国Ⅲ柴油机ESC试验循环排放特性分析
车用柴油机WHTC与ETC瞬态测试循环排气温度及排放对比试验研究
0引言随着世界范围内环境污染问题的加剧，法规对发动机排放的要求日剧严苛，其不止表现在各排放指标限值的不断降低，同样表现在所采用的测试循环逐渐从稳态工况扩展至瞬态工况，从只关注热机工况排放扩展至冷启动和暖机工况。
发动机排放测试采用瞬态循环主要基于两方面考虑，一方面有研究表明，瞬态工况占发动机实际运行工况的50%以上[1，2]，加入瞬态循环下发动机排放的测试与控制可以有效避免台架开发与产品应用之间的脱节，另一方面进行瞬态测试循环更有利于发动机参数标定技术的开发，避免在稳态工况下进行大量不同参数组合模式的测试，极大地减少发动机标定工作量[3]。
发动机排放测试加入对冷启动和暖机工况下排放的考虑主要是因为发动机在冷启动和暖机工况下会出现发动机燃烧恶化、后处理工作效率下降等现象，其排放远高于热机状态[4]，而发动机在实际工作过程中将不可避免地出现冷启动和暖机工况，因此在排放测试中考虑冷启动和暖机工况下的排放将更能代表发动机实际工作状态下的排放特性。
我国车用发动机排放法规的制定很大程度上借鉴了欧洲车用发动机排放法规的制定，其中针对重型柴油机的瞬态排放测试循环先后采用了ETC [5]（European Transient Cycle ，欧洲瞬态循环）和WHTC [6]（World HarmoniousTransient Cycle ，世界统一瞬态测试循环）两种，而后者更是成为欧VI 及国VI 排放法规用以对发动机进行瞬态排放测试的主要循环。
本文基于不同型号的柴油机进行试验，对柴油机在WHTC 和ETC 循环下的排气温度、气态污染物（NO X 、HC 、CO ）及颗粒物（PM ）排放进行对比分析，为控制城市汽车污染物排放和柴油机节能减排研究提供技术支持和研究经验。
1试验台架及试验方法1.1试验发动机及台架本文拟分析柴油机在WHTC 和ETC 循环下的排气温度及气态污染物、颗粒物排放对比，选取两台不同型号的发动机进行对比试验，以期使对比结果拥有更普遍的适用性，试验用发动机主要参数及排放控制策略如表1所示。
工程机械用柴油机排放标准分析
工程机械用柴油机排放标准分析摘要：柴油机以其热效率高、油耗低、扭矩特性好、可靠性高、使用寿命长、运行成本低等优点,在工程机械中得到广泛使用。
作为非道路用发动机的主体,工程机械柴油机的排放污染不容忽视。
近年来，在道路机动车排放收紧控制的同时，非道路移动机械的污染日益严重，有必要进一步提高非道路移动机械的污染物排放控制水平，以减轻由于此类机械设备保有量和使用量的不断增长给环境带来的压力，早日实现环境空气质量改善目标。
关键词：工程机械；柴油机；排放标准导言柴油机是工程机械广泛使用的原动力,为了有效控制其尾气污染,发达国家对非公路发动机的排放控制制定了严格的标准。
我国在这方面起步较晚,但在北京等重点城市已经开始关注并治理工程机械排放的污染问题。
为了实现达标排放,经过近十余年来的研究与开发,大量新技术已应用于柴油发动机的排放控制,为环保型工程机械的发展奠定了可靠的技术基础;并为施工部门提供了可供选择的排放清洁、节省能源的工程机械。
1、国外排放法规现状目前全球的排放法规有日本、欧洲、美国三大体系。
这三个体系的要求和试验方法虽不相同，但对于控制的有害成分（CO、HC、ＮＯｘ、ＰＭ）是一样的。
随着社会的进步，这三大体系在非道路用设备上，通过协调已经有了统一的趋势，并且开始修改标准相互包容。
由于各国发展水平不同，执行标准时间有着较大的差别，设备制造企业必须注意这些国家和地区的要求。
设备的使用者也必须注意在选择这些设备和使用地点时是否满足这些要求？否则将会遇到麻烦。
2、我国非道路用发动机的排放标准2.1我国非道路用发动机排放普查工作和标准起草工作已启动多年，由于太多的发动机厂不能达标，使得国标无法出台，仅在1999年发布了一个行业标准JB8891-1999，这个排放标准是一个过渡标准，到2002 年达到相当于欧洲 0准备阶段水平，由于种种原因实际上基本没有执行。
可喜的是北京地区非道路用发动机排放标准DB11/2003，已于2003年颁布并执行，它为国家标准的出台做好了准备。
关于商用车柴油机排放污染物限值分析及措施探讨
车辆工程技术12车辆技术1 引言 经济社会的快速发展使得我国的汽车保有量逐渐提升，而这一方面给人们的出行和物流运输带来了极大便利，另一方面因尾气排放的问题也给环境造成了污染。
在这种一背景趋势下，国家不断严格污染物排放标准，国III排放标准车的淘汰和国VI标准的提前实施已经成为既成事实，这在运费持续走低和油价从长远来看会维系持续上涨态势的大环境下，给商用车行业造成了严重冲击和震荡。
商用车企业和相关车主只有积极认识和了解新的排放标准，接受事实并拥抱改变，才能在未来的发展道路上走地更远。
本文正是立足于这一出发点，对商用车柴油机排放的污染物进行了概述，并进一步就排放限值及相应的控制措施进行了详细探讨，希望对推动相关工作的发展进步能够有所借鉴。
2 排放污染物概述 经过科学分析，汽车排放的尾气涉及到上百种化合物，其中的主要污染物为PM、CO、CO2、HC、NOx、PM和烟雾等。
对于商用车，柴油机比汽油机更加主流，其主要需要控制的污染物是CO、HC、NOx、PM和烟雾等。
相对于汽油机，柴油机的压缩比更高，而且燃烧一般处于富氧状态下，所以CO和HC的排放较少，仅仅相当于汽油机的0.1倍；对于NOx的排放，二者则基本持平；柴油机排放的PM最高，约等于汽油机的数十倍至多，所以控制PM排放已经成为了柴油机排放污染物治理的首要任务。
对于商用车柴油机，最难控制的污染物除了上文已经介绍到的PM外，还包括NOx。
地球大气中的主要成分是N2，它虽然在常温下具有惰性且比较稳定，但在高温条件下很容易和氧气结合生成NOx。
而PM的形成则相对复杂，柴油和润滑油在不完全燃烧下都能生成PM。
这里可以用一句比较形象的话来描述二者的产生，燃烧充分则形成NOx，不充分则会形成PM。
目前随着技术的发展变革，很多商用车厂商都在大力提升柴油机的功率质量比和燃油经济性，涡轮增压器在柴油机中的应用越来越广泛。
好处是增大了柴油机运行时的进气氧含量，促使柴油燃烧过程更加充分，这当然对降低PM和燃油消耗具有积极效果，但也变相增加了NOx的排放。
用于非道路国三柴油机的排放控制策略研究
用于非道路国三柴油机的排放控制策略研究作者：刘德昌来源：《科技风》2016年第22期摘要：随着社会经济的发展，我国对生态文明建设、环境保护等相关工作日益重视。
柴油机作为我国主要内燃机类型，处在节能减排的“风口浪尖之上”，虽然我国柴油机已经由国二阶段发展到国三型，排放量控制上有了较大的进步，但是在日益严峻的环境形势下，如何实现对非道路国三柴油机的进一步排放控制依然是社会关注的重点问题。
关键词：柴油机；排放控制；污染物在节能减排的大环境下，国家不仅对汽车排放标准日益严苛，对非道路移动机械车辆的排放也提出了更高的要求。
首先，所谓非道路移动机械指的是以内燃机为动力的各种移动式机械设备，如工程机械、农业机械、叉车等，与道路车辆同属移动污染源范畴。
简单来说，非道路柴油机器械排放控制主要针对农用柴油机器械、其他功能性柴油机器械。
国二柴油机和国三柴油机最大的区别在于柴油机使用污染物的排放上，国三柴油机对污染物排放的控制标准更加严格。
其中国三标准的概念：又称国家第三阶段排放标准，与欧洲三号排放标准在排放控制程度上相同，即对柴油机排放出来的尾气进行严格监管和控制，将NOx、PM、HC等主要大气污染物的排放量控制在较低水平，这是国三柴油机排放控制的中心环节。
一、非道路国三柴油机排放控制的难点1）柴油机是以柴油为主要能源供给，这就意味着其排放控制就相对困难。
一般的汽油机都可以以混合燃料为动力供给，或者在汽油中混合乙醇作为燃料添加材料来实现排放量的降低和控制，但是柴油机不能通过上述两种途径解决。
柴油机的活塞运动机理、喷油控制机理与汽油机不同。
尾气中因柴油燃烧产生PM、CH、NOx等大气污染物，这也是国三排放标准中要严格控制的污染物，柴油机的排放控制不能做到严格意义上的无排放，只能尽可能地想办法降低排放。
2）柴油作为能源物质本身也是存在问题的，但是又不可避免地将其作为主要能源物质之一，非道路柴油机大多作业环境比较恶劣，机械需要具备较强的推动力、扭矩，提供更强、更充足持久的机械动力，而这些机械动力是无法通过汽油机达成的条件，因此必须要使用柴油作为主要能量供给材料。
柴油机国三升级国四状态的措施及注意事项
地区标配对进回液管路带电加热功能；
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工作原理
另外计量喷射泵的工作环境温度：-40～80℃，一般在容易产生结冰的地
方都带有加热装置内置，通过控制器对加热继电器的控制来保证尿素温度
处于结冰点之上。
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SCR 系统使用说明
柴油机尾气排放主要是控制颗粒物质PM
和NOx生成，降低PM和NOx的直接排放
柴油机尾气排放物的生成机理。迄今为止人们已经对
NOx的生成机理进行了大量的研究，但尚未达成共识。
比较容易接受的是策尔多维奇机理。该机理认为：柴油
机排放中的NOx并非来自燃油的燃烧，而是来自氮气与
氧气的反应。
它是在氧气过剩的情况下由于燃烧室的持续高温而形成的
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工作原理
了保证系统在低温时的正常使用，系统配置有解冻功能，解冻的
热源来源于发动机的冷却液。当发动机启动后电控单元通过尿素罐
温度传感器感应到尿素温度较低时，DCU将打开加热水电磁阀，发
动机冷却液将顺着管道流向尿素罐，使尿素罐中的冰融化。
2、DCU根据液位温度及环境温度传感器判断需要加热时，会通过
完全造成的，喷油雾化不好、低氧状态、燃
烧温度低等都是造成PM的主要原因。
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从以上我们看出，如果单纯的在发动机本体
上把NOx和PM都降到很低是不可能的，由此
对发动机进行尾气处理成了解决这对矛盾的
必要措施。
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国三国四排放要求限制标准
重型发动机氨排放特性的台架试验研究
重型发动机氨排放特性的台架试验研究张凡;李昂;于津涛【摘要】在发动机台架上进行了ESC、ETC和WHTC循环的排放测试,使用可调谐激光二极管气体分析仪测量了10台重型发动机催化器后的氨排放水平.研究结果表明,以理论空燃比燃烧的气体机在WHTC循环三效催化器达到起燃温度后有氨排放产生,市郊工况中的高速加浓工况有助于氨排放的产生.对于使用SCR技术的柴油机,其氨排放与NOx排放是互逆的,柴油机的氨排放水平远低于NOx排放.柴油机在冷态WHTC循环的氨排放低于热态,氨排放峰值出现在市郊工况.【期刊名称】《车用发动机》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】6页(P47-52)【关键词】重型发动机;氨排放;台架试验;排放测量【作者】张凡;李昂;于津涛【作者单位】中国汽车技术研究中心有限公司,天津 300300;中国汽车技术研究中心有限公司,天津 300300;中国汽车技术研究中心有限公司,天津 300300【正文语种】中文【中图分类】TK411.5氨(NH3)作为大气氮循环的关键成分之一，可以与大气中的NOx和SO2等酸性成分发生氧化反应生成NO3-和SO4+，进而通过中和反应形成硝酸铵、硫酸铵等二次颗粒物[1]。
这些物质均是大气中PM2.5的重要组成部分，是导致我国京津冀等地区严重雾霾的重要原因之一。
因此，NH3也是大气中二次颗粒物的重要前驱物，对灰霾污染的形成有重要作用[2]。
大气中的氨排放主要来源于人为和天然两种途径，人为源可以分为农业源和非农业源，而机动车的氨排放属于非农业源。
一般来说，农业源是大气中NH3的最主要排放源，但是近期的研究表明，机动车尾气中的氨排放已经成为高度城市化区域中一个不能忽视的污染物[3]。
2000年Chitjia等研究发现，在美国加利福尼亚州南海岸地区由机动车排放的NH3大约占该地区总氨排放量的18%[4]。
美国环保署2007年研究报告表明，2006年美国大约有8%的NH3来源于机动车尾气排放，机动车产生的氨排放不容忽视[5]。
车用国六柴油机氧化亚氮（N2O）排放特性研究
HT250 型电力测功系统、FQ3100DP 型油耗仪、INCA 电
的 NOx 发生副反应生成 N2O
I60 FT SII 型傅里叶变换红外分析仪等设备组成，对发
反应生成的 HC 会在 DOC 贵金属催化剂表面与排气中
［4］
；相比于铁沸石和矾基
SCR 催化剂，铜沸石催化剂更易于生成 N2O［5］；在 SCR
渐缩小，由于 SCR 入口排气温度达到 190℃，尿素喷射
系统开始工作，较低温度下 NH4NO3 受热分解生成 N2O，
且生成速率随着温度升高逐渐加快。1 000 s 以后，随着
SCR 入口排温差距缩小，冷热态 WHTC 的 N2O 排放趋
于一致 ；循环 1 300 s 以后，由于 SCR 入口温度过高，
气空调、中冷水恒温控制系统、冷却水温控制系统来控
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2023 年第 11 期
总第 318 期
制发动机各项边界条件，发动机台架试验系统示意图
见图 1。
值，其中最大峰值为 265×10-6。循环 0~210 s，排气中
N2O 体积分数先上升后下降，SCR 入口温度在 260 ℃左
右，据此推测 N2O 主要来源为 SCR 催化剂表面 NH4NO3
（19）：4665-4681
［4］Kamasamudram K，Henry C，Currier N，et al N2O formation and miti⁃
图 6 热态 WHTC 后处理前后 N2O 排放
gation in diesel aftertreatment systems［C］SAE Paper 2012-01-1085
测试试验
车用国六柴油机氧化亚氮（N2O）排放特性研究
欧III排放标准体系综述
2021/4/9
10
ETC试验循环
以第17工况为例：
％转速＝23.1
％扭矩＝21.5
假定发动机基准转速＝2000r/min；怠速＝700r/min
则有:实际转速＝（23.1*（2000－700））/100+700
＝1000r/min
2021/4/9
7
ESC排放认证试验
●取样方式 气态排放污染物：可以采用“直采”或“稀释采”取 样系统，但全流稀释取样系统是基准测量系统。 颗粒排放：可以使用“部分流稀释取样系统”或“全 流稀释取样系统”。
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8
ETC试验循环
●试验循环简介
ETC试验循环包括1800个工况，更多的考虑并模拟
转速B＝ nlo＋50％（ nhi－ nlo ）；
转速C＝ nlo＋75％（ nhi－ nlo ）；
202参1/4/9见下页的图示。
3
ESC排放认证试验
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4
ESC排放认证试验
●“控制区域”内NOx检查试验
“控制区域”指转速A至转速C之间，以及负荷百分数 25％至100％的区间，如上页图所示。
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6
ESC排放认证试验
●结果判定 首先，气体污染物和颗粒污染物排放必须满足法规限
值；其次 “控制区域”内NOx检查满足要求。即：
将包含控制点的四个相邻试验工况（13工况中的4个 工况）的排放结果对应于控制点进行内差值计算得到 一个计算结果，控制点实测排放结果与此差值计算结 果相比，不得超出10％。
2021/4/9
13
ELR试验循环