車載法排放測量標(biāo)準(zhǔn)解析與應(yīng)用

閔照源，劉亞飛，劉　波，禚爰紅

車載法排放測量標(biāo)準(zhǔn)解析與應(yīng)用

閔照源，劉亞飛，劉波，禚爰紅

（重慶車輛檢測研究院國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，重慶401122）

介紹DB11/965-2013《重型汽車排氣污染物排放限值及測量方法（車載法）》的測量系統(tǒng)、測試工況和判定方法，并按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的底盤測功機(jī)法和道路試驗(yàn)法分別進(jìn)行樣車試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，指出車載測量法的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用趨勢。

車載法；排放；標(biāo)準(zhǔn)；PEMS

為了進(jìn)一步控制機(jī)動(dòng)車排氣污染，改善大氣質(zhì)量，北京市環(huán)保局參照美國EPA CFR 40 part 86中86.1370 -1372和CFR part 1065 subpart J部分、（EU）No582/2011（修訂草案）以及HJ 439-2008《車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車在用符合性技術(shù)要求》的部分技術(shù)內(nèi)容，并根據(jù)北京市實(shí)際情況進(jìn)行了修改，制定了DB11/965-2013《重型汽車排氣污染物排放限值及測量方法（車載法）》標(biāo)準(zhǔn)［1］，并于2013年7月1日實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)作為實(shí)施GB 17691-2005標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充［2］，可有效監(jiān)控車輛在使用中的實(shí)際排放狀況，彌補(bǔ)了部分道路行駛工況點(diǎn)在臺(tái)架試驗(yàn)中不能充分體現(xiàn)的缺陷［3］。

1　車載法排放測量標(biāo)準(zhǔn)解析

1.1排放測量系統(tǒng)

該標(biāo)準(zhǔn)僅對(duì)NOX的排放限值進(jìn)行要求，采用便攜式排放測試系統(tǒng)（PEMS）進(jìn)行車輛排放測試。便攜式車載排放測試系統(tǒng)可以安裝在車上，同時(shí)進(jìn)行污染物濃度和流量以及溫度、壓力等相關(guān)參數(shù)實(shí)時(shí)采集，如配備車速測試儀器還可實(shí)時(shí)測量車輛行駛速度，并通過OBD數(shù)據(jù)采集設(shè)備讀取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩等瞬時(shí)數(shù)據(jù)。

在PEMS測量系統(tǒng)中，CO/CO2的測量是通過不分光紅外線分析儀（NDIR）來進(jìn)行的，HC的測量是使用加熱型氫火焰離子檢測器（FID），NOx的測量使用化學(xué)發(fā)光分析儀（CLD）或不分光紫外線分析儀（NDUV），顆粒物的測量主要采用靜電低壓撞擊（ELPI）技術(shù)。流量的測量是使用皮托管流量計(jì)，它是利用伯努利方程原理，通過測量流體差壓信號(hào)來測量氣體的流量［4-5］。

1.2測試工況

試驗(yàn)可在道路上或底盤測功機(jī)上進(jìn)行。在道路上測試時(shí)，推薦環(huán)境溫度在-7℃～40℃之間，測試時(shí)平均風(fēng)速小于3 m/s，最大風(fēng)速小于5 m/s。測試工況的構(gòu)成應(yīng)接近于車輛正常使用時(shí)的道路運(yùn)行工況的分布，包括市區(qū)路（0～60 km/h）、市郊路（60～90 km/h）和高速路（＞90 km/h）。不同車輛類型的工況比例要求見表1，具體測試總里程數(shù)取決于采集的數(shù)據(jù)量是否達(dá)到功基窗口法或NTE法對(duì)結(jié)果判定的要求。

表1　道路試驗(yàn)工況里程分配表

在底盤測功機(jī)上試驗(yàn)時(shí)，對(duì)城市客車采用GB 19754-2005中的“中國典型城市公交工況”［6］，對(duì)于除城市客車外的其它車輛采用GB/T27840-2011中的“重型商用車油耗測試工況（C-WTVC）”［7］，具體參見上述文獻(xiàn)。

1.3測試要求

1）測試準(zhǔn)備及數(shù)據(jù)要求。測試前要對(duì)底盤測功機(jī)和車輛進(jìn)行預(yù)熱。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液溫度在70℃以上，或者當(dāng)冷卻液的溫度在5 min之內(nèi)的變化小于2℃時(shí)，測試可正式開始。測試過程中數(shù)據(jù)采集量不僅要滿足測試工況的要求，同時(shí)也要達(dá)到功基窗口法或NTE法對(duì)結(jié)果判定的數(shù)據(jù)要求。如果在底盤測功機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)一個(gè)測試循環(huán)的數(shù)據(jù)采集量達(dá)不到要求時(shí)，就重復(fù)運(yùn)行測試循環(huán)工況，直到采集的數(shù)據(jù)量滿足要求為止。

2）功基窗口法測試要求。功基窗口法是通過比較各功基窗口比排放與發(fā)動(dòng)機(jī)型式核準(zhǔn)比排放的符合性評(píng)價(jià)車輛排放的方法。窗口比排放是指功基窗口內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放總質(zhì)量與窗口內(nèi)功的比值。功基窗口大小為發(fā)動(dòng)機(jī)ETC循環(huán)功。按照采樣時(shí)間系列累積每個(gè)采樣點(diǎn)的瞬時(shí)功達(dá)到功基窗口，計(jì)算功基窗口內(nèi)所有采樣點(diǎn)的平均比排放值；移動(dòng)平均計(jì)算功基窗口至所有采樣點(diǎn)結(jié)束，得到一系列功基窗口平均比排放值，功基窗口移動(dòng)間隔為1 s。在試驗(yàn)過程中，要求窗口平均功率百分比（功基窗口內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)平均功率占該發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率的百分比）大于20%的窗口個(gè)數(shù)要大于或者等于所有窗口個(gè)數(shù)的50%；如果窗口個(gè)數(shù)不能達(dá)到50%，應(yīng)將窗口平均功率百分比20%的要求以1%為步長逐漸減少，但不能小于15%，以達(dá)到≥50%的窗口個(gè)數(shù)要求。

3）NTE法測試要求。NTE法是通過NTE事件通過率來評(píng)價(jià)車輛排放的方法。在發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線圖中，構(gòu)建由發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩（Ttq）曲線、發(fā)動(dòng)機(jī)n15轉(zhuǎn)速的等轉(zhuǎn)速線、30%最大等功率曲線和30%最大等扭矩曲線構(gòu)成的內(nèi)封閉區(qū)域。將發(fā)動(dòng)機(jī)工況點(diǎn)連續(xù)30 s及以上時(shí)間落入該區(qū)域內(nèi)的工況片段，作為一個(gè)NTE事件。

計(jì)算NTE事件內(nèi)的NOx排放總質(zhì)量與NTE事件內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)做功的比值，即NTE事件比排放，同時(shí)要計(jì)算NTE事件加權(quán)時(shí)間，加權(quán)時(shí)間取以下三個(gè)時(shí)間的最小值：該事件實(shí)際持續(xù)時(shí)間；全部NTE事件中最短持續(xù)時(shí)間的10倍；600 s。

在一次試驗(yàn)中，NTE事件最少有5個(gè)，且比排放低于限值的NTE事件加權(quán)時(shí)間與所有NTE事件加權(quán)時(shí)間的比值。

1.4結(jié)果判定

1）車輛試驗(yàn)結(jié)果判定。采用功基窗口法或NTE法進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果判定，標(biāo)準(zhǔn)限值見表2。在道路上試驗(yàn)需同時(shí)滿足功基窗口法和NTE法的要求。在底盤測功機(jī)上試驗(yàn)，如果按“中國典型城市公交工況”試驗(yàn)，則用功基窗口法判定；如果按“C-WTVC”試驗(yàn)，則用NTE法判定。

表2　排放限值

2）車型符合性判定。車型判定要求同類車型測試車輛數(shù)最少3輛，最多不超過10輛；合格判定數(shù)和不合格判定數(shù)要求見表3。

表3　車型測試結(jié)果判定

2　車載法排放測量的應(yīng)用

目前我國重型車排放測量主要是基于發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架進(jìn)行的，主要測量標(biāo)準(zhǔn)為GB 17691-2005、DB 11/964-2013等［2，8］。這些標(biāo)準(zhǔn)的測量方法都需要將發(fā)動(dòng)機(jī)和排放后處理系統(tǒng)從車上拆下后裝到實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架上，按規(guī)定的測試循環(huán)進(jìn)行測試。這些方法耗時(shí)長，費(fèi)用也較高，并且無法完全反映發(fā)動(dòng)機(jī)在整車行駛過程中的排放情況，難以滿足整車生產(chǎn)一致性和在用車符合性的測量要求［9］。相對(duì)來說，車載法排放測量可在車輛正常的使用狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)時(shí)測量和收集數(shù)據(jù)，且容易維護(hù)和操作，是一種方便而準(zhǔn)確的測試技術(shù)，較好地滿足了整車生產(chǎn)一致性和在用車符合性測量的要求［10］。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可以按底盤測功機(jī)法和道路法兩種方法進(jìn)行試驗(yàn)，筆者在底盤測功機(jī)上進(jìn)行了一輛客車的車載排放試驗(yàn)，在道路上進(jìn)行了一輛貨車的車載排放試驗(yàn)。

2.1車載底盤測功機(jī)法排放測試

在底盤測功機(jī)上，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的C-WTVC循環(huán)進(jìn)行試驗(yàn)，截取三個(gè)循環(huán)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)如圖1、圖2和表4（客車部分內(nèi)容）所示。發(fā)現(xiàn)在底盤測功機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)循環(huán)的排放、總功、車速的一致性和復(fù)現(xiàn)性較好，這對(duì)于研究和發(fā)現(xiàn)高排放點(diǎn)很有意義。針對(duì)該排放點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，可以較快地達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4　一輛客車/貨車車載法排放計(jì)算結(jié)果（底盤測功機(jī)法/道路法）

2.2車載道路試驗(yàn)法排放測試

在實(shí)際道路上，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的里程分配系數(shù)進(jìn)行一輛N2類貨車的車載排放測試，測試結(jié)果見圖3、圖4和表4（貨車部分內(nèi)容）。由于實(shí)際道路條件的不可控，NOx的每次試驗(yàn)排放測量結(jié)果差異較大，但由于其測量結(jié)果能夠真實(shí)反映出車輛在實(shí)際道路上行駛時(shí)的排放狀態(tài)，可為研究機(jī)動(dòng)車排放對(duì)大氣污染的影響提供了更符合實(shí)際情況的測量手段［11］。

3　結(jié)束語

隨著車載法排放測試技術(shù)的發(fā)展和機(jī)動(dòng)車污染物排放控制要求的提高，車載法排放測量將越來越廣泛地應(yīng)用于汽車產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)一致性控制、在用車符合性檢查等方面。同時(shí)車載法排放標(biāo)準(zhǔn)也將逐步加嚴(yán)，目前DB11/965-2013僅對(duì)NOx排放提出要求［1］，而下一階段的標(biāo)準(zhǔn)將對(duì)顆粒物排放也提出要求。

［1］DB11/965-2013，重型汽車排氣污染物排放限值及測量方法（車載法）［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

［2］GB 17691-2005，車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車排氣污染物排放限值及測量方法（中國Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段）［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

［3］黃成，陳長虹，景啟國，等.重型柴油車實(shí)際道路排放與行駛工況的相關(guān)性研究［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，（2）

［4］張雄，李孟良，喬維高.汽車排放污染物測試的發(fā)展方向--車載排放測試［J］.北京汽車，2006，（6）

［5］蔣德明.內(nèi)燃機(jī)燃燒與排放學(xué)［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2001.

［6］GB19754-2005，重型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量消耗量試驗(yàn)方法［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

［7］GB/T27840-2011，重型商用車燃料消耗量測量方法［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

［8］DB 11/964-2013，車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車排氣污染物限值及測量方法（臺(tái)架工況法）［S］.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

［9］許建昌，李孟良，徐達(dá)，等.車載法排放測試技術(shù)的研究綜述［J］.天津汽車，2006，（3）

［10］葛蘊(yùn)珊，王愛娟，王猛，等.PEMS用于城市車輛實(shí)際道路氣體排放測試［J］.汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，2010，（2）

［11］郭興，胡京南，鮑曉峰，等.重型車在用符合性的車載測試方法研究［J］.環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，（5）

修改稿日期：2014-12-10

Analysis and Application of Emission Test Standard with PEMS Method

Min Zhaoyuan，Liu Yafei，Liu Bo，ZhuoYuanhong
（ChongqingVehicle Test&Research Institute，National Coach QualitySupervision&TestingCenter，Chongqing401122，China）

The authors introduce the test system，test modes and decision method of DB11/965-2013Limits and Measurement Method of Emissions from Heavy Duty Vehicle（PEMS Method），do the sample vehicles tests and test data analysis according to the chassis dynamometer and road experiment method stipulated by the standard，and point out the advantages and application trend ofthe PEMS（Portable Emission Measure System）method.

portable emission measure systemmethod；emission；standard；PEMS

X701

B

1006-3331（2015）01-0055-03

閔照源（1977-），男，工學(xué)碩士；副研究員；主要從事汽車及發(fā)動(dòng)機(jī)排放節(jié)能檢測與研究工作。