.Jiangsu Provincial EnvironmentalMonitoring Center,Nanjing,Jiangsu 210036,China;2.Nantong Changce Electrical Equipment Company,Nantong,Jiangsu 226001,China)

By controlling the actual operation of the testmethod of diesel's free acceleration,the automatic control technology of engine speed measuring is explored to eliminate the influence ofpersonal factorson the test results.Meanwhile the inspection behavior could be regulated and themonitoring accuracywould be improved,making use of computers tomonitor the detection process data.

diesel;exhaust detection;speed monitoring;the testmethod of free acceleration

X830.5

B

1674-6732(2011)-01-0021-02

10.3969/j.issn.1674-6732.2011.01.006

2010-10-27

美國能源基金項目(G-1006-12776)。

劉寧鍇(1968—),男,高級工程師,本科,從事環(huán)境監(jiān)測和機(jī)動車污染防治工作。