薛黎明　萬(wàn)亮亮　彭德文　夏雨

摘 要：基于便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)，在不同試驗(yàn)路線下對(duì)國(guó)Ⅵ重型柴油車(chē)進(jìn)行了PEMS試驗(yàn)研究。研究表明，不同試驗(yàn)路線下，整車(chē)排放結(jié)果與法規(guī)的符合性存在差異，高速道路連續(xù)爬坡行駛對(duì)PN排放影響較大。研究結(jié)果對(duì)提高重型柴油車(chē)排放監(jiān)管的科學(xué)性，開(kāi)發(fā)穩(wěn)定可靠的道路測(cè)試及評(píng)價(jià)方法具有一定參考意義。

關(guān)鍵詞：國(guó)六 車(chē)載法 PEMS 排放

Research on PEMS Test of National VI Heavy Duty Diesel Vehicle under Different Test Routes

Xue liming Wan Liangliang Peng Dewen Xia Yu

Abstract：Based on the portable emissions measurement system PEMS， PEMs test was carried out on national VI heavy duty diesel vehicle under different test routes. The results show that the compliance of vehicle emission results with the regulations is different under different test routes， and continuous climbing on high-speed road has great influence on PN emission. The research results have certain reference significance for improving the scientificity of heavy duty diesel vehicle emission regulation and developing stable and reliable road test and evaluation methods.

Key words：national VI， PEMS method， PEMS， emission

1 前言

世界各國(guó)越來(lái)越重視基于實(shí)際道路的機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放測(cè)試方法，歐洲第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)EPA 2010排放標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)第五、六階段排放標(biāo)準(zhǔn)都先后引入PEMS（車(chē)載排放測(cè)試系統(tǒng)），作為實(shí)際道路整車(chē)排放測(cè)試和管理手段。

本研究嚴(yán)格按現(xiàn)有國(guó)Ⅵ法規(guī)[6]，規(guī)劃2條典型試驗(yàn)路線，利用PEMS在不同試驗(yàn)路線下對(duì)國(guó)Ⅵ重型柴油車(chē)污染物排放進(jìn)行了對(duì)比研究。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

本研究采用美國(guó)Sensers公司SEMTECH-DS+便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括氣體分析系統(tǒng)（測(cè)量CO、CO2、NOx）、顆粒物分析系統(tǒng)（測(cè)量PN數(shù)量）、排氣流量計(jì)（測(cè)量排氣質(zhì)量流量、排氣溫度與壓力等）、OBD數(shù)據(jù)采集模塊（讀取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度等）、氣象站及GPS（測(cè)量溫度、濕度、海拔、大氣壓等）等。

2.2 試驗(yàn)車(chē)輛

以2輛湖北大運(yùn)新生產(chǎn)的8*4國(guó)Ⅵ自卸車(chē)為研究對(duì)象，每輛車(chē)都配置了國(guó)Ⅵ發(fā)生機(jī)和后處理系統(tǒng)。車(chē)輛加載質(zhì)量為最大載荷的50%，燃油為普通市售柴油。

2.3 試驗(yàn)路線規(guī)劃

國(guó)Ⅵ法規(guī)要求試驗(yàn)路線應(yīng)包括：市區(qū)路、市郊路、高速路。2輛試驗(yàn)車(chē)均屬于N3類(lèi)，測(cè)試道路組成依次為20%的市區(qū)路、25%的市郊路和55%的高速路。試驗(yàn)開(kāi)始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)之間的海拔高度之差不得超過(guò)100m，并且試驗(yàn)車(chē)輛的累計(jì)正海拔高度增加量應(yīng)不大于1200m/100km。

路線一：十堰市鄖陽(yáng)區(qū)天馬大道-長(zhǎng)沙路-鄖陽(yáng)南高速口-武當(dāng)山高速口。該路線地勢(shì)起伏較大，以山區(qū)道路為主，具體路線見(jiàn)圖1。

路線二：武當(dāng)山-丹江口土關(guān)埡高速口（土武一級(jí)路）-襄陽(yáng)市龍王高速口。該路線地勢(shì)平坦，道路較平直，具體路線見(jiàn)圖2。

2.4 試驗(yàn)方法

測(cè)試開(kāi)始前對(duì)PEMS設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱，使之準(zhǔn)備就緒。對(duì)PEMS取樣系統(tǒng)進(jìn)行氣體泄漏檢查，按設(shè)備操作要求執(zhí)行氣體標(biāo)定（零標(biāo)定和量程標(biāo)定）。此外還應(yīng)吹掃排氣流量計(jì)，清除壓力測(cè)量端口冷凝物及柴油顆粒物。

測(cè)試過(guò)程中由兩塊12V鋰電池對(duì)PEMS設(shè)備不間斷供電。對(duì)車(chē)輛進(jìn)行預(yù)熱行駛，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度在70℃以上，測(cè)試正式開(kāi)始。由同一名經(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛員以正常駕駛習(xí)慣沿規(guī)劃路線行駛（按市區(qū)、市郊和高速的連續(xù)工況）。每輛試驗(yàn)車(chē)分別沿路線一、路線二各進(jìn)行1次試驗(yàn)，共進(jìn)行4次試驗(yàn)，各次試驗(yàn)起終點(diǎn)盡量保持一致。測(cè)試最短時(shí)間應(yīng)保證車(chē)輛累計(jì)功達(dá)到4～7倍的WHTC循環(huán)功，試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)設(shè)備進(jìn)行漂移檢查。各運(yùn)行道路平均車(chē)速及時(shí)間占比按表2規(guī)定，允許實(shí)際道路構(gòu)成比例有±5%的偏差。

2.5 判定方法

采用功基窗口法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和結(jié)果判定。當(dāng)一個(gè)區(qū)間累積做功等于瞬態(tài)循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)做功量時(shí)，定義該連續(xù)區(qū)間為一個(gè)功基窗口。功基窗口內(nèi)車(chē)輛排氣污染物排放總質(zhì)量與窗口內(nèi)做功量的比值即為窗口比排放（單位：g/kWh）。有效窗口：窗口平均功率大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的20%的窗口，有效窗口的比例大于等于50%。若有效窗口比例低于50%，則降低功率閥值，功率閥值最小不能小于10%。

在有效功基窗口中，要求90%以上小于表3規(guī)定的排放限值。同時(shí)要求有效數(shù)據(jù)點(diǎn)中（發(fā)動(dòng)冷卻液溫度在70℃以上至試驗(yàn)結(jié)束的所有測(cè)試數(shù)據(jù)點(diǎn)），95%以上小于500ppm的NOx排放濃度要求。

3 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

3.1 環(huán)境及海拔特征

4次試驗(yàn)均在夏季進(jìn)行，環(huán)境溫度28℃-35℃，符合國(guó)Ⅵ法規(guī)環(huán)境溫度應(yīng)不低于-7℃的要求。

3.2 行駛特征

功基窗口及有效數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。各運(yùn)行道路平均車(chē)速、時(shí)間占比均符合國(guó)Ⅵ法規(guī)中N3類(lèi)車(chē)輛規(guī)定，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)滿(mǎn)足車(chē)輛最低累計(jì)功要求。各次試驗(yàn)有效窗口比例均超過(guò)50%，試驗(yàn)結(jié)果有效。

3.3 試驗(yàn)判定結(jié)果

滿(mǎn)足排放限值的窗口比例及滿(mǎn)足NOx排放濃度要求的有效數(shù)據(jù)點(diǎn)比例見(jiàn)表2。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，各次試驗(yàn)CO、NOx滿(mǎn)足排放限值的窗口比例均達(dá)到100%。各次試驗(yàn)均滿(mǎn)足有效數(shù)據(jù)點(diǎn)中95%以上小于500ppm的NOx排放濃度要求。但各次試驗(yàn)PN排放結(jié)果存在差異：沿路線一行駛，2輛試驗(yàn)車(chē)PN排放滿(mǎn)足限值的窗口比例分別為84.8%、81.2%，均未達(dá)到90%，PN排放不符合法規(guī)要求;沿路線二行駛，2輛試驗(yàn)車(chē)PN排放滿(mǎn)足限值的窗口比例均為100%，超過(guò)90%，PN排放符合法規(guī)要求。

綜上所述，沿路線一行駛，2輛國(guó)Ⅵ重型柴油車(chē)排放均不符合國(guó)Ⅵ法規(guī)要求，主要原因?yàn)镻N排放超標(biāo);沿路線二行駛，2輛國(guó)Ⅵ重型柴油車(chē)排放均符合國(guó)Ⅵ法規(guī)要求。

3.4 PN排放超標(biāo)原因分析

因2輛試驗(yàn)車(chē)沿路線一試驗(yàn)時(shí)，起終點(diǎn)、環(huán)境、測(cè)試時(shí)長(zhǎng)、測(cè)試?yán)锍?、駕駛習(xí)慣、平均車(chē)速、時(shí)間占比等參數(shù)差異不大，可以排除上述因素影響。由路線一PN排放曲線（圖3）可以看出，2輛試驗(yàn)車(chē)在采樣時(shí)間4000秒附近（此時(shí)車(chē)輛為高速道路行駛工況），PN瞬時(shí)排放（紫色曲線）均明顯增大，PN窗口比排放（藍(lán)色曲線）均超過(guò)1.2*1012/kWh限值要求，分析為導(dǎo)致PN排放不合格的原因。

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，當(dāng)2輛試驗(yàn)車(chē)PN瞬時(shí)排放與窗口比排放出現(xiàn)峰值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、燃油消耗率、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、排氣質(zhì)量流量等值均明顯增大，推測(cè)在該點(diǎn)可能存在連續(xù)上坡道路。調(diào)取GPS海拔參數(shù)，在采樣時(shí)間4000s附近存在海拔持續(xù)增高現(xiàn)象，經(jīng)實(shí)地勘察，該點(diǎn)的確存在約5km的連續(xù)上坡高速道路，與推測(cè)結(jié)果一致。當(dāng)車(chē)輛高速爬長(zhǎng)坡時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩較大，噴油量增加，空燃比迅速下降，油氣混合均勻性變差，導(dǎo)致PN排放增加。且較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間導(dǎo)致2輛試驗(yàn)車(chē)PN排放超標(biāo)。

4 結(jié)論

基于便攜式排放測(cè)試系統(tǒng)（PEMS），對(duì)2輛國(guó)Ⅵ重型柴油車(chē)在不同試驗(yàn)路線下進(jìn)行了實(shí)際道路排放試驗(yàn)。研發(fā)發(fā)現(xiàn)，不同試驗(yàn)路線下，整車(chē)排放結(jié)果與法規(guī)的符合性存在差異，高速道路連續(xù)上坡行駛對(duì)柴油車(chē)PN排放影響較大。因重型柴油車(chē)排放受影響因素較多，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)和整車(chē)后處理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，減排能力應(yīng)保證一定的裕度。同時(shí)，開(kāi)發(fā)穩(wěn)定可靠的PEMS道路測(cè)試及評(píng)價(jià)方法仍是今后的研究重點(diǎn)。

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