摩托車工況排放試驗(yàn)方法及排放控制

2023/2/41摩托車工況排放試驗(yàn)方法

及排放控制2023/2/42怠速排放與工況排放的區(qū)別？摩托車和輕便摩托車第二階段排放標(biāo)準(zhǔn)限值及執(zhí)行日期？二次空氣系統(tǒng)包括那些主要元件，各元件的主要功用？2023/2/43一、摩托車排氣污染物排氣污染物：指摩托車排氣管排出的一氧化炭（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）和氮氧化物（N0x）。氮氧化物以二氧化氮當(dāng)量表示。排氣污染物危害：1.CO阻礙人體的血液吸收和氧氣輸送、影響人體造血機(jī)能，隨時(shí)誘發(fā)心絞痛、冠心病等。2.HC形成具有很強(qiáng)毒性的光化學(xué)煙霧，傷害人體，并會(huì)產(chǎn)生致癌物質(zhì)。產(chǎn)生白色煙霧，對家畜、水果以及橡膠制品和建筑物均有損壞。3.NOx使人中毒比CO還強(qiáng)，損壞人的眼睛和肺，并形成光化學(xué)煙霧，是產(chǎn)生酸雨的主要物質(zhì)，可使植物由綠色變成褐色，直至大面積死亡。4.CO2、CH4為主要的室溫氣體，使地球表面吸收太陽光反射的紅外線增加，防礙了熱量向宇宙間擴(kuò)散。2023/2/44摩托車有害排放物的來源排氣（尾氣）：CO、HC、NOx、CO2曲軸箱竄氣：CO、HC、NOx燃油蒸發(fā)：HC白煙：HC2023/2/45二、怠速法排氣污染物試驗(yàn)怠速排放：指車輛怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的尾氣中排氣污染物的體積濃度。試驗(yàn)依據(jù):GB14621-2002《摩托車和輕便摩托車排氣污染物排放限值及測量方法（怠速法）》排放限值規(guī)定：怠速法測量排氣污染物限值試驗(yàn)類別

CO，%

HC1），10-6

四沖程

二沖程2003年1月1日起型式核準(zhǔn)試驗(yàn)3.880035002003年7月1日起生產(chǎn)一致性檢查試驗(yàn)4.0100040002003年7月1日起生產(chǎn)的在用車檢查試驗(yàn)4.5120045002003年7月1日以前生產(chǎn)的在用車檢查試驗(yàn)4.522008000注：1）HC濃度按正己烷用量

2）曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)不允許有任何曲軸箱子氣體排向大氣

2023/2/46怠速法排氣污染物排放測量方法

怠速法排氣污染物排放測量方法簡介預(yù)熱方式①預(yù)熱方式1：摩托車

以車速50km/h、輕便摩托車以車速40km/h運(yùn)行10km。②預(yù)熱方式2：

摩托車按GB14622規(guī)定工況、輕便摩托車按GB18176規(guī)定工況在底盤測功機(jī)上運(yùn)行四個(gè)循環(huán)。③預(yù)熱方式3：摩托車和輕便摩托車在正常道路交通條件下行使至少15分鐘。④選擇以上三種方式中的一種進(jìn)行摩托車預(yù)熱。排放測試：①車輛預(yù)熱后10min內(nèi)應(yīng)完成怠速排放測量。②在排氣消聲器尾部加一長600mm、內(nèi)徑φ40mm的專用密封接管，使摩托車尾氣全部通過接管。③維持怠速工況，將取樣探頭插入接管，保證插入深度為400mm，同時(shí)讀取探頭插入后30s時(shí)的CO和HC的指示值作為測量值。④間隔1min，重復(fù)進(jìn)行測試。⑤測量結(jié)果取兩次的算術(shù)平均值。若為多個(gè)排氣管時(shí)，取各排氣管測量結(jié)果的算術(shù)平均值。

2023/2/47設(shè)備測試原理測試設(shè)備：怠速排放分析儀不分紅外線分析儀：

利用每種氣體對特定波長紅外線的吸收率不同來測定被測氣體的濃度。測定成份：CO、CO2、HC注：

HC的測量值為正己烷當(dāng)量2023/2/48三、工況法排放試驗(yàn)工況排放：按照特定的城市道路模擬循環(huán)行駛一定時(shí)間，測量車輛排氣管排放的排放污染物的質(zhì)量。以每行駛1公里排出污染物質(zhì)量作為衡量指標(biāo)。試驗(yàn)依據(jù):GB14622-2002《摩托車排氣污染物排放限值及測量方法（工況法）》GB18176-2002《輕便摩托車排氣污染物排放限值及測量方法（工況法）》排放限值規(guī)定：工況法測量排氣污染物限值排氣污染物限值g/kmCOHCNOxHC+NOx

摩托車第一階段1330.3/摩托車第二階段

/輕便摩托車第一階段6//3輕便摩托車第二階段1//1.22023/2/49實(shí)施日期型式認(rèn)證

生產(chǎn)一致性認(rèn)證

摩托車第一階段限值2003.1.12003.7.1摩托車第二階段限值2004.1.12005.1.1輕便摩托車第一階段限值2003.1.12003.7.1輕便摩托車第二階段限值2005.1.12006.1.1工況法測量排氣污染物限值實(shí)施日期2023/2/410歐Ⅲ排放限值摩托車分類排氣污染物限值g/kmCOHCNOxHC+NOx＜150CC2.00.830.15/≥150CC2.00.30.15/實(shí)施日期：2006年1月1日起型式核準(zhǔn)試驗(yàn)，2007年1月1日起生產(chǎn)一致性檢查。2023/2/411工況排放測試設(shè)備底盤測功機(jī)CVS采樣系統(tǒng)CEB排放分析系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)油耗儀2023/2/412底盤測功機(jī)功用：提供模擬道路行駛條件1、提供車輛運(yùn)轉(zhuǎn)的條件：轉(zhuǎn)鼓直徑大于等于400mm2、車輛行駛慣量模擬：

車輛慣量≈整備質(zhì)量+75kg

注：工況排放試驗(yàn)時(shí)按照當(dāng)量慣量設(shè)置3、道路行駛阻力模擬（功率吸收）F=F1+F2V+F3v2摩托車道路行駛阻力方程：F=Ff+Fi+Fw+FmFf：道路摩擦阻力

Fi：坡道阻力Fw：風(fēng)阻

Fm：慣性阻力4、冷卻風(fēng)速模擬

n=n1+n2V+n3v2出風(fēng)口最小截面積為0.4m2離地高度：0.15！0.2m；至車輪前端距離：0.3~0.45m2023/2/413CVS采樣系統(tǒng)功用：進(jìn)行排放氣體稀釋和采集，氣體總體積的計(jì)算1.尾氣稀釋作用：A、模擬實(shí)際運(yùn)行狀況，使排氣出口能保持大氣壓力（標(biāo)準(zhǔn)要求排氣背壓為大氣壓或壓差≤+1.25kPa）

B、防止尾氣中水蒸汽的冷凝C、尾氣中的HC濃度高時(shí)，冷卻后容易凝結(jié)2.定容采樣：利用文氏管原理進(jìn)行等比例采樣，計(jì)算排氣總體積。臨界流量文氏管原理（CFV）：當(dāng)氣體在文氏管處的流速達(dá)到音速后，其流量就不再變化。（流體力學(xué)原理）采樣：稀釋尾氣采樣和空氣采樣，利用文氏管等比例的采樣到氣袋中。2023/2/414CEB排放分析系統(tǒng)功用：進(jìn)行排放污染物氣體濃度分析，和分析儀自動(dòng)標(biāo)定、檢查等功能。分析儀原理：1.CO、CO2氣體分析：采用NDIR不分光紅外線吸收法測量2.CH氣體分析：采用氫火焰離子分析儀FIA法：當(dāng)排氣中各種HC在2000℃左右的氫火焰中燃燒時(shí)部分分子或原子就會(huì)離子化而生成自由離子，這些電離的離子數(shù)與HC分子中的碳原子數(shù)成正比，且對各類HC的靈敏度相同，在外加直流電場作用下，形成電子流產(chǎn)生電信號(hào)，電流的大小和待測氣體的流量、濃度成正比。3.NOx氣體分析：化學(xué)發(fā)光氣體分析儀，測量NOx濃度。CLA基本原理：利用NO和O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，其強(qiáng)度與NO的濃度成正比，從而測量出NOx的濃度。轉(zhuǎn)化效率：NO2轉(zhuǎn)化為NO的轉(zhuǎn)化效率，（通過轉(zhuǎn)化器）一般要求大于90%。4.O2分析儀：PDM順磁型分析儀2023/2/415CESAR主控計(jì)算機(jī)功用：工況排放試驗(yàn)循環(huán)生成控制、各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算及試驗(yàn)報(bào)告的生成1.各種標(biāo)準(zhǔn)工況循環(huán)，ECER40、ECER47、EPT-75、IDC等；2.各種標(biāo)準(zhǔn)測試循環(huán)試驗(yàn)，ECER40、ECER47、EPT-75、IDC等；3.記錄測試試驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線；4.生成試驗(yàn)報(bào)告。5.模擬循環(huán)工況綜合油耗測試2023/2/416城市道路模擬工況循環(huán)ECER40工況循環(huán)（熱機(jī)狀態(tài)測試）（GB14622-2002摩托車測試循環(huán)）循環(huán)時(shí)間：195s最高車速：50km/h循環(huán)數(shù)量：62個(gè)預(yù)熱循環(huán)4個(gè)測試循環(huán)2023/2/417ECER47工況循環(huán)（熱機(jī)狀態(tài)測試）

（GB18176-2002輕便摩托車測試循環(huán)）循環(huán)時(shí)間：112s最高車速：50km/h循環(huán)數(shù)量：84個(gè)預(yù)熱循環(huán)4個(gè)測試循環(huán)2023/2/418印度測試循環(huán)工況(IDC)循環(huán)時(shí)間：108s最高車速：42km/h平均車速：21.93km/h循環(huán)數(shù)量：104個(gè)預(yù)熱循環(huán)6個(gè)測試循環(huán)2023/2/419美國EPA排放法規(guī)采用FTP-75工況循環(huán)（冷機(jī)、熱機(jī)狀態(tài)都測試）測試距離：約17.9km；平均車速：約31.7km；最高車速91.2km；注：測試計(jì)算公式（環(huán)境修正）與歐洲標(biāo)準(zhǔn)不同歐Ⅲ排放循環(huán)（ECER40+EUDC循環(huán)）

6個(gè)ECER40循環(huán)+EUDC試驗(yàn)時(shí)間：1220s；當(dāng)量里程：約11km；平均車速：32.5km/h；最高車速：120km/h；小排量汽車最高車速：90km/h

日本10、15工況循環(huán)時(shí)間：600s；每循環(huán)里程：4.16km；平均車速：22.7/h；最高車速：70km/h；2023/2/420油耗儀功用：進(jìn)行油耗測試油耗儀：稱重式油耗流量計(jì)1.和底盤測功機(jī)聯(lián)機(jī)使用進(jìn)行等速油耗或?qū)崟r(shí)油耗消耗率測試；2.和CESAR主控計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)使用進(jìn)行循環(huán)工況綜合油耗測試，可以進(jìn)行油耗消耗率測試。2023/2/421四、排放控制措施1、排放污染物產(chǎn)生機(jī)理1）.CO產(chǎn)生機(jī)理：一般是由于燃油在汽缸中燃燒不充分所致，是氧氣不足而生成的中間產(chǎn)物。CmHn+m/2O2=mCO+n/2H2排氣中一氧化碳產(chǎn)生及其濃度基本上取決于空燃比。CO隨空燃比增大（混合氣變?。┊a(chǎn)生CO濃度的降低，達(dá)到理論空燃比（14.3）后基本穩(wěn)定。2023/2/4222）HC產(chǎn)生機(jī)理：HC指未燃的或部分燃燒的碳?xì)浠衔锶剂螦.點(diǎn)火系工作不可靠或燃燒室狹縫太?。íM隙效應(yīng)）造成燃燒不完全造成

B.由燃燒所產(chǎn)生HC的兩個(gè)只要來源是中間產(chǎn)物（燃燒不充分）和壁面激冷效應(yīng)中間產(chǎn)物：不完全燃燒的產(chǎn)物，如醛、酮等，在過程反應(yīng)中，反應(yīng)條件不適合而產(chǎn)生的氧化物。影響完全燃燒三個(gè)方面：空燃比：局部混合氣過濃或過稀使氧化反應(yīng)緩慢，因熱損失較大而使點(diǎn)火不能產(chǎn)生。狹隙效應(yīng)：微小單元可燃混合氣，其面容比過大，使熱損失過多而不能產(chǎn)生著火。激冷效應(yīng)：靠近冷表面的可燃混合氣其熱損失過多不能產(chǎn)生著火。2023/2/4232）NOx產(chǎn)生機(jī)理：

NO是在燃燒室高溫條件下的產(chǎn)物，在排出后會(huì)生成NO2和其他氮氧化物，發(fā)動(dòng)機(jī)排放中主要指NO2和NO。NO產(chǎn)生的途徑有三種：

A.O2和N2之間雙分子反應(yīng)N2+O2=2NO

B.

Zeldovich鏈反應(yīng)機(jī)理：O2=2O

N2+O=NO+N和N+O2=NO+O

C.lavoie、heywood和keck提出的反應(yīng)

N+OH=NO+H----H+H2O=N2+OH

O

+N2O=N2+O2-----O

+N2O=2NO

研究結(jié)論：

NO生成主要取決于溫度、混合氣濃度及滯留時(shí)間。對于汽油機(jī)NO濃度取決于溫度和混合氣濃度。在稀混合氣時(shí)，NO平衡濃度隨溫度增加而迅速增大；在一定的溫度下，NO的平衡濃度隨混合氣加濃而減少。NO滯留時(shí)間，NO開始形成到完全形成的反應(yīng)時(shí)間，燃燒過程中高溫保持時(shí)間越長，NO生成時(shí)間越長，NO生成量越多。2023/2/4242、影響CO、HC、NOx的因素1）.空燃比：是影響三種排放物主要因素之一，一方面顯示混合氣中氧的濃度，一方面也影響燃燒溫度?？杖急扰c三種排放物的關(guān)系：A.供給濃混合氣時(shí)，燃燒溫度和氧濃度較低，NOx減少而CO、HC增多。B.供給稍稀的混合氣時(shí)，CO、HC減少而NOx增多。C.供給稀混合氣時(shí)，NOx、CO減少而HC增多?；旌蠚獾目杖急却笥?7~18時(shí)，HC增多，由于混合氣過分稀薄，易于發(fā)生火焰不完全傳播以至斷火，造成未燃燒烴增加?？杖急却笥?5.5時(shí)，氧濃度增加，但燃燒溫度有所降低，NOx減少。2023/2/4252023/2/4262）.發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速：A.負(fù)荷影響：

⑴怠速減速等低速小負(fù)荷運(yùn)行，氣體壓力、溫度不高，燃燒速度慢，不完全燃燒產(chǎn)生CO和HC⑵大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，油門全開，燃燒氣體壓力、溫度同時(shí)提高、燃燒效率高，HC減少而NOx增多B.轉(zhuǎn)速影響：對HC和NOx生成有一定影響，而對CO影響相對較小⑴.轉(zhuǎn)速提高改進(jìn)氣體燃燒（燃燒效率高）、加強(qiáng)激冷后的氧化，促進(jìn)排氣系統(tǒng)氧化，HC減少。⑵.轉(zhuǎn)速較高，稀混合氣時(shí)，點(diǎn)火時(shí)間不變時(shí)，大部分燃燒在膨脹過程壓力和溫度不太高時(shí)進(jìn)行，NO生成速度減小。濃混合氣時(shí)，提高轉(zhuǎn)速加強(qiáng)氣體擾動(dòng)，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，熱損失相對較小，NO生成速率將增大。2023/2/4273）.點(diǎn)火時(shí)間的影響：

點(diǎn)火提前角對HC和Nox的排放濃度影響較大，推遲點(diǎn)火提前角，HC濃度可減少，但燃油消耗率增加；在任何負(fù)荷轉(zhuǎn)速下，加大點(diǎn)火提前角，均使NO濃度增加；點(diǎn)火提前角對CO排放濃度影響不大。注：點(diǎn)火提前角的改變會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的改變4）.其他因素影響：燃燒室形狀、排氣背壓、進(jìn)氣管壓力及氣門重疊情況等因素對CO、HC、NOx均有不同程度的影響。

2023/2/4283、排放控制措施

⑴采用替代燃料：利用天然氣作為摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，可以有效的降低摩托車尾氣排放。⑵．電噴技術(shù)：采用電控燃油噴射技術(shù)，精確控制空燃比，使摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放特性達(dá)到最佳匹配。采用電控燃油噴射技術(shù)逐步替代化油器是摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。但摩托車電噴技術(shù)目前還存在技術(shù)未成熟、成本高，維護(hù)復(fù)雜等問題，影響他的推廣使用。⑶．通過過摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)及化油器結(jié)構(gòu)改進(jìn)和優(yōu)化匹配，改善混合氣形成條件，使混合氣盡可能的接近理論空燃比，從而提高燃燒效率，降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放；同時(shí)保證發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和整車性能不受影響。2023/2/429⑷．改善摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒系統(tǒng)，優(yōu)化燃燒室設(shè)計(jì)，提高燃燒效率，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放。此方法研發(fā)周期較長，其效果也最好，一般不僅可以降低排放，同時(shí)可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。⑸．使用機(jī)外凈化系統(tǒng)：安裝催化轉(zhuǎn)化技術(shù)是控制摩托車排放污染的有效措施。現(xiàn)國內(nèi)最流行的是使用摩托車二次空氣系統(tǒng)+催化觸媒裝置，

其主要通過觸媒的催化作用使排氣污染物中的一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、和氮氧化物再次燃燒，使主要污染物一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）轉(zhuǎn)化成CO2、H2O（二元催化劑僅對一氧化碳、碳?xì)浠衔镉凶饔茫?，從而降低排放。由于此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，加裝簡單，轉(zhuǎn)化效率高、而且對于整車的性能影響較小，現(xiàn)國內(nèi)多數(shù)環(huán)?；推餍湍ν熊嚩际褂眠@種系統(tǒng)。2023/2/4303、催化劑:

催化劑由催化劑活性部分、助催化劑和載體組成。催化劑活性部分：起催化作用的主要部分，車用活性部分一般為貴金屬。

性能參數(shù)：活性（轉(zhuǎn)化率）：與體積、質(zhì)量、表面積有關(guān)。選擇性：專門對某個(gè)化學(xué)反應(yīng)起加速作用的性能穩(wěn)定性：壽命，耐熱穩(wěn)定性和抗毒穩(wěn)定性

助催化劑：促進(jìn)劑，非活性組分，目的在于改善催化劑催化性能、提高催化劑活性、選擇性和壽命。載體：是承載助催化劑和主催化劑的支撐體，提供反應(yīng)基地（提供足夠大的表面積），固定催化劑。物理性能參數(shù)：容積密度、起燃因數(shù)、熱傳遞系數(shù)、流動(dòng)阻力系數(shù)、載體抗承載能力系數(shù)和力學(xué)承載因數(shù)、熱承載因數(shù)2023/2/431車用催化劑主要主劑及作用Pt的主要性能：A.對飽和HC有很高的活性B.對CO氧化性很高C.對NOx還原性較差D.熱穩(wěn)定性差E.較好的抗毒能力Pd的主要性能：A.對CO氧化性高飽和B.對稀烴氧化活性性很高C.當(dāng)作成大顆粒時(shí)對烷烴有很高活性D.加合適的助劑時(shí)對NOx原性有很高活性E.抗中毒能力差F.熱穩(wěn)定性差G.起燃活性很好Rh的主要性能：A.對CO氧化有一般活性B.NOx還原有很高活性C.對HC氧化活性差D.在富氧下、熱穩(wěn)定性差E.較低的抗毒能力2023/2/432催化劑的主要技術(shù)指標(biāo)低溫起燃性能（一般起燃溫度250℃）抗高溫性能抗熱沖擊性能抗機(jī)械振動(dòng)性能抗中毒性能（抗Pb、S、P等毒物影響）對發(fā)動(dòng)機(jī)排放特性的適應(yīng)性能穩(wěn)定性能催化劑分類：兩元催化劑：對排放中CO、HC起氧化催化作用的催化劑。三元催化劑：同時(shí)對排放中CO、HC和NOx起催化作用的催化劑。2023/2/433常見幾種催化劑的性能常州力揚(yáng)φ35×60L（φ33×50L）1.貴金屬成分：鉑Pt：50g/ft3NOMINAL

37.5g/ft3MIN

PtONLY

2.催化劑活性：

起燃溫度：CO50%：

270℃HC50%：300℃

轉(zhuǎn)化效率：CO400℃：≥75%CO400℃：≥70%3.剝離率：≤2.00%4.體積：0.0417L常州力揚(yáng)φ35×60L（φ33×50L）1.貴金屬成分：鉑Pt：45.46g/ft3NOMINAL

34.09g/ft3MIN

銠Rh：4.54g/ft3NOMINAL

3.409g/ft3MIN

貴金屬比例：10：1含量：50g/ft32.催化劑活性：

起燃溫度：CO50%：

270℃HC50%：300℃

轉(zhuǎn)化效率：CO400℃：≥75%CO400℃：≥70%3.剝離率：≤2.00%4.體積：0.0417L2023/2/434利凱特φ35×60L1.貴金屬成分：貴金屬比例Pt/Pd：5：1含量：35g/ft3（1+10%）2.催化劑活性：

起燃溫度：CO50%：

≤250℃HC50%：≤250℃

轉(zhuǎn)化效率：CO400℃：≥80%CO400℃：≥80%開米拉

1.貴金屬成分：貴金屬比例Pt/Pd/Rh：4：4：1含量：250g/ft3（1+10%）催化劑形狀大小可根據(jù)用戶需求進(jìn)行設(shè)計(jì)制造2023/2/4354.二次空氣系統(tǒng)+催化觸媒裝置2023/2/436催化反應(yīng)的效率與發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比有關(guān)，只有在理論空燃比附近才能有較高的轉(zhuǎn)化效率。一般的化油器多數(shù)工況混合氣偏濃，排氣中氧含量很少，不利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。為增加尾氣中氧含量，使用二次空氣系統(tǒng)1）