溫溢　楊正軍　潘朋　高俊華

（中國汽車技術研究中心，天津300300）

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歐Ⅵ排放測試中使用低濃度標準氣的研究

溫溢楊正軍潘朋高俊華

（中國汽車技術研究中心，天津300300）

【摘要】根據(jù)試驗室中出現(xiàn)的滿足歐Ⅵ排放標準的超低排放車輛測量準確性問題，選用了一批超低濃度的標準氣，對比研究了超低排放車輛3種低濃度常規(guī)污染物在常用標準氣和超低濃度標準氣下試驗的差異。結(jié)果表明，國產(chǎn)1×10-6級別濃度標準氣能在排放試驗室中有效、穩(wěn)定地使用，且低量程測量能夠突顯出測試結(jié)果的細微差別，可在超低排放車輛的研發(fā)過程中提供更準確的數(shù)據(jù)。

1　前言

近年來，隨著排放法規(guī)的逐漸加嚴以及機動車尾氣排放控制技術的迅速發(fā)展，車輛的污染物排放量已大幅度降低，出現(xiàn)了很多滿足歐Ⅵ標準的超低排放的車輛，由于它們在排放試驗中稀釋尾氣的濃度遠低于目前排放試驗分析儀配備的標準氣濃度，因此無法確定測量出濃度值是否精確。

為解決上述問題，選取了一批超低濃度標準氣裝備在排放測試分析儀中，對低排放車輛分別使用超低濃度標準氣和普通濃度標準氣進行了NEDC工況下的排放對比試驗，研究了在兩種濃度標準氣下3種常規(guī)污染物（下稱污染物）測試結(jié)果的差異。

2　試驗方法

2.1試驗設備

試驗設備如表1所列。其中，輕型車尾氣排放分析儀MEXA-7400LE及定容取樣分析系統(tǒng)配備了普通和超低兩套管路，THC和NOx的超低管線量程最低達到1×10-6，CO超低管線最低量程為10×10-6，完全滿足試驗要求。另外，試驗室還配備了背景空氣凈化裝置DAR，以降低背景污染物濃度，提高試驗精度。

表1　試驗用設備

標準氣選用目前國內(nèi)生產(chǎn)的精度及穩(wěn)定性較好的產(chǎn)品，產(chǎn)品特性如表2所列，其中THC測量所用標準氣采用C3H8。

表2　標準氣濃度及特性

2.2試驗方法

試驗選用了5輛滿足超低排放的輕型汽油車做為試驗樣車，樣車均按照GB18352.5—2013《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國Ⅴ階段）》中的要求進行常溫冷起動排放試驗，試驗車尾氣經(jīng)過全流定容稀釋后，將其中一部分氣體作為被測樣氣采集到氣袋中進行測量。循環(huán)工況采用NEDC循環(huán)，如圖1所示。整個工況分為市區(qū)循環(huán)（ECE）和市郊循環(huán)（EUDC）兩部分，市區(qū)循環(huán)全長4.052 km、時長780 s、最高車速50 km/h；市郊循環(huán)全長6.955 km、時長400 s、最高車速120 km/h[2]。

圖1　NEDC工況曲線

氣袋采集的氣體通過MEXA-7400LE分析系統(tǒng)進行污染物濃度分析。在MEXA-7400LE分析系統(tǒng)中，使用化學發(fā)光型分析儀測量NOx濃度，使用氫火焰離子化型分析儀測量THC濃度，使用不分光紅外線吸收型分析儀測量CO濃度[3]。

試驗中，排放分析儀分別使用兩種不同量程（表2）來讀取3種污染物濃度值，最后按照法規(guī)要求的方法計算得到每種量程下的最終排放結(jié)果。在NEDC循環(huán)結(jié)束后，分析系統(tǒng)會自動選取合適的量程進行讀數(shù)，對于超低濃度排放污染物的測量，一般會選取低量程，所以在分析系統(tǒng)自動生成報告后，需要手動讀取污染物在高量程下的濃度，并進行計算得出最終結(jié)果。

污染物濃度的計算方法為：式中，Mi為NEDC工況下污染物i的排放質(zhì)量；Vmix為稀釋排氣的容積（校正至標準狀態(tài)273.2 K和101.33 kPa）；Qi為在標準溫度和壓力（273.2 K和101.33 kPa）下污染物i的密度；kH為用于計算NOx的排放質(zhì)量的濕度修正系數(shù)；Ci為稀釋排氣中污染物i的濃度，并用稀釋空氣中所含污染物i的含量進行修正；d為相當于運行循環(huán)的實際距離。

試驗結(jié)果相對偏差ρ1計算式為：

讀取濃度值相對偏差ρ2計算式為：

式中，Ce為稀釋排氣或稀釋空氣中測得污染物i的濃度。

3　試驗結(jié)果分析

3.1標準氣濃度對NOx測試結(jié)果的影響

圖2為在兩種量程（1×10-6和5×10-6）下，5輛樣車進行Ⅰ型試驗得到的NOx測試結(jié)果。從圖2可看出，使用兩種量程得到的5次測試結(jié)果之間存在一定差異，1× 10-6量程下的5次測量結(jié)果均略低于5×10-6量程下的測量結(jié)果。

圖2　兩種量程下NOx測試結(jié)果對比

表3為在兩種量程下的NOx相對偏差。由表3可知，5次測量結(jié)果的相對均值偏差均小于±3 %，其中，1#樣車偏差最大，為-2.23 %，4#樣車偏差最小，為-0.72 %；兩種量程下的相對限值偏差都很小，均不到±1 %。標準GB18352.5—2013中對NOx的限值為0.06 g/km。

表3　兩種量程下NOx測量偏差　%

注：a.相對均值偏差是指樣車在兩種量程下測量偏差值相對兩種量程下測量均值的相對偏差；b.相對限值偏差是指樣車在兩種量程下測量偏差相對限值的相對偏差。

對試驗中ECE和EUDC工況下的5輛樣車NOx測試結(jié)果分別進行了對比，如圖3所示。由圖3a可看出，在ECE工況下，1#、2#、3#樣車在1×10-6量程下的測試結(jié)果小于5×10-6量程下的測試結(jié)果；4#、5#樣車在兩種量程下的測試結(jié)果相差較?。挥蓤D3b可看出，在EUDC工況下，2#樣車在兩種量程下的測試結(jié)果相差不大，其它4輛樣車在1×10-6量程下的測試結(jié)果小于5×10-6量程下的測試結(jié)果。

圖3　兩種工況下NOx測量結(jié)果對比

在Ⅰ型排放試驗的污染物計算中，每個工況下的排放值都是由樣氣濃度減去背景空氣濃度后計算得出的，為了具體分析兩種量程測試結(jié)果出現(xiàn)差異的原因，分別對比分析了每次測量得到的樣氣濃度與背景空氣濃度。每輛樣車分別在ECE和EUDC工況下進行了10次濃度測量，圖4為5輛樣車在試驗中讀取的NOx濃度值。由圖4可看出，因背景空氣中NOx自身濃度很低，所以兩種量程下得到的NOx測量值相差不明顯；兩種量程下讀數(shù)的差別主要在樣氣濃度讀取上，當被測NOx的濃度在0.2×10-6～0.7×10-6之間時，在1×10-6量程下的讀數(shù)會略低于5×10-6量程下的讀數(shù)，當被測NOx濃度在0.5×10-6附近時偏差最大。

3.2標準氣濃度對THC測試結(jié)果的影響

圖5為在兩種量程（3×10-6和50×10-6）下，5輛樣車進行Ⅰ型試驗得到的THC測試結(jié)果。3×10-6量程裝備了濃度為1×10-6的C3H8標準氣，50×10-6量程裝備了濃度為15×10-6的C3H8標準氣。從圖5可看出，超低排放車輛的THC污染物在NEDC工況下總的排放結(jié)果均在0.02 g/km以下，即不到國Ⅴ法規(guī)限值（0.1 g/km）的20 %。通過對比分析可知，THC在兩種量程下得到的測試結(jié)果變化不大，采用3×10-6量程的測試結(jié)果比采用50×10-6量程的測試結(jié)果略低。

圖4　NOx濃度測量值對比

圖5　兩種量程下THC測試結(jié)果對比

表4為5輛樣車在兩種量程下THC的測量偏差。由表4可知，最大相對均值偏差為-1.04 %，最小為-0.22 %；相對限值偏差更小，均不到±0.3 %。這說明在排放試驗中THC受量程變化的影響不大，用大量程測量小數(shù)據(jù)也較準確。這是因為氫離子火焰測量方法比較穩(wěn)定，且C3H8標準氣的擴展不確定度較小等原因?qū)е隆?/p>

表4　THC測量偏差值　%

對試驗中ECE和EUDC工況下的5輛樣車THC測試結(jié)果分別進行了對比（圖略）?？芍?，在ECE工況下，1#樣車在3×10-6量程下的測試結(jié)果大于50×10-6量程下的測試結(jié)果，其它4輛樣車在3×10-6量程下的測試結(jié)果均低于50×10-6量程下的測試結(jié)果；在EUDC工況下，1#、2#、3#樣車在3×10-6量程下的測量結(jié)果更低，而4#、5#樣車在3×10-6量程下的測量結(jié)果均大于50×10-6量程下的測量結(jié)果；在EUDC工況下測試結(jié)果的差異比ECE工況下明顯。THC在ECE工況下的排放量高于EUDC工況下的排放量，當被測的THC濃度值在0.5×10-6～ 3×10-6區(qū)間時測量結(jié)果偏差整體較小，最大測量偏差不到0.04×10-6。結(jié)合兩個階段的測量偏差可知，被測THC的濃度越低，兩種量程下的測量偏差會越大。

3.3標準氣濃度對CO測試結(jié)果的影響

圖6為在兩種量程（10×10-6和100×10-6）下，5輛樣車進行Ⅰ型試驗得到的CO測試結(jié)果。從圖6可看出，對于超低排放車輛的CO排放值，使用10×10-6量程的測試結(jié)果低于100×10-6量程下的測試結(jié)果。

圖6　兩種量程下CO測試結(jié)果對比

表5為5輛樣車在兩種量程下CO的測量偏差。由表5可知，3#樣車的相對均值偏差最大，為-3.38 %，2#樣車和4#樣車的相對均值偏差最小，分別為-0.8 %和-0.88 %；相對限值偏差都很小，均不到±1 %，其中最大相對限值偏差為-0.54 %。標準GB18352.5—2013中對CO的限值為1 g/km，

表5　CO測量偏差　%

對試驗中ECE和EUDC工況下的5輛樣車CO測試結(jié)果分別進行了對比（圖略）?？芍?，在ECE工況下，除3#車外，其它4輛樣車在兩種量程下的測試結(jié)果相差不大；在EUDC工況下，1#和5#號樣車在10×10-6量程下的測量值較低，其它3輛樣車在100×10-6量程下的測量值小于10×10-6量程下的測量值。由于多數(shù)車輛在EUDC工況下CO排放量很低，結(jié)合兩個工況的測量偏差可知，被測CO濃度過低會造成兩種量程下的測量偏差。

3.43種污染物排放試驗結(jié)果對比分析

3.4.13種污染物排放試驗結(jié)果對比

將排放試驗過程中在兩種量程下測得的3種污染物的測量偏差進行了對比，如圖7所示。從圖7可看出，NOx的平均相對限值偏差最大，約為0.44 %，THC的平均相對限值偏差最小，小于0.14 %。這表明3種污染物中，THC受標準氣濃度影響最小，用高濃度標準氣測試低濃度值也能得到較準確的結(jié)果。

NOx在排放試驗中受標準氣影響大的原因是，一方面NOx自身特性不穩(wěn)定，內(nèi)部成分容易發(fā)生變化，另一方面是NOx標準氣不確定度也最大[4]，其中1×10-6的NOx標準氣不確定度為±6 %。 3.4.2 3種污染物濃度讀取偏差對比

圖7　3種污染物試驗結(jié)果偏差對比

試驗中利用排放分析儀對3種污染物在超低和普通兩種量程下進行了濃度讀取，3種污染物的測量濃度偏差值如圖8所示。由圖8可看出，CO的測量濃度偏差最大，大于0.05×10-6，NOx的測量濃度偏差最小，小于0.01×10-6。另外，由于試驗中進行CO測量的標準氣量程較大，所以在3種污染物濃度偏差相對測量量程的相對偏差中，CO的相對偏差最小，而NOx的相對偏差最大。

圖8　濃度測量值偏差對比

4　結(jié)束語

a.對于超低排放車輛，在NEDC工況下進行尾氣測試時，采用超低濃度標準氣的測量結(jié)果與普通深度標準氣下的測量結(jié)果存在一定差異，其中，NOx測量結(jié)果偏差最大，平均為0.44 %；THC測量偏差最小，平均值為0.14 %。3種污染物相對國Ⅴ標準限制的偏差均未超過±1 %。

b. 3種污染物在不同濃度標準氣下測量的濃度值存在一定的偏差。3種污染物中，濃度測量值偏差最大的是CO，平均偏差為0.052×10-6；最小的是NOx，平均偏差為0.007 7×10-6。

c.使用超低濃度標準氣更能突顯出測試結(jié)果的細微差別，能夠在超低排放車輛的研發(fā)過程中提供更準確的數(shù)據(jù)。

參考文獻

1聞俊杰，康赫男，侯健生.關于標準氣體使用中一些問題的探討.計量與測試技術, 2014（3）: 39～41.

2許立斌，俞小莉，葛蘊珊.用于測量輕型車超低排放的分流稀釋氣袋取樣系統(tǒng).汽車工程, 2004（6）: 652～654.

3郭衛(wèi).一氧化碳紅外線氣體分析器示值誤差測量結(jié)果不確定度評定.天然氣工業(yè), 1996（7）: 59～61.

4夏朝彬.淺析認證標準氣不確定度的來源及計算方法.天然氣工業(yè), 1996（7）:66～69.

（責任編輯文楫）

修改稿收到日期為2015年9月10日。

Research on Low Concentration Standard Gas in EURO VI Emission Test

Wen Yi, Yang Zhengjun, Pan Peng, Tian Donglian, Yu Jintao, Gao Junhua
（China Automotive Technology and Research Center, Tianjin 300300）

【Abstract】To improve the measuring accuracy of super ultra- low emission vehicles (SULEV) appearing in the laboratory that satisfies Euro VI emission standard, a batch a super low concentration standard gases are selected, and three kinds of low concentration normal pollutants from SULEV are studied in conventional standard gas test and ultra low concentration standard gas test and their difference is compared, which indicate that China- made 1×10- 6Class concentration standard gas can be used effectively and stably in emission test lab, and low range measurement can highlight the slight difference of measurement results, which can provide more accurate data in SULEV development.

Key words:Automobile, Euro IV standard, Low concentration pollutant, Test, Standard gases

中圖分類號:U467.4+8

文獻標識碼:A

文章編號:1000-3703（2016）02-0050-05

主題詞:汽車歐Ⅵ標準低濃度污染物測試標準氣