重型柴油巴士發動機大修對排放影響的試驗研究

萬 霞

（深圳職業技術學院 汽車與交通學院，廣東 深圳 518055）

1 前 言

柴油機具有效率高、油耗低、動力性好的特點，但是，柴油機的排放比汽油機問題突出，尤其NOX和PM的排放[1,2]．

為了降低柴油車的排放，一方面通過優化設計改善缸內燃燒，控制排放，另外，采用不同技術路線的缸外排氣后處理技術，如采用DPF降低PM，采用SCR降低NOX等．實踐表明，加裝DPF短時間內效果明顯，顆粒物減排量可達90%以上[3,4]，但采取該技術也有一定的弊端，比如：產品選擇使用不當時，不僅會影響改善效果，而且產品可能也會出現堵塞、燒毀等問題，同時，在用車的改造費用較高．

本研究針對在用老舊柴油巴士，采取發動機大修的方法，滿足降低排放的同時可降低資源消耗[5]，對老舊柴油巴士的減排有一定的適用性．

2 實驗設計

2.1 實驗測試系統構建

實驗采用車載測試系統（PEMS），由SEMTECH-DS車載排放分析儀和ELPI氣溶膠粒子測試儀組成．圖1為該實驗的試驗原理圖：待測車輛從排氣管排出的全部尾氣，通過連接管道，被送入EFM（廢氣流量計）進行廢氣總流量、排氣溫度的測量；EFM 在氣體中取樣，并傳遞到SEMTECH-DS，分析一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、顆粒物的瞬時排放．取樣的氣體進行稀釋后，ELPI對氣溶膠粒子的濃度與分布進行分析．同時，車輛上安裝有GPS可以測得車輛行駛速度、溫度傳感器可以測得環境空氣溫濕度，這些信號就會傳遞給SEMTECH-DS．與SEMTECH-DS和ELPI同時連接的電腦可以對系統進行控制（即調零、標定、監控）和數據采集等．

圖1 公交巴士車載測試系統組成

2.2 實驗測試車輛的選擇

實驗選擇2部使用5年或40萬公里以上，沒經過大修，且動力性經濟性下降比較明顯，排放冒黑煙的公交巴士．選取車輛的參數見如表1．

表1 測試巴士參數

2.3 發動機大修方法

根據GB/T3799.2-2005的技術要求，結合企業實際的維修經驗，本研究對2部柴油巴士發動機進行的大修項目包括：

2.3.1 曲柄連桿機構修理

氣缸組件的修理：更換濕式缸套；更換活塞、活塞銷、活塞環、連桿、連桿瓦組件；檢測曲軸，視情修理或更換，更換主軸瓦．

2.3.2 配氣機構修理

更換凸輪軸、凸輪軸瓦、挺杯、進氣閥、排氣閥、氣門油封、氣門座圈、氣缸墊；檢修挺桿、搖臂、氣門彈簧、缸蓋．

2.3.3 燃油供給系統修理

噴油器總成：視情檢修校驗，更換總成或更換噴油器偶件；

高壓泵：視情修理，更換修理包；更換燃油粗濾器、燃油細濾器．

2.3.4 進排氣系統

蝸輪增壓器，視情修理或更換；更換進排氣支管墊；中冷箱，視情修理．

2.4 測試道路選擇

研究選擇北環大道及彩田路出梅林關的一段坡路作為測試路段，測試時速包括勻速時速10 km/h、30 km/h；選擇南光高速，測試勻速70 km/h的工況．

參考車輛的核定載重量，本研究測試車輛配重4000 kg．

3 測試數據分析

3.1 大修前后的CO平均排放因子

在發動機大修前后，測試柴油巴士在北環大道、彩田路上坡段和南光高速的CO排放明顯改善，除了一輛測試車輛在上坡路段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%之間．

測試車輛粵B E5570在北環大道時速10 km/h區域，發動機大修后 CO平均排放因子下降了28.6%；在北環大道時速30 km/h區域，發動機大修后CO平均排放因子下降了58.4%；在彩田路上坡段，發動機大修后CO平均排放因子下降了83.5%；在南光時速70 km/h區域，發動機大修后CO平均排放因子下降了62.6%，如表2和圖2．

表2 E5570發動機大修前后CO平均排放因子對比（單位：g/km）

圖2 E5570大修前后CO平均排放因子對比

測試車輛粵B C7962在北環大道時速10 km/h區域，發動機大修后CO平均排放因子下降了64.4%；在北環大道時速30 km/h區域，發動機大修后CO平均排放因子下降了 88.7%；在彩田路上坡段，發動機大修后CO平均排放因子上升了69.0%；在南光時速70 km/h區域，發動機大修后CO平均排放因子下降了50.3%，如表3和圖3．

表3 C7962發動機大修前后CO平均排放因子對比（單位：g/km）

圖3 C7962大修前后CO平均排放因子對比

3.2 大修前后的NOX平均排放因子

在發動機大修前后，測試柴油巴士在北環大道、彩田路上坡段和南光高速的 NOX排放也有一定程度改善，但是改善幅度相對較小．

測試車輛粵B E5570在北環大道時速10 km/h區域，發動機大修后 NOX平均排放因子下降了29.8%；在北環大道時速30 km/h區域，發動機大修后NOX平均排放因子下降了 1.2%；在彩田路上坡段，發動機大修后NOX平均排放因子下降了3.4%；在南光時速70 km/h區域，發動機大修后NOX平均排放因子下降了10.5%，如表4和圖4．

表4 E5570發動機大修前后NOX平均排放因子對比（單位：g/km）

圖4 E5570大修前后NOX平均排放因子對比

測試車輛粵B C7962在北環大道時速10 km/h區域，發動機大修后NOX平均排放因子下降了13.5%；在北環大道時速30 km/h區域，發動機大修后NOX平均排放因子下降了 4.2%；在彩田路上坡段，發動機大修后 NOX平均排放因子下降了 28.3%；在南光時速70 km/h區域，發動機大修后NOX平均排放因子下降了17.3%，如表5和圖5．

表5 C7962發動機大修前后NOX平均排放因子對比（單位：g/km）

圖5 C7962大修前后NOX平均排放因子對比

3.3 大修前后的HC平均排放因子

在發動機大修前后，測試柴油巴士在北環大道、彩田路上坡段的HC排放也有明顯改善，改善程度在15%-36.4%之間．在南光高速的HC排放較低，沒有明顯改善．

對比平均排放因子可知，測試車輛粵 B E5570在北環大道時速10 km/h區域，發動機大修后HC平均排放因子下降了30.8%；在北環大道時速30 km/h區域，發動機大修后 HC平均排放因子下降了15%；在彩田路上坡段，發動機大修后HC平均排放因子下降了29.4%；在南光高速上，發動機大修前后的HC平均排放因子數值較低，如表6和圖6．

表6 E5570發動機大修前后HC平均排放因子對比（單位：g/km）

圖6 E5570大修前后HC平均排放因子對比

測試車輛粵B C7962在北環大道時速10 km/h區域，發動機大修后 HC平均排放因子下降了36.4%；在北環大道時速30 km/h區域，發動機大修后HC平均排放因子下降了18.2%；在彩田路上坡段，發動機大修后 HC平均排放因子下降了33.3%；在南光高速上，發動機大修前后的HC平均排放因子數值較低，如表7和圖7．

表7 C7962發動機大修前后HC平均排放因子對比（單位：g/km）

圖7 C7962大修前后HC平均排放因子對比

3.4 大修前后的PM平均排放因子

在發動機大修前后，測試柴油巴士在北環大道、彩田路上坡段和南光高速上的PM排放改善非常明顯，改善程度最高值甚至高達91.4%．

測試車輛粵B E5570在北環大道時速10 km/h區域，發動機大修后 PM 平均排放因子下降了40.0%；在北環大道時速30 km/h區域，發動機大修后PM平均排放因子下降了78.6%；在彩田路上坡段，發動機大修后 PM 平均排放因子下降了83.3%；在南光時速70 km/h區域，發動機大修后PM平均排放因子下降了75.0%，如表8和圖8．

表8 E5570發動機大修前后PM平均排放因子對比（單位：g/km）

圖8 E5570大修前后PM平均排放因子對比

測試車輛粵B C7962在北環大道時速10 km/h區域，發動機大修后PM平均排放因子無顯著變化；在北環大道時速30 km/h區域，發動機大修后PM平均排放因子下降了 91.4%；在彩田路上坡段，發動機大修后PM平均排放因子下降了26.0%；在南光時速70 km/h區域，發動機大修后PM平均排放因子下降了35.3%，如表9和圖9．

表9 C7962發動機大修前后PM平均排放因子對比（單位：g/km）

圖9 C7962大修前后PM平均排放因子對比

4 總 結

測試車輛在發動機大修前后，柴油巴士在北環大道、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，由于發動機燃燒狀況的提升，CO和PM的排放水平改善最為明顯．PM排放程度的改善，意味著黑煙的減少，在黑煙最容易出現的工況重載、爬坡條件下，兩部測試車輛黑煙分別降低了 26%和83%．表明發動機大修對降低車輛黑煙排放有顯著效果．