加载减速工况法广东地方标准分析
吴明
【摘 要】为了提高在用柴油车加载减速工况法废气排放检测的准确性和操作性,从车辆最大轮边功率时滚筒线速度VelMaxHP的确定、转速误差限值、发动机转速测量、滚筒技术要求、标定要求及光吸收系数温度修正等方面对广东省地方标准DB44/593-2009<在用压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法>的缺陷进行了分析,提出了完善建议和方法.
【期刊名称】《公路与汽运》
【年(卷),期】2010(000)001
【总页数】4页(P15-18)
【关键词】汽车;柴油车;加载减速法;废气排放;转速限值;精度检验;检测标准
【作 者】吴明
【作者单位】中山市道路运输车辆综合性能小榄检测站,广东,中山,528415
【正文语种】中 文
【中图分类】U467.2
广东珠三角地区采用加载减速法对在用柴油车进行废气排放检测。广东省地方标准DB44/593-2009《在用压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》(以下简称广东标准)已于2009年6月1日实施,然而检测实践中发现该标准的准确性和操作性不好,很难满足检测实践的要求。为了提高在用柴油车加载减速工况法废气排放检测的准确性和操作性,有必要对该标准进行完善。
1 准确定义和确定车辆实际VelMaxHP
广东标准第A4.2.5款规定:“在油门踏板处于全开状态,待发动机转速稳定后,检测员按下相应的测量开始键,控制程序将此时的发动机转速设定为最大发动机转速(MaxRPM),并根据输入的发动机额定转速,计算最大轮边功率下的滚筒线速度(VelMaxHP):VelMaxHP=当前滚筒线速度×发动机额定转速/MaxRPM。”很明显,这样计算的VelMaxHP是说明书中发动机额定转速在规定挡位的车速,即发动机额定功率相对应的车速。而车辆实际的VelMaxHP是发动机
实际额定转速(或实际额定功率)相对应的车速。发动机额定转速ne等于2倍调速器高速将要起作用转速n1,n1是一个变化和可以调整的参数,而且n1的变化将直接影响发动机功率和废气排放量值,所以控制发动机实际n1(或车辆实际VelMaxHP)在一定误差范围内是保证废气排放检测准确性的基本条件之一。
对于在用柴油车,由于各种原因,发动机实际额定功率相对应车速并不等于最大轮边功率时的滚筒线速度,有时两者相差很大。因此,广东标准第3.9款“最大轮边功率时滚筒线速度(VelMaxHP),指在进行本标准规定的功率扫描实验中,测量得到的实际最大轮边功率点的滚筒线速度”是错误的,会造成以下不良结果:用最大轮边功率VelMaxHP对应的发动机转速与说明书中发动机额定转速进行误差计算,造成大量错检错判。为避免大量的错检错判,人们会想方设法把发动机转速限值范围增大,从而造成更严重的后果,导致失去加速减速法的基本原则。错误的车速定义,导致错误的功率扫描实验方法,从曲线上分析,实际额定功率点是力曲线或功率曲线的快速下降拐点,当发动机转速超过该点转速后,调速器高速开始起作用,以较大的速率减少供油量,可以采用许多方法快速准确寻如此有特征的拐点,广东标准中规定的功率扫描方法是准确性和操作性最差的一种,而且严重阻碍了检测方法的技术进步和发展。
建议将VelMaxHP定义为车辆发动机实际额定功率转速的滚筒相应线速度。这样定义后,只需规定所寻到的车辆实际VelMax HP在-2%～4%误差范围内,并规定检验方法,即可进行准确检测,可为转速误差限值±10%提供检测准确性保障,也为准确寻车速点先进实验方法提供可能。
检验方法很简单,用大、中、小三种柴油车,既有分配泵,也有柱塞泵,每台车辆分别自动寻3次,每次相对平均值的误差在±1.5%内,这是准确性的必要条件;然后在平均车速点左右4 km/h范围内以0.5 km/h车速区间稳态恒速功率扫描检测,车轮驱动力(或轮边功率)开始出现较大下降速率的车速点即为车辆实际VelMaxHP,计算平均车速点相对实际VelMaxHP的误差,应分别在变速箱直接挡和次直接挡两个挡位进行。如要更准确地试验或有质疑时,可以接上发动机转速计试验,必要时可以拆下高压喷油泵,在油泵试验台上寻到调速器高速将要起作用转速,进行转速误差判断。
2 转速误差±25%限值的不合理
广东标准第4.1.2款要求“实测发动机最大功率转速不得超过制造厂规定的额定转速的±25%”,而按强制性国家标准GB3847-2005《车用压燃式发动机和压燃式汽车排气烟度排放
限值及测量方法》第J.4.5.5款“将VelMax HP与发动机制造厂规定的发动机标定转速进行比较,如果VelMaxHP超过标定转速±10%,则认为车辆检测不合格”,对如此重要的限值要求,地方标准要求远远低于国家强制性标准要求,这是不允许的。
在检测实践中,自由加速法无法控制柴油机的技术参数正常,可以通过各种弄虚作假的方式使废气排放检测合格:一是调整高压喷油泵的供油量;二是调整高压喷油泵调速器高速起作用转速;三是对油门踏板进行限位,在部分油门工况对柴油机进行检测,即在不正常的条件下进行废气检测,所测结果实际上是无效的。用加载减速法代替自由加速法,对发动机性能不仅有功率限值,同时还有发动机额定转速限值,两者缺一不可,保证发动机参数正常是加载减速法的基本条件,失去了发动机功率限值和额定转速限值中任何一个的有效控制,加载减速法将失去意义。
柴油机的出厂性能要求是额定功率误差为±5%,额定转速误差为±5%,在用柴油机适当放宽至额定转速误差为±10%,这是合理的。而广东标准规定的额定转速误差为±25%无法保证发动机性能的正常要求,是错误的。例如一台发动机额定功率和转速正常的柴油车排气烟度检测不合格,在综合考虑油量变化和转速变化对排气烟度不同的影响程度后,如果把柴油车高压喷
油泵的额定供油量调低、调速器额定转速调高,此时驱动力矩减少,转速增高,额定功率基本不变,可使排气烟度检测值减小。如果额定转速误差为±10%,上述弄虚作假的现象是可控的,而额定转速误差为±25%则会导致失控。GB3847-2005的功率限值、额定转速限值、排放限值是完整的统一体,是加载减速法的灵魂,限值也基本合理,地方标准和行业标准只能等于或严于国家标准要求。
发动机额定功率对于液力传动柴油车,如没有机械闭锁装置,由于液力传动效率或匹配等性能影响,在无法准确寻发动机额定功率车速点的条件下,应取消发动机额定转速和功率的限值评价,或者采用自由加速法检测,不能因为极少数这类车辆而大大放宽额定转速限值范围。
3 改善发动机转速测量的操作性
采用加载减速法检测时,每台车辆需安装发动机转速传感器,操作麻烦、费时。可以采用车型标定的方法,确定每种车型规定变速箱挡位时发动机转速与滚筒线速度之比K,车辆挂上规定挡位后,油门踏板处于全开状态,电涡流机不加载,记录车辆在底盘测功机上的稳定最大车速Vm;再以0.9Vm作为恒速稳态检测车速点,在该车速点最大油门稳态测功率,同时记录平均发动机转速ni和滚筒平均车速Vi,可得该车型规定挡位K=ni/Vi;将K输入计算机,则该车型任一车
辆在规定挡位所检车速均可换算成对应的发动机转速。在负荷工况下标定,消除了车轮与滚筒的滑移和变形影响,提高了K值的准确性,并且把每台车辆安装转速传感器检测转变为只需对每种车型进行一次标定,大大提高了在用柴油车检测的操作性。如果进行标定资源共享,更能提高K值标定的准确性和操作性,也有利于K值的标准化。当转速不合格或有质疑时,再接上转速传感器复检。
4 底盘测功机检测能力的规范
广东标准第A.3.2.1款(或第A.3.2.2款)规定:“用来进行轻型车(或重型车)排放试验的底盘测功机,在测量车速大于或等于70 km/h时,能够连续稳定吸收56 kW(或120 kW)的功率5 min以上。在时间间隔不大于3 min的情况下,能够连续进行10次以上对56 kW(或120 kW)的功率吸收。”底盘测功机的检测能力主要采用规定车速点电涡流机热态时的最大滚筒表面加载力来规范,70 km/h时56 kW 加载力是56×3 600/70=2 880 N,80 km/h时56 kW 加载力是56×3 600/80=2 520 N,显然,“大于”两字应去除才明确。这种台架检测能力的检验方法操作性很差,可以创新简单、快捷的检验方法。
5 对滚筒技术要求的不合理
广东标准第A.3.2.6款规定:“前后滚筒的耦合可以采用机械或电力方式,速比1∶1,同步精度为±0.3 km/h。”根据相关试验,同一台车辆在同一台底盘测功机上分别结合和脱开主、副滚筒的同步齿形带后进行动力性检测,结果显示,脱开同步齿形带时的底盘输出功率值比结合时的底盘输出功率值大;在测功率的同时,分别测量主、副滚筒的表面线速度,结果显示,脱开同步齿形带时副滚筒的线速度明显大于主滚筒的线速度。其主要原因是:在动力性加载检测中,主滚筒制动力使主滚筒对车轮产生较大的支反力,而副滚筒对车轮的支反力相对较小,使同一车轮在主、副滚筒上的接触变形不同,车轮在主滚筒上的接触变形大(动力半径较小),而在副滚筒上的接触变形小(动力半径较大)。前后滚筒速比1∶1耦合,车轮与副滚筒表面滑移产生运动干涉和寄生功率,其大小与检测驱动力成正比、与轮胎气压成反比。
在用汽油车ASM工况法和简易瞬态工况法检测中,车速不高,检测驱动力也不大,前后滚筒耦合所造成的寄生功率影响可以允许。但在柴油机加载减速法中,车速和驱动力都较大,这种寄生功率对检测和设备的影响应尽量避免。建议底盘测功机配备主、副滚筒1∶1的同步传动装置,在完成底盘测功机的标定后,可拆下同步齿形带(无需安装同步齿形带进行加载减速检测),拆装也很方便,只需拆下一个端盖即可。
按广东标准第A.3.2.6.2款,滚筒中心距A=,其中:D为底盘测功机直径(mm),620为计算车轮直径(mm)。把轻型车检测用底盘测功机的中心距应用在重型车检测台架上不妥。假设重型车用底盘测功机的滚筒直径为320 mm,A=491 mm,重型车直径1 000 mm的车轮在滚筒上的安置角α=arcsin(491/1 320)=21.8°,按照车辆在底盘测功机上检测的受力分析所得公式F1≤Gsinα(F1为当车轮离开副滚筒时主滚筒对驱动轮的切向阻力;G为后轴重力)计算,F1≤0.371G,安置角偏小。通常重型车直径1 000 mm车轮的安置角应为23°～25°,而且中心距A的公差都为正值较合适。当然,如果按广东标准要求做好安全限位,车辆不会冲出检验台,但如果没有主、副滚筒1∶1的同步传动,一旦车轮瞬间脱离副滚筒后重新落到副滚筒上,由于车轮表面线速度与滚筒表面线速度不同,车轮会产生剧烈振动而使检测失败。