文件规定的性能指标 。 ( 3)试验时进气温度应为( 25 ± 6) ℃; 大气压应 为( 100 ± 2) kPa ; 喷油泵进口处燃油温度应为 ( 25 ± 5) ℃。 如在其它进气温度 、大气压和燃油温度下进 行试验 , 应在试验报告中详细注明 。 ( 4)柴油机进气阻力应控制在制 造厂规定的 最大空气消耗量时的容许值的 10 %以内 。 ( 5)柴油机排气系统的背压应控 制在制造厂 规定的标定工况时的最大容许值的 10 %以内 。 ( 6)其它试验条件应符合 TB T2745 —2002《动 力装置用柴油机认证试验》 中的规定 。 2. 2 测试仪器 ( 1)采用不分光红外线分析仪测 量一氧化碳 ( CO) 的排放浓度 。 ( 2)采用加热型氢火焰离子化分 析仪测量碳 氢化合物( HC) 的排放浓度 。 ( 3) 采 用化 学 发光 分 析仪 测 量氮 氧 化合 物 ( NOx ) 的排放浓度 。 ( 4)本次试验所用仪器的技术性 能满足标准 对仪器性能的要求 。 ① 再现性 : 满刻度的 ±1 %; ② 噪声 : 小于满刻度( 峰 —峰值) 的 1 %; ③线性: 满刻度的 ± 1 %; ④ 响应时间 : 小于 3s( 增加到满刻 度的 90 % ) ; 小于 4s( 减少到满刻度的 90 % ) ; ⑤零 点漂移 : 小于满刻度 ± 1% ( 24h) , 小于满刻度 ±2 % ( 一周) ; ⑥ 量距漂移 : 小于满刻度 ±1 %( 24h) ,小 于满刻度 ± 2% ( 一周) 。 ( 5)采用直接连续取样法采集排气气样 。 ( 6)测量柴油 机的空气消耗量 、燃油消耗 量 、 转速 、 功率以及各种温度 、 压力等所用的仪器 、 仪表
注 : ＊测试点对应的最大扭矩的百分比 。
试验程序 : ① 安装取样探头( 取样探头应安装 在增 压 器 涡 轮 出 口 1 ～ 3m 处 ) , 接通一氧化碳 ( CO) 、 碳氢化合物( HC) 和氮氧化合物( NOx) 分析仪 电源 , 连接气瓶 、 无油压缩机以及取样系统 , 并对分 析仪进行零点和量距刻度进行验 证 ; ② 起动柴油 机进行暖机运转 , 使水温 、油温和油压等运转参数 达到制造厂规定的范围 ; ③ 按 表 1 规 定的试验工 况运转柴油机 ; ④ 在完成表 1 规定的一次 3 个工况
2 机车柴油机排放污染物的测量
2. 1 试验条件 ( 1)柴油机排放测量规定在柴油 机试验台架 上进行 。 ( 2)提交试验的柴油机必须达到 制造厂技术
收修回稿日期 : 2004 -07-28 作者简介 : 王贤 ( 1962—) , 女 , 辽宁大连人 , 高级工程师 。
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内燃机车
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1 前言
每一个排放法规都包括两个部分 , 即排放限值 和测试方法 。 测试方法包括试验循环 、测试仪器 、 试验条件等要求 。 试验循环规定柴油机的运行工 况和每一工况的加权系数 , 以便计算柴油机整机的 比排放量 , 这一参数才可以与标准限值相比较 。 1997 年 , 铁道部颁布了 TB T2783 -1997《铁路 牵引用柴油机排放污染物限值及测试规则》 。 该标 准是等效采用国际铁路联盟试验研究所的专题报 告 ORE S1015P RP1《 排放对 大气的 污染 》( 1991 10) 中推荐的限值标准 , 采用了 ISO8178 1《往复式 内燃机排放测量 气体和颗粒排放物的试验台测 量》 中规定的测量方法 , 以及 ISO8178 -4《往复式内 燃机排放测量 不同用途内燃机的试验循环》 中规 定的试验循环 。 所以 , TB T2783 在测试方法和评价 方法方面与铁路行业的国际标准是一致的 。 依据 这一标准 , 我们以 一台 12V240ZJ 型柴油机为 样机 进行了排放测量和计算 。
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4 样机的比排放量与 TB T2783 -1997 规定 的限值比较
样机的比排放量及标准规定的限值列于 表 6 中。
表 6 样机的比排放量与标准规定的限值的 比较 g kWh
标准规定的限值 一氧化碳( CO) 氮氧化合物( NOx) 碳氢化合物( HC) 4 16 1. 6 样机的比排放量 1. 5 12 . 9 0. 9
2004 年
及其测量位置 和测量精度均符合 TB T2745 — 2002 《动力装置用柴油机认证试验》 中的规定 。 2. 3 试验规范 按表 1 规定的工况和顺序对柴油机进行排放 试验 , 每一工况的转速调整偏差应不大于 ±2 %, 负 荷调整偏差应不 大于 ±1 %。 每个工况至少 运转 10min 。 为稳定 测量柴油机废气排放污染物 , 柴油 机在试验测试工况应稳定运转的时间不少于 5min , 其余时间用于改变柴油机的转速和负荷以及稳定 水温 、油温等参数 。 一次排放试验应连续进行 , 若 试验过程中柴油机或试验设备发生故障 , 则试验应 终止 , 已做的排放试验无效 , 应重新进行试验 。
( 4)计算湿基排放浓度 V CO( 湿) = K w ×VCO ( ppm) V HC ( 湿) =VHC ( ppmC) V NOx ( 湿) = Kw ×VNOx ( ppm) VCO 、VHC 和 VNOx 分别为一氧化碳 、 碳氢化合物 、 氮氧化合物的实测值 。 ( 5)计算 NOx 的湿度和温度修正系数 K h =1 [ 1 -0 . 012 ×( H -10 . 7)-0 . 00275 × ( T0 298) +0 . 00285 × ( Ts -Tsb ) ] 式中 : T s 为 中冷后空气温度 , K ; T0 为 环境空气温 度,K ; T sb 为制造厂规定的中冷后空气的基准温度 , K( 注: 因为制造厂给出的中冷后空气的基准温度是 一个范围 50 ～ 60 ℃, 所以在计算时就不考虑这一项 因素) 。 ( 6)计算每一个工况各污染物排 放的质量流 量 GCO 、GHC 、GNOx GCO = 0. 966[ Ga(干) +Gf ] ×VCO ( 湿) ×10
由表 6 数据比较可知 , 该样机的排放性能满足 标准的要 求 , 一 氧化 碳 ( CO ) 比 标 准限 值 降低 了 62. 5 %; 氮 氧化合物( NOx )比 标 准 限 值 降 低 了 19. 4 %; 碳氢 化合 物( HC ) 比 标 准限 值 降低 了 43. 8 %。
1 2 3
1000 600 431
2199 296 6. 8
30 . 2 31 . 8 29 . 4
0. 23 0. 21 0. 29
462 . 5 70 . 7 12 . 6
0. 03296 0. 01810 0. 00401
0. 9270 0. 9555 0. 9806
2004 年
王贤 : 机车柴油机排放污染物的测量与计算
表 3 干 、湿基换算系数计算结果
工况序号 转速 n ( r min) 功率 Ne ( kW) 进气温度 T0 ( ℃ ) 进气湿度 干空气 消耗量 G a( 干) ( kg h) 14032 3907 3141 燃油消耗量 Gf ( kg h) 干燃空比 G f G a( 干) 空气含湿量 H [ g( 水) kg ( 干空气) ] 6. 12 6. 12 7. 39 干 、湿基 换算系数 KW
表 1 试验循环
测试点 1 2 3 柴油机转速 n ( r min) 标定转速 60 %标定转速 最低空载稳定转速 扭矩 T ＊ ( % ) 100 50 加权系数 W F 0. 25 0. 15 0. 6
排放试验后 , 应立即用零气和同一量距气来复核分 析仪 , 与 ①中的测量结果进行比较 , 若两次结果的 差别小于 2 %, 则此次排放试验 有效 , 否则视 为无 效 , 应重新进行试验 。 2. 4 试验数据记录 在每个工况的稳定运转时间内测量和记录一 氧化碳( CO) 、 碳氢化合物( HC) 、 氮氧化合物( NOx) 的排放浓度以及下列各项参数 , 一般情况下每一工 况测量 3 次 。 表 2 为整理后的原始记录 。
3 试验结果的计算
( 1)干燃空比 Gf Ga(干) 式中 : Gf 为燃油消耗量 ; Ga(干)为干空气 消耗 量。 ( 2) 空 气 含 湿量 H =622 P s ( P 0 - P s) [g ( 水)kg( 干空气) ] 式中 : P s 为进气温度下的饱和水蒸汽压 , kPa ; P 0 为大气压 , kPa ; 为进气的相对湿度 。 ( 3)由 Gf Ga(干)和 H 值计算干 、 湿基浓度换算 系数 K W K W =1 -F FH ×Gf G a( 干) 1. 608 ×H ( 1000 + 1. 608 ×H ) 式中 : F FH 为燃料特定系数 , 取 F FH =1. 920 , 计 算的结果列于表 3 。
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表 4 各污染物排放的质量流量计算结果
一氧化碳( CO) 工况 序号 1 2 3 VCO ( ppm) 202 . 6 112 . 9 103 . 5 V CO( 湿) ( ppm) 187 . 9 107 . 9 101 . 5 GCO ( g h) 2647 417 312 碳氢化合物( HC) V HC( 湿) = V HC ( ppmC) 208 . 3 129 . 7 117 . 7 GHC ( g h) 1455 249 179 Kh 1 . 0401 1 . 0357 1 . 0271 VNOx ( ppm) 979. 7 1301 . 7 345. 4 氮氧化合物( NOx) VNOx( 湿) ( ppm) 908 . 6 1244 . 0 338 . 7 GNOx ( g h) 21804 8183 1754
表 5 比排 放量计算结果
测点 1 2 3 计算 结果 功率 转速 加权 ( kW)( r min) 系数 2199 296 6. 8 1000 600 431 0. 25 0. 15 0. 6 1. 0 598 . 2 911 . 5 一氧化碳( CO) 加权功率值 比排放量 ( kW) 加权排放值 ( g h) ( g kWh) 1. 5 7730. 8 氮氧化合物( NOx) 加权排放值 ( g h) 比排放量 ( g kWh) 12 . 9 508 . 5 碳氢化合物( HC) 加权排放值 ( g h) 比排放量 ( g kWh) 0. 9