康明斯动力（深圳）有限公司

摘要：柴油发电机是依靠空气和燃油的燃烧形成热能转化为机械能的，这就不可避免地产生了排放物。柴油发电机废气中有害排放包括氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、微粒（PM）。柴油发电机废气分析是研究柴油发电机燃烧过程的一个重要手段，也是研究和防治发动机废气造成的环境污染所必不可少的重要内容。

针对柴油发电机废气中的有害排放，世界各国各地区制定了相应的排放控制法规。因此，了解柴油发电机有害排放的产生机理，熟悉各气态排放物的测试原理及注意事项，如何依照法规完成对柴油发电机废气排放的测试，并对柴油发电机排放水平作出合理的评价是该实验的主要目的。

一、实验要求

根据GB17691－2001《车用压燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法》和《MARPOL73/78防污染公约》附则VI“防止船舶造成空气污染规则”要求完成柴油发电机气体排放的测试。本实验通过测量柴油发电机废气排放和有关性能参数，使学生了解柴油发电机有害气体的产生机理及测试原理。要求学生完成柴油发电机台架的实验测试并提交记录报告和计算分析结果。

实验所用设备与仪器：

柴油发电机、测功器及其控制装置、油耗测量仪、排放分析仪、转速传感器、空气流量计和各温度压力传感器。

二、实验步骤

1、实验前排放测试仪至少预热2小时，并完成仪器的标定和漏泄检查；

2、确定柴油发电机排气管上废气取样点位置并安装采样管；

3、盘车检查柴油发电机各部件与系统是否正常，然后启动，空车运转五分钟，调节控制装置，变化柴油发电机转速和负荷，预热发动机，使柴油发电机水温、油温等参数趋于正常；

4、调整柴油发电机转速和负荷到测试工况点，待柴油发电机运转稳定，进行柴油发电机废气排放的测试，同时记录柴油发电机转速、扭矩（或功率）、排气温度、空气消耗量、燃油流量、进气压力和温度、环境条件（大气压力、大气温度和相对湿度）、实验日期、存储文件名等；

5、测量完毕后，调整柴油发电机转速和负荷，令柴油发电机空负荷运转数分钟后停车；

6、取下采样管，通入清洁空气清洗测试仪器至少15分钟；

7、清理实验台以便下次实验。

三、实验数据的整理及分析

1、依照GB17691－2001气体排放计算公式计算柴油发电机气体排放的比排放值。

附1：气体排放物的计算方法

（1）GB14761－2001的规定压燃式发动机排放计算公式如下：

● 第一步：确定排气总量：

对于压燃式发动机来说：

G_EXH=G_AIR+G_FUEL

式中：G_AIR—进气质量流量（干空气）（kg/h）；

G_FUEL—燃油质量流量（kg/h）。

● 第二步：按照下述关系式，将测量的干基排气浓度换算成湿基浓度，后者代表了排气中的实际状况：

● 第三步：氮氧化物（NOX）的浓度应按照下述公式进行湿度校正：

式中：T—进气温度（K）；

G_AIR/G_FUEL—燃空比（基于干空气）；

H—进气湿度，克水每千克干空气；

Ra—环境空气相对湿度（%）；

Pd—环境温度下的饱和水蒸气压（kPa）；

PB—大气压（kPa）。

● 第四步：对压燃式发动机每个工况的污染物质量流量按下述公式计算：

● 第五步：计算柴油发电机排放物比排放量：

2、《MARPOL73/78防污染公约》附则VI“防止船舶造成空气污染规则”中对于船舶柴油发电机气体排放计算如下：

（1）用碳平衡法计算柴油发电机废气质量流量

碳平衡法仅适用于不含氧、氮成分的燃油。就燃油的特性而论，该方法包括在计算废气浓度中使用的6个步骤。

● 第一步：通过完全燃烧过程计算理想配比的空气需要量；

● 第二步：依据完全燃烧和CO2浓度计算过量空气系数；

● 第三步：计算氢－碳比

● 第四步：依据燃油特性和空气燃料比有关的程序，计算干燥碳氢化合物浓度

● 第五步：过量空气系数的确定

根据过量空气系数的定义：

EAFCDO=进入气缸干空气的质量流量/（所消耗燃油的质量流量×单位质量燃料完全燃烧所需的理论空气质量）=GAIRD/（GEUEL×STOIAR)

● 第六步：排气质量流量的计算

排气质量流量=燃料消耗+燃烧空气消耗

空气消耗=Iv×燃料消耗×理想配比的空气需要量

排气质量流量=燃料消耗×（1+Iv×理想配比的空气需要量)

因此，GEXHW=GEUEL×（1+EAFEXH×STOIAR）Ⅱ）排气中各组分质量流量的计算下列公式给出了排气中各组分质量流量的计算

M_GAS=µ•conc•G_EXHW

或

M_GAS=ν•conc•G_EXHW

或

M=w•conc•G