武 鑫 鄧 蛟 錢 超 吳凱亮

（華業(yè)檢測技術(shù)服務(wù)有限公司 江蘇 蘇州 215000）

引言

近年來，隨著整車實際道路排放試驗相繼被加入到我國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]、HJ 857-2017《重型柴油車、氣體燃料車排氣污染物車載測量方法及技術(shù)要求》[2]及GB 17691-2018《重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》[3]、HJ 1014-2020《非道路柴油移動機械污染物排放控制技術(shù)要求》[4]等排放標準中，作為整車實際道路排放試驗的主要測試工具，便攜式排放測試系統(tǒng)（PEMS）受到國內(nèi)外學者的重點關(guān)注。Gurdas S.Sandhu 等[5]研究了PEMS 對車輛排放誤差的影響因素，指出PEMS、ECU及GPS 數(shù)據(jù)之間的時間不同步會對最終的污染物排放結(jié)果及油耗帶來較大影響；楊國棟[6]利用一輛輕型柴油車對比了PEMS 和CVS（全流定容稀釋采樣系統(tǒng)）之間的差異，指出在使用PEMS 進行排放測試時，建議增加設(shè)備擴展系數(shù)，以增加測試結(jié)果的可行性；郭勇等[7]研究了PEMS 在不同環(huán)境下的重復性差異，指出對排放濃度較高的污染物，PEMS 的測試結(jié)果重復性較好，而對低濃度的污染物重復性較差，尤其在低溫環(huán)境下差異更為明顯。

目前，國內(nèi)外關(guān)于PEMS 測量精度的研究主要基于柴油車，基于汽油車能否取得相應(yīng)的研究成果還不得而知。為此，本文選用一輛滿足國六排放標準的輕型汽油車，在底盤測功機上將PEMS 抽出的排氣補充到CVS 中，按照GB 18352.6-2016Ⅰ型試驗標準，采用WLTC 循環(huán)進行3 組排放型式認證試驗，對比PEMS 與實驗室測試系統(tǒng)測量結(jié)果的差異，為更合理評估整車實際道路排放水平提供參考。

1 試驗內(nèi)容及方法

1.1 試驗車輛

選用一輛滿足國六排放標準的M1 類汽油車，發(fā)動機減排技術(shù)采用GDI+TWC+GPF 路線。車輛主要參數(shù)如表1 所示。

表1 車輛主要參數(shù)

1.2 測試設(shè)備

實驗室測試系統(tǒng)包含輕型底盤測功機、環(huán)境艙、全流定容稀釋采樣系統(tǒng)（CVS）、顆粒物數(shù)量（PN）排放測量設(shè)備。PEMS 包含氣體分析儀、顆粒物計數(shù)單元、排氣流量計、氣象站、OBD（車載自動診斷系統(tǒng)）。其主要技術(shù)規(guī)格如表2 所示。

表2 測試設(shè)備主要技術(shù)規(guī)格

1.3 測試方法及判定依據(jù)

1.3.1 測試方法

首先，將PEMS 安裝在試驗車后備箱內(nèi)，用耐高溫硅膠管將排氣流量計（皮托管）與試驗車排氣尾管相連接。其次，在皮托管末端增加一段不銹鋼彎管，然后將彎管與全流定容稀釋采樣系統(tǒng)（CVS）的排氣管路相連接，以便降低CVS 吸力對PEMS 排氣流量計的干擾。最后，在試驗開始前完成對CVS 氣體分析儀和PEMS 氣體分析儀的零點及量距點檢查，并保證每次試驗前冷卻水溫度、機油溫度都在（23±2）℃內(nèi)。

由于GPS 無法在環(huán)境艙中使用，可通過OBD 來讀取車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度等信息。按照WLTC 循環(huán)，2 套測試系統(tǒng)同時采樣記錄。

1.3.2 判定依據(jù)

根據(jù)GB 18352.6-2016 附件DD.9、DD.10 的標準要求計算由PEMS 測量的氣態(tài)污染物瞬時質(zhì)量排放（g/s）及顆粒物瞬時數(shù)量排放（#/s），對于氣態(tài)污染物，將測量結(jié)果相加得到氣態(tài)污染物總質(zhì)量排放（g），再除以底盤測功機測試的試驗車輛行駛距離（km）。需要注意的是，由PEMS 測量的NOx排放測量結(jié)果應(yīng)進行濕度修正；對于顆粒物數(shù)量（PN），將測量結(jié)果（#）除以底盤測功機測試的試驗車輛行駛距離（km）。PEMS 和實驗室測試系統(tǒng)測得的氣態(tài)污染物比排放（g/km）以及PN 比排放（#/km）之間的差異應(yīng)滿足GB 18352.6-2016 附件DC.2.3 的標準要求。為了便于將PEMS 的排氣流量與CVS 的排氣流量進行比對，需要先將CVS 的排氣流量除以稀釋系數(shù)得到稀釋前排氣流量，其中稀釋系數(shù)DF 可通過以下公式確定：

式中：CCO2、CHC、CCO分別為稀釋排氣中CO2、HC、CO的體積分數(shù)，10-6。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 氣態(tài)污染物質(zhì)量排放以及顆粒物數(shù)量排放對比

圖1 為PEMS 與實驗室測試系統(tǒng)測量的氣態(tài)污染物質(zhì)量排放以及顆粒物數(shù)量排放相對誤差對比。

圖1 PEMS 與實驗室測試系統(tǒng)測量的氣態(tài)污染物質(zhì)量排放以及顆粒物數(shù)量排放相對誤差對比

從圖1 可以看出，第1、第2、第3 組試驗，PEMS的CO 質(zhì)量排放分別比實驗室測試系統(tǒng)低32.97%、28.25%、33.73%。主要原因是PEMS 中CO 分析儀的量程偏大，試驗時測量的CO 濃度負值較多，無法真實反映整車的CO 排放水平；而3 組試驗，PEMS 的CO2質(zhì)量排放與實驗室測試系統(tǒng)相差甚微，說明3 組試驗的車輛狀態(tài)都保持相對穩(wěn)定；第1 組試驗，PEMS 的NOx質(zhì)量排放比實驗室測試系統(tǒng)高7.43%，第2、第3 組試驗，PEMS 的NOx質(zhì)量排放分別比實驗室測試系統(tǒng)低1.66%、9.06%。原因是NOx主要來源于加速工況，PEMS 是直接采樣，采樣點的尾氣無法真實反映實際排放的尾氣濃度，而實驗室測試系統(tǒng)屬于稀釋采樣，采樣點的尾氣更具有代表性；第1、第2、第3 組試驗，PEMS 的PN 排放分別比實驗室測試系統(tǒng)高40.67%、45.86%、51.72%，原因是PEMS 采樣點更靠近汽車排氣管尾端，在冷起動階段，PEMS易出現(xiàn)更多的PN 排放峰值。

2.2 排氣流量驗證

圖2、圖3、圖4 分別為第1、第2、第3 組試驗PEMS 與CVS 的排氣流量相關(guān)性。其中，y 表示PEMS 的排氣流量，x 表示CVS 的排氣流量。

圖2 第1 組試驗PEMS 與CVS 的排氣流量相關(guān)性

圖3 第2 組試驗PEMS 與CVS 的排氣流量相關(guān)性。

圖4 第3 組試驗PEMS 與CVS 的排氣流量相關(guān)性。

從圖2、圖3、圖4 可以看出，PEMS 與CVS 的排氣流量跟隨性較好，但PEMS 對低速工況的測量更為敏感。原因是CVS 的排氣流量是通過稀釋系數(shù)轉(zhuǎn)換而來，而稀釋系數(shù)是一個理論配比系數(shù)，并不能代替實際水平。第1、第2、第3 組試驗，PEMS 與CVS的排氣流量相關(guān)系數(shù)R2分別為0.893 7、0.949 8、0.936 5，但斜率無法滿足1.000±0.075 要求，主要是在小排氣流量區(qū)間，PEMS 的排氣流量與CVS 相差過大所致。

3 結(jié)論

1）第1、第2、第3 組試驗，PEMS 的CO 質(zhì)量排放分別比實驗室測試系統(tǒng)低32.97%、28.25%、33.73%，未來希望能優(yōu)化PEMS 中CO 分析單元的量程。

2）第1 組試驗，PEMS 的NOx質(zhì)量排放比實驗室測試系統(tǒng)高7.43%，第2、第3 組試驗，PEMS 的NOx質(zhì)量排放分別比實驗室測試系統(tǒng)低1.66%、9.06%。

3）第1、第2、第3 組試驗，PEMS 的PN 排放分別比實驗室測試系統(tǒng)高40.67%、45.86%、51.72%。

4）PEMS 與CVS 的排氣流量相關(guān)性較好，第1、第2、第3 組試驗，PEMS 與CVS 的排氣流量相關(guān)系數(shù)R2分別為0.893 7、0.949 8、0.936 5，但還需進一步優(yōu)化CVS 排氣流量的計算公式，降低由計算誤差帶來的干擾。