周猛 解難 楊帆 李春

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司）

近年來，排放法規(guī)日益嚴(yán)格，排放限值不斷降低，同時(shí)輕型車排放控制技術(shù)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(yàn)室排放設(shè)備對于超低排放的精度控制日益重要，為了評估試驗(yàn)室設(shè)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(jià)，選取一輛國Ⅵ試驗(yàn)車，進(jìn)行3 次國Ⅵ法規(guī)Ⅰ型排放試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)設(shè)備綜合考慮，得出污染物排放不確定度并進(jìn)行評價(jià)，考量試驗(yàn)結(jié)果的置信程度。

1 國Ⅵ輕型車排放污染物不確定度評價(jià)概述

根據(jù)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(yàn)車進(jìn)行I 型排放試驗(yàn)，再根據(jù)JJF 1059.1—2012《測量不確定度評價(jià)和表示》[2]對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行不確定度評價(jià)，試驗(yàn)使用儀器設(shè)備、設(shè)備偏差或不確定度如下。

1）底盤測功機(jī)：轉(zhuǎn)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(shè)備：最大允許誤差為分析儀線性化檢查結(jié)果中的最大偏差值；

4）氣象站：溫、濕度的測量準(zhǔn)確度分別為±0.1 ℃和0.1%；

5）標(biāo)準(zhǔn)氣體：C3H8，CO，NOx，N2O 的相對擴(kuò)展不確定度分別為0.01，0.005，0.05，0.02；

6）顆粒物數(shù)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(yàn)的因素及不確定度的因果關(guān)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(guān)系圖

3 建立數(shù)學(xué)模型

3.1 確定常溫氣態(tài)排放物合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)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(yàn)，以汽油車的NOx為例來說明不確定度的計(jì)算。其常溫下排氣污染物排放量的計(jì)算公式如下（這里只計(jì)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（273.2 K 和101.33 kPa）污染物i 的體積質(zhì)量，對于NOx為2.05 g/L；

kH——用于計(jì)算NOx排放量的濕度校正系數(shù)（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(jìn)行校正后的數(shù)值，10-6；

d——車輛按運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)試驗(yàn)時(shí)所行駛的實(shí)際距離，km；

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

PB——試驗(yàn)室內(nèi)大氣壓力，kPa；

P1——容積泵進(jìn)口處相對于環(huán)境大氣壓的真空度，kPa；

TP——試驗(yàn)期間進(jìn)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(jié)果的影響，采用如下計(jì)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(jì)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(shù)。

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(shù)學(xué)模型如下：

設(shè)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(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.2 靈敏系數(shù)

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

4 計(jì)算測試結(jié)果合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

計(jì)算過程以NOx和PN 為例，試驗(yàn)結(jié)果的不確定度有關(guān)的物理量及測試結(jié)果，如表1 所示。

表1 與試驗(yàn)結(jié)果的不確定度有關(guān)的物理量及測試結(jié)果

4.1 Vmix的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

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

4.2 PN系統(tǒng)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

PN 系統(tǒng)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度由粒子計(jì)數(shù)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(jù)設(shè)備說明書，測量最大允許誤差為10%，區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，則粒子計(jì)數(shù)精度引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur（PN1）為：

2）根據(jù)設(shè)備說明書，流量測量最大允許誤差為5%，區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，則流量測量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur（PN2）為：

3）根據(jù)設(shè)備說明書，揮發(fā)性粒子去除最大允許誤差為1%，區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，則揮發(fā)性粒子去除引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur（PN3）為：

3 個(gè)分量互不相關(guān)，其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur（PN）為：

4.3 稀釋排氣中污染物濃度（Ci）的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

稀釋排氣中污染物濃度Ci的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度由分析設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)氣體兩部分合成。

1）標(biāo)準(zhǔn)氣體生產(chǎn)廠已經(jīng)給出NOx的相對擴(kuò)展不確定度為0.05，k=2，則標(biāo)準(zhǔn)氣體引入的不確定度u（C1）為：

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

2 個(gè)分量互不相關(guān)，其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Ci）為：

稀釋排氣中污染物濃度Ci的合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur（Ci）為：

4.4 自變量（Z）的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)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(nèi)服從均勻分布，區(qū)間半寬為0.459 g/kg，由此引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Z）為：

自變量Z 的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur（Z）為：

4.5 車輛試驗(yàn)時(shí)的實(shí)際行駛距離（d）的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)四驅(qū)底盤測功機(jī)核查報(bào)告，轉(zhuǎn)鼓速度的最大偏差值為0.03 km/h，測試時(shí)間為589 s，則車輛的實(shí)際行駛距離偏差為（0.03×1 000×589）/3 600=±0.004 9 m，區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，區(qū)間半寬為0.004 9 km，由此引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（d）為：

車輛試驗(yàn)時(shí)的實(shí)際行駛距離（d）的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur（d）為：

5 排放污染物合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算結(jié)果

根據(jù)設(shè)備誤差、精度、包含因子得出相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度，從而計(jì)算各污染物合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度，乘以各污染物測量結(jié)果得出各污染物合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

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

2）經(jīng)過計(jì)算，THC 排放物合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.007 7，本次試驗(yàn)的MTHC=19.14 mg/km，則常溫下THC排氣污染物排放量的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3）經(jīng)計(jì)算，CO 排放物合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.004 1，本次試驗(yàn)的MCO=117.87 mg/km，則常溫下CO 排氣污染物排放量的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4）經(jīng)計(jì)算，N2O排放物合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.077 6，本次試驗(yàn)的MN2O=1.16 mg/km，則常溫下N2O 排氣污染物排放量的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

5）顆粒物數(shù)量（PN）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.064 83，本次試驗(yàn)的PN=3.295 5×1011個(gè)/km，則常溫下顆粒物數(shù)量（PN）的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

6 擴(kuò)展不確定度結(jié)果

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

7 結(jié)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(jìn)行評價(jià)，各種污染物NOx，THC，CO，N2O，PN 的擴(kuò)展不確定度在試驗(yàn)結(jié)果的占比分別為5.48%，1.54%，0.82%，15.52%，12.97%，此結(jié)果是可以接受的。對于測試系統(tǒng)要加強(qiáng)管理，提高儀器設(shè)備的使用等級或校準(zhǔn)工作中的精確度，嚴(yán)格控制標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的質(zhì)量和等級，試驗(yàn)結(jié)果在一定置信程度下的置信范圍是可以被接受的。