重型柴油巴士发动机大修对排放影响的试验研究

万 霞

（深圳职业技术学院 汽车与交通学院，广东 深圳 518055）

1 前 言

柴油机具有效率高、油耗低、动力性好的特点，但是，柴油机的排放比汽油机问题突出，尤其NOX和PM的排放[1,2]．

为了降低柴油车的排放，一方面通过优化设计改善缸内燃烧，控制排放，另外，采用不同技术路线的缸外排气后处理技术，如采用DPF降低PM，采用SCR降低NOX等．实践表明，加装DPF短时间内效果明显，颗粒物减排量可达90%以上[3,4]，但采取该技术也有一定的弊端，比如：产品选择使用不当时，不仅会影响改善效果，而且产品可能也会出现堵塞、烧毁等问题，同时，在用车的改造费用较高．

本研究针对在用老旧柴油巴士，采取发动机大修的方法，满足降低排放的同时可降低资源消耗[5]，对老旧柴油巴士的减排有一定的适用性．

2 实验设计

2.1 实验测试系统构建

实验采用车载测试系统（PEMS），由SEMTECH-DS车载排放分析仪和ELPI气溶胶粒子测试仪组成．图1为该实验的试验原理图：待测车辆从排气管排出的全部尾气，通过连接管道，被送入EFM（废气流量计）进行废气总流量、排气温度的测量；EFM 在气体中取样，并传递到SEMTECH-DS，分析一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、颗粒物的瞬时排放．取样的气体进行稀释后，ELPI对气溶胶粒子的浓度与分布进行分析．同时，车辆上安装有GPS可以测得车辆行驶速度、温度传感器可以测得环境空气温湿度，这些信号就会传递给SEMTECH-DS．与SEMTECH-DS和ELPI同时连接的电脑可以对系统进行控制（即调零、标定、监控）和数据采集等．

图1 公交巴士车载测试系统组成

2.2 实验测试车辆的选择

实验选择2部使用5年或40万公里以上，没经过大修，且动力性经济性下降比较明显，排放冒黑烟的公交巴士．选取车辆的参数见如表1．

表1 测试巴士参数

2.3 发动机大修方法

根据GB/T3799.2-2005的技术要求，结合企业实际的维修经验，本研究对2部柴油巴士发动机进行的大修项目包括：

2.3.1 曲柄连杆机构修理

气缸组件的修理：更换湿式缸套；更换活塞、活塞销、活塞环、连杆、连杆瓦组件；检测曲轴，视情修理或更换，更换主轴瓦．

2.3.2 配气机构修理

更换凸轮轴、凸轮轴瓦、挺杯、进气阀、排气阀、气门油封、气门座圈、气缸垫；检修挺杆、摇臂、气门弹簧、缸盖．

2.3.3 燃油供给系统修理

喷油器总成：视情检修校验，更换总成或更换喷油器偶件；

高压泵：视情修理，更换修理包；更换燃油粗滤器、燃油细滤器．

2.3.4 进排气系统

蜗轮增压器，视情修理或更换；更换进排气支管垫；中冷箱，视情修理．

2.4 测试道路选择

研究选择北环大道及彩田路出梅林关的一段坡路作为测试路段，测试时速包括匀速时速10 km/h、30 km/h；选择南光高速，测试匀速70 km/h的工况．

参考车辆的核定载重量，本研究测试车辆配重4000 kg．

3 测试数据分析

3.1 大修前后的CO平均排放因子

在发动机大修前后，测试柴油巴士在北环大道、彩田路上坡段和南光高速的CO排放明显改善，除了一辆测试车辆在上坡路段CO反常升高外，其他路段都有大幅度降低，改善程度在28.6%-88.7%之间．

测试车辆粤B E5570在北环大道时速10 km/h区域，发动机大修后 CO平均排放因子下降了28.6%；在北环大道时速30 km/h区域，发动机大修后CO平均排放因子下降了58.4%；在彩田路上坡段，发动机大修后CO平均排放因子下降了83.5%；在南光时速70 km/h区域，发动机大修后CO平均排放因子下降了62.6%，如表2和图2．

表2 E5570发动机大修前后CO平均排放因子对比（单位：g/km）

图2 E5570大修前后CO平均排放因子对比

测试车辆粤B C7962在北环大道时速10 km/h区域，发动机大修后CO平均排放因子下降了64.4%；在北环大道时速30 km/h区域，发动机大修后CO平均排放因子下降了 88.7%；在彩田路上坡段，发动机大修后CO平均排放因子上升了69.0%；在南光时速70 km/h区域，发动机大修后CO平均排放因子下降了50.3%，如表3和图3．

表3 C7962发动机大修前后CO平均排放因子对比（单位：g/km）

图3 C7962大修前后CO平均排放因子对比

3.2 大修前后的NOX平均排放因子

在发动机大修前后，测试柴油巴士在北环大道、彩田路上坡段和南光高速的 NOX排放也有一定程度改善，但是改善幅度相对较小．

测试车辆粤B E5570在北环大道时速10 km/h区域，发动机大修后 NOX平均排放因子下降了29.8%；在北环大道时速30 km/h区域，发动机大修后NOX平均排放因子下降了 1.2%；在彩田路上坡段，发动机大修后NOX平均排放因子下降了3.4%；在南光时速70 km/h区域，发动机大修后NOX平均排放因子下降了10.5%，如表4和图4．

表4 E5570发动机大修前后NOX平均排放因子对比（单位：g/km）

图4 E5570大修前后NOX平均排放因子对比

测试车辆粤B C7962在北环大道时速10 km/h区域，发动机大修后NOX平均排放因子下降了13.5%；在北环大道时速30 km/h区域，发动机大修后NOX平均排放因子下降了 4.2%；在彩田路上坡段，发动机大修后 NOX平均排放因子下降了 28.3%；在南光时速70 km/h区域，发动机大修后NOX平均排放因子下降了17.3%，如表5和图5．

表5 C7962发动机大修前后NOX平均排放因子对比（单位：g/km）

图5 C7962大修前后NOX平均排放因子对比

3.3 大修前后的HC平均排放因子

在发动机大修前后，测试柴油巴士在北环大道、彩田路上坡段的HC排放也有明显改善，改善程度在15%-36.4%之间．在南光高速的HC排放较低，没有明显改善．

对比平均排放因子可知，测试车辆粤 B E5570在北环大道时速10 km/h区域，发动机大修后HC平均排放因子下降了30.8%；在北环大道时速30 km/h区域，发动机大修后 HC平均排放因子下降了15%；在彩田路上坡段，发动机大修后HC平均排放因子下降了29.4%；在南光高速上，发动机大修前后的HC平均排放因子数值较低，如表6和图6．

表6 E5570发动机大修前后HC平均排放因子对比（单位：g/km）

图6 E5570大修前后HC平均排放因子对比

测试车辆粤B C7962在北环大道时速10 km/h区域，发动机大修后 HC平均排放因子下降了36.4%；在北环大道时速30 km/h区域，发动机大修后HC平均排放因子下降了18.2%；在彩田路上坡段，发动机大修后 HC平均排放因子下降了33.3%；在南光高速上，发动机大修前后的HC平均排放因子数值较低，如表7和图7．

表7 C7962发动机大修前后HC平均排放因子对比（单位：g/km）

图7 C7962大修前后HC平均排放因子对比

3.4 大修前后的PM平均排放因子

在发动机大修前后，测试柴油巴士在北环大道、彩田路上坡段和南光高速上的PM排放改善非常明显，改善程度最高值甚至高达91.4%．

测试车辆粤B E5570在北环大道时速10 km/h区域，发动机大修后 PM 平均排放因子下降了40.0%；在北环大道时速30 km/h区域，发动机大修后PM平均排放因子下降了78.6%；在彩田路上坡段，发动机大修后 PM 平均排放因子下降了83.3%；在南光时速70 km/h区域，发动机大修后PM平均排放因子下降了75.0%，如表8和图8．

表8 E5570发动机大修前后PM平均排放因子对比（单位：g/km）

图8 E5570大修前后PM平均排放因子对比

测试车辆粤B C7962在北环大道时速10 km/h区域，发动机大修后PM平均排放因子无显著变化；在北环大道时速30 km/h区域，发动机大修后PM平均排放因子下降了 91.4%；在彩田路上坡段，发动机大修后PM平均排放因子下降了26.0%；在南光时速70 km/h区域，发动机大修后PM平均排放因子下降了35.3%，如表9和图9．

表9 C7962发动机大修前后PM平均排放因子对比（单位：g/km）

图9 C7962大修前后PM平均排放因子对比

4 总 结

测试车辆在发动机大修前后，柴油巴士在北环大道、彩田路上坡段和南光高速的 CO、NOX、HC、PM排放均有不同程度改善，其中，由于发动机燃烧状况的提升，CO和PM的排放水平改善最为明显．PM排放程度的改善，意味着黑烟的减少，在黑烟最容易出现的工况重载、爬坡条件下，两部测试车辆黑烟分别降低了 26%和83%．表明发动机大修对降低车辆黑烟排放有显著效果．