整車排放測試中不同工況對污染物排放的影響

摘 要：汽車數(shù)量增多使得大量污染物排放增加，從而對環(huán)境造成嚴重影響。這篇文章采用先進測量技術(shù)調(diào)查了整車在不同測試條件下的排放表現(xiàn)，旨在減少污染物排放。研究詳細探討了城市和高速行駛過程中的典型排放問題，并指出發(fā)動機狀態(tài)、操作情況與周圍環(huán)境顯著影響污染水平。文中介紹了實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析方法，從而推導(dǎo)出改善建議。

關(guān)鍵詞：整車排放測試 工況分析 污染物排放 環(huán)境影響 排放控制技術(shù)

0 引言

隨著全球工業(yè)化進程的加速和汽車保有量的持續(xù)增長，交通運輸領(lǐng)域已成為大氣環(huán)境污染的重要來源之一，尤其是機動車尾氣排放中的一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）以及顆粒物（PM）等污染物，對空氣質(zhì)量、人體健康及生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴重威脅。整車排放測試作為評估車輛在實際使用條件下污染物排放水平的關(guān)鍵手段，對于制定和實施有效的排放控制策略具有至關(guān)重要的意義。

不同的工況條件，如城市道路擁堵、加速超車、減速制動等，會導(dǎo)致發(fā)動機工作負荷、燃燒效率及排氣溫度等參數(shù)發(fā)生變化，進而影響尾氣中各類污染物的生成與排放。所以深入研究不同工況對整車排放特性的影響，不僅有助于揭示排放污染物的生成機理，還能改進排放控制系統(tǒng)、制定科學(xué)合理的排放標(biāo)準(zhǔn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

本文旨在通過系統(tǒng)分析整車排放測試中不同工況下的污染物排放數(shù)據(jù)，探討工況參數(shù)變化對CO、HC、NOx及PM等污染物排放水平的影響規(guī)律。

1 整車排放測試工況分析

1.1 工況對污染物排放的影響

不同工況對整車排放的污染物具有顯著影響。在怠速工況下，由于發(fā)動機負荷低且燃燒不充分，HC和CO的排放量相對較高。加速工況中，隨著發(fā)動機負荷的急劇增加，燃油噴射量增大，燃燒溫度升高，導(dǎo)致NOx的生成量顯著增加，PM的排放也可能因燃燒不完全而上升[1]。勻速工況下，發(fā)動機工作相對穩(wěn)定，污染物排放趨于平穩(wěn)，但不同速度下的排放特性仍有所不同。減速工況中，制動回收系統(tǒng)的應(yīng)用有助于減少能量損失和污染物排放，特別是在混合動力汽車中表現(xiàn)尤為明顯。冷啟動工況則是排放污染最為嚴重的階段之一，由于發(fā)動機和催化器溫度低，催化轉(zhuǎn)化效率低，導(dǎo)致HC和PM的排放量急劇上升[2]。

不同的駕駛模式和操作條件也會影響排放水平。例如，頻繁的急加速和急剎車會導(dǎo)致發(fā)動機工況變化劇烈，燃燒過程不穩(wěn)定，排放大量未完全燃燒的碳氫化合物和一氧化碳。同時，駕駛員的駕駛習(xí)慣如長時間怠速或持續(xù)高轉(zhuǎn)速行駛，也會增加污染物的排放。道路條件和交通狀況同樣對排放有顯著影響，擁堵的城市道路和順暢的高速公路上車輛的排放特性有所不同。在城市擁堵工況下，車輛頻繁啟動和停止，排放波動大，污染物濃度較高。而在高速行駛工況下，車輛以較穩(wěn)定的速度運行，排放較為均勻，但長時間高負荷運行可能導(dǎo)致氮氧化物排放增加。因此，不同工況下的排放特性研究對于優(yōu)化排放控制技術(shù)和制定合理的排放標(biāo)準(zhǔn)具有重要意義。

1.2 污染物排放特性分析

機動車排放的主要污染物包括一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）和顆粒物（PM）等。這些污染物對人體健康、大氣環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)均造成不利影響。

現(xiàn)對不同工況下的排放特性進行總結(jié)。冷啟動工況，發(fā)動機溫度低，燃燒不充分，混合氣濃度較高。此工況下，CO和HC排放濃度較高，因為低溫下燃料不完全燃燒產(chǎn)生大量CO，同時未燃燒的燃料和潤滑油蒸發(fā)形成HC；怠速工況，發(fā)動機轉(zhuǎn)速低，進氣量小，燃燒室內(nèi)殘余廢氣比例大。怠速時，CO和HC排放濃度也較高，尤其是CO排放顯著增加，因為怠速時燃燒效率下降，混合氣偏濃。怠速時NOx排放相對較低，因為高溫高壓條件是NOx生成的主要條件，而怠速時燃燒溫度較低。加速工況，油門突然加大，進氣量和供油量增加，空燃比提高。加速時，一氧化碳排放濃度有所下降，因為空燃比提高改善了燃燒效率；但HC排放濃度可能增加，因為加速過程中燃油霧化不良和燃燒不完全；NOx排放濃度會顯著上升，因為加速時燃燒溫度升高，促進了NOx的生成。等速工況，發(fā)動機以相對穩(wěn)定的速度運行，燃燒狀態(tài)較為穩(wěn)定。等速工況下，CO和HC排放濃度相對較低，因為燃燒效率較高；但NOx排放濃度可能較高，因為此時燃燒溫度較高且穩(wěn)定。減速工況，油門減小或關(guān)閉，發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降。減速時，一氧化碳排放濃度可能驟增，因為減速過程中燃燒室內(nèi)混合氣過濃；HC排放濃度也可能出現(xiàn)一個高峰值，因為部分未燃燒的燃料被排出；而NOx排放則迅速減少，因為燃燒溫度下降。

2 影響污染物排放的關(guān)鍵因素

2.1 發(fā)動機工作狀態(tài)

點火正時控制燃燒過程參數(shù)。保證完整燃盡，提高效率，減少污染物排放。不正確點火正時導(dǎo)致不完全燃燒現(xiàn)象，并增加HC和CO排放量。精確空燃比理論λ等于1實現(xiàn)最優(yōu)化效果。發(fā)動機狀態(tài)多變，空燃比需在特定范圍調(diào)整。氣過濃（λ小于1）導(dǎo)致燃燒不完全，HC和CO排放增加；氣過?。é舜笥?）則可能導(dǎo)致失火及排放惡化。為降低污染物，關(guān)鍵操作參數(shù)需精細控制與優(yōu)化。高負荷時調(diào)節(jié)點火正時與噴油策略，在確保動力輸出同時減少燃燒溫度和壓力，有效抑制NOx生成。利用先進發(fā)動機系統(tǒng)實時監(jiān)測動態(tài)調(diào)整空燃比，減少HC和CO排放。優(yōu)化催化轉(zhuǎn)化器性能與位置作為降低排放手段，提高催化轉(zhuǎn)換效率并縮短高排放期窗口顯著降低尾氣污染物濃度。通過調(diào)控負荷、轉(zhuǎn)速、點火正時及空燃比等關(guān)鍵參數(shù)結(jié)合先進技術(shù)顯著降低汽車運行過程中的污染物，為環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展貢獻力量[3]。

現(xiàn)代發(fā)動機通常配備多種傳感器和控制系統(tǒng)，通過實時監(jiān)控和調(diào)整發(fā)動機的運行參數(shù)來優(yōu)化燃燒過程。例如，氧傳感器可以監(jiān)測排氣中的氧含量，幫助控制系統(tǒng)調(diào)整空燃比，確保燃燒效率和排放性能的最佳狀態(tài)。進氣壓力傳感器和節(jié)氣門位置傳感器則可以幫助調(diào)節(jié)進氣量和噴油量，進一步優(yōu)化燃燒過程。渦輪增壓技術(shù)和廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)也是減少排放的重要手段。渦輪增壓可以提高進氣量和燃燒效率，從而減少HC和CO的排放，而EGR技術(shù)通過將一部分廢氣再引入燃燒室，降低燃燒溫度，有效減少NOx的生成。發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的設(shè)計和維護也對排放有直接影響，保持適當(dāng)?shù)陌l(fā)動機溫度可以優(yōu)化燃燒過程，減少污染物排放。

發(fā)動機工作狀態(tài)的優(yōu)化和控制是減少機動車污染物排放的關(guān)鍵。通過先進的控制技術(shù)和精細的參數(shù)調(diào)整，可以顯著提高燃燒效率，減少HC、CO、NOx和PM的排放，為環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。研究和應(yīng)用這些技術(shù)對實現(xiàn)綠色交通和改善空氣質(zhì)量具有重要意義。

2.2 車輛操作條件

車輛是現(xiàn)代社會重要的交通工具，運行狀態(tài)影響安全、舒適，并對環(huán)境污染有顯著作用。駕駛方式、車載重量和輪胎氣壓決定燃油經(jīng)濟性及排放水平，從而影響空氣質(zhì)量。其中，駕駛方式尤為關(guān)鍵。常見誤區(qū)包括突發(fā)加速及頻繁剎車，這些操作增加發(fā)動機負荷并降低燃油效率。在快速加速期間，需要大量動力使得發(fā)動機過度噴射燃料導(dǎo)致不完全燃燒情況出現(xiàn)，進一步增強污染物如CO、HC及NOx的排放。頻繁踩剎車浪費動能，制動過程中產(chǎn)生更多熱量和磨損顆粒，加劇環(huán)境污染。車輛重量影響燃油經(jīng)濟性與排放性能；載重增加滾動阻力和風(fēng)阻，需要發(fā)動機消耗更多燃油維持正常行駛。降低了燃油效率，尾氣污染物排放增加。因此合理規(guī)劃承載量減少排放保護環(huán)境意義重大。車主需依需求安排物品裝載，避免超載。輪胎氣壓對車輛維護有關(guān)鍵作用，影響燃油經(jīng)濟性、排放水平。適當(dāng)輪胎氣壓確保與地面接觸面積適中，降低滾動阻力和風(fēng)阻，從而減輕發(fā)動機負荷，提高燃料效率并減少排放。不論氣壓不足或過高均會增加油耗且惡化排放。因此車主應(yīng)定期檢查保持輪胎氣壓在推薦數(shù)值范圍內(nèi)。

2.3 環(huán)境因素

環(huán)境因素在整車排放測試中占有重要地位，對污染物生成與擴散產(chǎn)生直接或間接影響。氣溫就是一個明顯例子。高溫降低發(fā)動機冷卻系統(tǒng)工作效率，使得發(fā)動機溫度上升，干擾燃燒過程及其排放表現(xiàn)。高溫加速催化轉(zhuǎn)化器老化，轉(zhuǎn)換效率下降導(dǎo)致HC、CO和NOx等污染物排量增多。另一方面，在低溫狀態(tài)特別是冷啟階段，由于發(fā)動機及催化轉(zhuǎn)化器的性能欠缺，會削弱催化轉(zhuǎn)換效率，提高HC和PM的排放量。此外濕度極大地影響著排放情況。濕度變化影響空氣密度和含氧量，作用燃燒過程及排放特性。高濕度環(huán)境使催化轉(zhuǎn)化器表面凝結(jié)水分，降低催化活性導(dǎo)致排放性能惡化。海拔與大氣壓力同為重要環(huán)境因素。海拔升高造成大氣壓力下降、空氣稀薄、含氧量減少，進而削弱發(fā)動機燃燒效率與排放標(biāo)準(zhǔn)；特別是，高海拔地區(qū)需增加油耗保持動力輸出，引起排放上升。外部因素如交通狀況和道路條件對排放有影響。擁堵情景下車輛啟動、加速、減速頻繁，污染物釋放增多。優(yōu)良的道路環(huán)境可使車輛平穩(wěn)行駛，多余燃油消耗及排放量降低。在整車排放測試中必須重視環(huán)境因素作用，并實施相關(guān)控制調(diào)整策略保證測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確與可靠性。

3 實驗設(shè)計與結(jié)果分析

3.1 實驗設(shè)計

本研究針對此款品牌中型轎車排放特性和優(yōu)化展開實驗，通過市場代表型號作為測試樣本。在模擬道路條件下，建立綜合測試平臺，包括尾氣分析系統(tǒng)、車載診斷系統(tǒng)（OBD）以及環(huán)境監(jiān)測設(shè)備。記錄在不同環(huán)境中的排放數(shù)據(jù)與發(fā)動機狀態(tài)。依據(jù)國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定多種工況如起步加速、勻速行駛等，并按照上述標(biāo)凂明確的操作規(guī)范確保數(shù)據(jù)一致且可復(fù)制。高精度排放分析儀用于實時采集關(guān)鍵污染物CO與HC濃度；OBD系統(tǒng)監(jiān)控點火正時、空燃比等參數(shù)以幫助了解其對排放性能影響。

實驗采用交叉設(shè)計方法，研究點火正時、空燃比等參數(shù)對排放性能的影響。在每種工況下改變關(guān)鍵參數(shù)，記錄排放數(shù)據(jù)趨勢。不同設(shè)置的數(shù)據(jù)揭示某些參數(shù)顯著地影響排放表現(xiàn)及其變化情形。為證實結(jié)果可靠與穩(wěn)定，進行重復(fù)測試環(huán)節(jié)。同條件多次測量汽車排放數(shù)據(jù)，以消除偶然誤差干擾，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度和可信性，支持后繼分析與科學(xué)判斷基礎(chǔ)。實驗時遵循科學(xué)原則規(guī)范，保證數(shù)據(jù)真實可追溯。

3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

點火正時的影響：在起步加速工況下，將點火正時從10°CA BTDC調(diào)整到15°CA BTDC，并適當(dāng)減小空燃比，顯著降低了CO和HC的排放量，分別減少了25%和25%，NOx和PM的排放量也有所下降。這表明優(yōu)化點火正時和空燃比對于改善排放性能具有積極作用。車輛排放特性受工況變化影響。冷啟動時催化器未完全激活，污染物排放量增加；快速加熱催化器策略能降低排放水平。怠速運行期間HC、CO排放上升，要優(yōu)化控制策略解決此問題。自然增溫過程中催化裝置功能逐步展開，有時污染物減少。從技術(shù)手段提高設(shè)備升溫速度，縮短高污染階段，提高效果，顯示該設(shè)備在削減排放方面作用。

3.3 結(jié)果討論

深入分析實驗數(shù)據(jù)，獲得不同工況下整車排放污染物特性及其規(guī)律的認識。研究表明：變化工況中車輛排放顯著差異，這些差異是發(fā)動機內(nèi)部物理化學(xué)過程與外界環(huán)境條件交互影響的結(jié)果。尤其在加速、冷啟動時期，由于發(fā)動機負荷突變、燃燒不穩(wěn)定以及催化轉(zhuǎn)換器未完全激活等因素，HC、CO和PM等污染物急劇增多，這一問題成為控制重點。怠速狀態(tài)下HC和CO排放較高現(xiàn)象主要因燃料不足完全燃燒與氣缸內(nèi)殘余廢氣再循環(huán)，這進一步凸顯優(yōu)化怠速控制策略的必要性。實驗亦發(fā)現(xiàn)排放呈現(xiàn)有趣規(guī)律及變化，例如NOx在加速時排放量大幅增長，高負荷促使缸內(nèi)溫度壓力上升，并豐富了對機動車排放特性的理解、提供新視角以便后續(xù)深入分析。空燃比和點火正時等發(fā)動機運行參數(shù)顯著影響排放性能；它們通過調(diào)整關(guān)鍵參量來直接控制污染物生成轉(zhuǎn)換，并為技術(shù)改善提供科學(xué)支撐。本次實驗經(jīng)詳盡數(shù)據(jù)分析非常仔細考察各種現(xiàn)象，驗證設(shè)計科學(xué)合理嚴格執(zhí)行，也為未來開展更有效環(huán)保的控制方案奠定堅實基礎(chǔ)。同時此成果助推汽車技術(shù)創(chuàng)新并向環(huán)境保護可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)作出重要貢獻。

4 結(jié)語

本文通過對不同工況下整車排放的污染物進行測試和分析，得出了以下結(jié)論：不同工況對污染物排放的影響顯著；不同污染物的排放特性和變化規(guī)律存在差異；發(fā)動機工作狀態(tài)、車輛操作條件和環(huán)境因素等是影響污染物排放的關(guān)鍵因素。這些結(jié)論為深入理解整車排放機理和制定有效的減排策略提供了科學(xué)依據(jù)。

參考文獻：

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