车载排放测试技术的研究

朱荣福，冯云鹏，鲍　宇，王云龙，王　辉

(黑龙江工程学院 汽车与交通工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)



车载排放测试技术的研究

朱荣福，冯云鹏，鲍宇，王云龙，王辉

(黑龙江工程学院 汽车与交通工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050)

对定量评价机动车在特定运行状况下排放状况的问题，研制一种车载排放测试系统，该系统由排放分析仪、GPS、尾气流量计和便携式电脑等组成，可实现对汽车在实际道路行驶时的瞬时车速及HC、CO、NO等有害气体瞬时排放因子的测量与计算。车载道路实验结果表明：汽车冷起动阶段CO、HC、NOx排放较高，而怠速阶段质量排放浓度较低；汽车加速和减速交替阶段，HC和CO排放较高；在车速较高阶段，NOx排放较高。

汽油车；车载排放系统；速度；排放

现行的国家排放标准通常是采用实验室环境测量汽车排放，轻型车在底盘测功机上按一定的循环工况测量，而重型车则是在发动机台架上测量排放，这种测量方法获得的实验数据具有良好的重复性和准确性，但实验室工况不能完全体现汽车在实际道路行驶的工况，与驾驶员驾驶策略和交通情况等存在一定差异[1-2]。车载排放测量技术(portable emission measurement system,PEMS)是一种集成化、高精度车载排放分析系统，可以同时应用于汽油车辆和柴油车辆车载测试。它集高精度排放分析仪、GPS于一体，使之非常适合于车载实际道路行驶工况下的汽车尾气排放测试，可建立车辆实际道路排放数据资料库存及确认污染物移动模式与污染量的评估模型，并用于评估交通模式对于污染物排放的贡献率[3]。PEMS对汽车尾气进行直采，通过尾气流量计和排放分析仪，实时测量汽车排放的体积浓度和排气流量，从而获得汽车排放污染物的质量排放量，再通过GPS数据进行处理，获得汽车排放污染物的排放因子。这种技术与实验室循环工况测试相比具有较好相关性，并且能够反映出各种汽车实际道路排放特征[4-7]。

1　车载排放测试系统

1.1测试系统

本实验使用自行研制的车载排放测试系统，所需设备如表1所示，结构简图如图1所示，为方便将道路排放数据与车辆行驶数据对应，测试系统采样频率与GPS采样频率都为1 Hz[8]。

1.2数据处理

排放分析仪实测的气体污染物是经过除湿的，因此,其浓度为干基浓度，需转化为湿基浓度，如式(1)～式(3)所示[9-10]。

表1　车载排放测试系统设备

图1　车载排放测试系统

(1)

(2)

(3)

式中：Ci,w为污染物i的湿尾气浓度；Ci,d为污染物i的湿尾气浓度；i=HC时，结果需乘以两个系数；K为干湿基转换系数；y为燃料的H/C比，取1.85。

由于不同分析仪响应存在差异以及汽车排气管内尾气到排放分析仪存在滞后，经验性选取延时为8 s，数据处理时采用排放污染物质量浓度与排气时间流量手动对齐的方法。汽车的道路行驶工况如图2所示。

2　结果与分析

汽车在道路行驶过程中，其排放主要受汽车行驶速度(加速度)的影响，图3～图5给出了汽油车CO、HC、NOx质量浓度排放与车速的变化关系曲线。

从图中可以看出，汽油车CO、HC、NOx排放受车速影响而呈现剧烈变化，特别是在冷起动阶段，CO、HC、NOx质量浓度排放在整个测试过程中最高，这是因为汽车冷起动时，排气温度较低，三元催化转换器未达到起燃温度，转化效率较低导致的，而在约120 s之后，三元催化转化器温度上升，转化效率提高，CO、HC、NOx排放明显有所降低。

此外，汽车在怠速阶段，3种污染物的瞬时质量排放都较低，这是因为虽然在汽车怠速时，供给过浓的混合气，发动机体积浓度排放较高，但此时节气门开度较小，进气量较小，因此，以质量浓度为单位的总排放量较小。

由图3和图4可知，对于CO和HC瞬时质量浓度排放而言，其排放较高时通常对应车速发生变化，即汽车加速和减速交替阶段。这是因为汽车加速时，混合气过浓，部分燃料未能完全燃烧，HC排放增加；而汽车减速时，发动机减速前转速较高，进气管的高真空度导致发动机从怠速油路吸入较多的燃油，最终导致减速瞬间的混合气体过浓，HC排放增加。

图4　HC质量浓度排放与车速关系

由图5可知，NOx排放主要出现在汽车整个行驶过程的最后阶段，即车速较高阶段。这是因为汽车NOx排放的主要成分是NO，而NO排放生成的主要条件是高温，当发动机缸内温度从2 500 K提高到2 600 K时，NO排放生成速率增加一倍，而汽车高速行驶时，发动机转速较高，因此，导致了NOx排放的大量生成。

图5　NOx质量浓度排放与车速关系

3　结　论

应用自行研制的车载排放测试系统对汽车在实际道路行驶过程中的排放进行了测试，实验结果表明：

1)汽车冷起动阶段CO、HC、NOx排放较高，而怠速阶段质量排放浓度较低；

2)汽车加速和减速交替阶段，HC和CO排放较高；

3)在车速较高阶段，NOx排放较高；

4)该系统可实现车辆瞬时速度及HC、CO、NOx等有害排放气体的排放因子的测量，具有结构简单、成本低等特点。

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[责任编辑：郝丽英]

A study of portable emission measurement system

ZHU Rongfu,FENG Yunpeng,BAO Yu,WANG Yunlong,WANG Hui

(College of Automobile and Traffic Engineering,Heilongjiang Institute of Technology,Harbin 150050,China)

In order to accurately reflect the vehicle emissions change with operation condition，the PEMS(Portable Emission Measurement System) Is developed,which consists of emission analyzer,GPS,exhaust flow meter and mobile computer etc,and the PEMS can measure and calculate the instantaneous speed and emission characteristics of HC,CO,NO.The on-board experiment results show that,the emission of HC,CO,NOxis higher at cold start stage,while mass emission concentration is lower at idle; HC and CO are higher at the inflection point of speed;the NOxemission increases at the higher speed.

gasoline car；portable emission measurement system；speed；emission

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2016.05.004

2016-05-20

黑龙江工程学院大学生创新创业训练计划项目(201611802024)

朱荣福(1981-)，男，讲师，研究方向：汽车节能与环保.

TB47

A

1671-4679(2016)05-0012-03