國Ⅵ輕型車排放污染物不確定度評價

周猛 解難 楊帆 李春

（中國汽車技術研究中心有限公司）

近年來，排放法規(guī)日益嚴格，排放限值不斷降低，同時輕型車排放控制技術不斷提高，輕型車的污染物排放量已大幅度降低，許多車型都已滿足國Ⅵ法規(guī)的要求。試驗室排放設備對于超低排放的精度控制日益重要，為了評估試驗室設備的精度控制范圍，文章引入國Ⅵ輕型車排放污染物不確定度評價，選取一輛國Ⅵ試驗車，進行3 次國Ⅵ法規(guī)Ⅰ型排放試驗，根據試驗結果和試驗設備綜合考慮，得出污染物排放不確定度并進行評價，考量試驗結果的置信程度。

1 國Ⅵ輕型車排放污染物不確定度評價概述

根據GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》[1]對試驗車進行I 型排放試驗，再根據JJF 1059.1—2012《測量不確定度評價和表示》[2]對試驗結果進行不確定度評價，試驗使用儀器設備、設備偏差或不確定度如下。

1）底盤測功機：轉鼓速度最大偏差為0.03 km/h；

2）排氣取樣系統(tǒng)：最大允許誤差為0.3%；

3）分析設備：最大允許誤差為分析儀線性化檢查結果中的最大偏差值；

4）氣象站：溫、濕度的測量準確度分別為±0.1 ℃和0.1%；

5）標準氣體：C3H8，CO，NOx，N2O 的相對擴展不確定度分別為0.01，0.005，0.05，0.02；

6）顆粒物數量取樣系統(tǒng)：系統(tǒng)最大允許總誤差為10%，流量最大允許誤差為5%，揮發(fā)性粒子去除效率最大允許誤差為1%。

2 影響因素分析及評定方法的確定

影響輕型車常溫排放污染物試驗的因素及不確定度的因果關系，如圖1 所示[3]。

圖1 常溫下氣態(tài)污染物排放量不確定度因果關系圖

3 建立數學模型

3.1 確定常溫氣態(tài)排放物合成相對標準不確定度

根據GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》[1]中的I 型試驗，以汽油車的NOx為例來說明不確定度的計算。其常溫下排氣污染物排放量的計算公式如下（這里只計算市區(qū)階段的污染物，市郊階段的類似）。

式中：M——污染物i 的排放量，mg/km；

Vmix——稀釋排氣體積，L；

ρi——在標準狀態(tài)下（273.2 K 和101.33 kPa）污染物i 的體積質量，對于NOx為2.05 g/L；

kH——用于計算NOx排放量的濕度校正系數（對于HC 和CO 沒有濕度修正）；

Ci——稀釋排氣中污染物i 的濃度，并用稀釋空氣中所含污染物i 的含量進行校正后的數值，10-6；

d——車輛按運轉循環(huán)試驗時所行駛的實際距離，km；

V——稀釋排氣的容積（校正至標準狀態(tài)273.2 K和101.33 kPa），L；

PB——試驗室內大氣壓力，kPa；

P1——容積泵進口處相對于環(huán)境大氣壓的真空度，kPa；

TP——試驗期間進入容積泵的稀釋排氣平均溫度，K。

為了校正濕度對NOx測量結果的影響，采用如下計算公式：

式中：H——絕對濕度（m水/m干空氣），g/kg；

Ra——環(huán)境空氣的相對濕度，%；

Pd——環(huán)境溫度下的飽和蒸氣壓，kPa。

取樣袋中污染物的校正濃度的計算如下：

式中：Ce，Cd——稀釋排氣、稀釋空氣中測得的污染物i的濃度，10-6；

DF——稀釋系數。

考慮上述影響測量不確定度的所有來源，建立NOx輸出量的不確定度來源（MNOx）的數學模型如下：

設Z=1-0.032 9（H-10.71）[4]，則：

則常溫下NOx排氣污染物排放量的相對合成標準不確定度為：

3.2 靈敏系數

c（Vmix）=1，為混合排氣容積的靈敏系數；c（Ci）=1，為稀釋排氣中污染物的校正濃度的靈敏系數；c（d）=1，為車輛試驗時的實際行駛距離的靈敏系數；c（Z）=1，為自變量Z 的靈敏系數。

4 計算測試結果合成相對標準不確定度

計算過程以NOx和PN 為例，試驗結果的不確定度有關的物理量及測試結果，如表1 所示。

表1 與試驗結果的不確定度有關的物理量及測試結果

4.1 Vmix的相對標準不確定度

根據采樣系統(tǒng)說明書，其最大允許誤差為±0.3%，區(qū)間內服從均勻分布，包含因子（k）為，由此引入的相對標準不確定度u（rVmi）x為：

4.2 PN系統(tǒng)的相對標準不確定度

PN 系統(tǒng)的相對標準不確定度由粒子計數精度、流量測量精度及揮發(fā)性粒子去除效率精度三部分合成。

1）根據設備說明書，測量最大允許誤差為10%，區(qū)間內服從均勻分布，則粒子計數精度引入的相對標準不確定度ur（PN1）為：

2）根據設備說明書，流量測量最大允許誤差為5%，區(qū)間內服從均勻分布，則流量測量引入的相對標準不確定度ur（PN2）為：

3）根據設備說明書，揮發(fā)性粒子去除最大允許誤差為1%，區(qū)間內服從均勻分布，則揮發(fā)性粒子去除引入的相對標準不確定度ur（PN3）為：

3 個分量互不相關，其合成標準不確定度ur（PN）為：

4.3 稀釋排氣中污染物濃度（Ci）的相對標準不確定度

稀釋排氣中污染物濃度Ci的相對標準不確定度由分析設備和標準氣體兩部分合成。

1）標準氣體生產廠已經給出NOx的相對擴展不確定度為0.05，k=2，則標準氣體引入的不確定度u（C1）為：

2）分析設備的誤差為最近分析儀線性化檢查結果中的最大偏差值，對于NOx，最大偏差值為1.28%，區(qū)間內服從均勻分布，由此引入的標準不確定度u（C2）為：

2 個分量互不相關，其合成標準不確定度u（Ci）為：

稀釋排氣中污染物濃度Ci的合成相對標準不確定度ur（Ci）為：

4.4 自變量（Z）的相對標準不確定度

根據說明書，絕對濕度（H）的測量最大允許誤差為±5%，H 的變化為±9.338×0.05=±0.466 9 g/kg。區(qū)間內服從均勻分布，區(qū)間半寬為0.459 g/kg，由此引入的標準不確定度u（Z）為：

自變量Z 的相對標準不確定度ur（Z）為：

4.5 車輛試驗時的實際行駛距離（d）的相對標準不確定度

根據四驅底盤測功機核查報告，轉鼓速度的最大偏差值為0.03 km/h，測試時間為589 s，則車輛的實際行駛距離偏差為（0.03×1 000×589）/3 600=±0.004 9 m，區(qū)間內服從均勻分布，區(qū)間半寬為0.004 9 km，由此引入的標準不確定度u（d）為：

車輛試驗時的實際行駛距離（d）的相對標準不確定度ur（d）為：

5 排放污染物合成標準不確定度計算結果

根據設備誤差、精度、包含因子得出相對標準不確定度，從而計算各污染物合成相對標準不確定度，乘以各污染物測量結果得出各污染物合成標準不確定度。

1）NOx排放物合成標準不確定度。將所有來源的不確定度值和靈敏系數代入，得到合成相對標準不確定度為0.027 4，本次試驗的MNOx=12.26 mg/km，則常溫下NOx排氣污染物排放量的合成標準不確定度為：

2）經過計算，THC 排放物合成標準不確定度為0.007 7，本次試驗的MTHC=19.14 mg/km，則常溫下THC排氣污染物排放量的合成標準不確定度為：

3）經計算，CO 排放物合成標準不確定度為0.004 1，本次試驗的MCO=117.87 mg/km，則常溫下CO 排氣污染物排放量的合成標準不確定度為：

4）經計算，N2O排放物合成標準不確定度為0.077 6，本次試驗的MN2O=1.16 mg/km，則常溫下N2O 排氣污染物排放量的合成標準不確定度為：

5）顆粒物數量（PN）合成標準不確定度為0.064 83，本次試驗的PN=3.295 5×1011個/km，則常溫下顆粒物數量（PN）的合成標準不確定度為：

6 擴展不確定度結果

將各污染物合成標準不確定度乘以包含因子，得出各污染物擴展不確定度。取k=2，則各污染物的擴展不確定度（U）分別為：

7 結論

綜上，此次國Ⅵ輕型車排放污染物不確定度主要是從排放測試系統(tǒng)方面進行評價，各種污染物NOx，THC，CO，N2O，PN 的擴展不確定度在試驗結果的占比分別為5.48%，1.54%，0.82%，15.52%，12.97%，此結果是可以接受的。對于測試系統(tǒng)要加強管理，提高儀器設備的使用等級或校準工作中的精確度，嚴格控制標準物質的質量和等級，試驗結果在一定置信程度下的置信范圍是可以被接受的。