摩托车污染物排放（第四阶段）测量不确定度评估分析

（天津大学内燃机研究所天津300072）

摩托车污染物排放（第四阶段）测量不确定度评估分析

纪迎平 王建超 宋涛 唐琳（天津大学内燃机研究所天津300072）

介绍了现有摩托车排放测量不确定度评估要求，分析了摩托车国四阶段排放标准的测试不确定度评估方式。

摩托车排放测量不确定度评估模型

引言

在巴黎气候大会上我国郑重承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。为实现这一目标需要全社会共同努力，具体到摩托车工业领域，对排放性能的优化设计和控制成了全行业的关注焦点。随着排放标准限值不断降低，测试要求愈加细化，测试结果的测量不确定度分析在评价产品最终符合性时的作用越来越明显。

1摩托车排放测量不确定度评估要求

测量不确定度是国际上通用的对测量、试验结果的可信性、可比性和可接受性的评估方法，早在2006年，中国合格评定国家认可委员会（CNAS）就提出了相关要求，并于2011年修订后发布了CNASCL07：2011《测量不确定度的要求》[1]，要求实验室应制定实施测量不确定度要求的程序并将其应用于相应的工作，检测系统的设计人员或熟练操作人员应评估相关项目的测量不确定度，并要求具体实施校准或检测人员正确应用和报告测量不确定度。2014年发布的CNAS-GL35：2014《汽车和摩托车检测领域典型参数的测量不确定度评估指南》更是对汽车和摩托车检测领域的测量不确定度评估建立具体规则[2]，并对汽车加速行驶车外噪声、商用车辆等速燃油消耗量、轻型车常温排放污染物（Ⅰ）型试验、前照灯配光性能、摩托车加速行驶噪声、摩托车燃油消耗量、摩托车工况法NOx排放试验共7项用示例明示评估方法。

依据上述两个文件的指导，GB14622-2007《摩托车污染物排放限值及测量方法（工况法，中国第Ⅲ阶段）》针对摩托车排放测量不确定度的评估从测试原理、测试仪器设备、测试程序出发，进行影响因素的分析和评估方法的确定，最终建立数学模型，运用计算公式进行分析并得到结论[3]。

影响排放污染物（Ⅰ）型试验的因素很多[4]，根据计算公式以及使用经验，确定主要包括：稀释排气的容积、湿度校正系数（对于NOx）、稀释排气中污染物的校正浓度、车辆试验时的实际行驶距离、试验室内大气压力、试验室内干球温度、标定用标准气体、采样系统、分析系统、底盘测功机的阻力设定、追踪风机的冷却风量、驱动轮胎压力、驾驶员驾驶特性以及试验用燃料特性。以NOx为例，其常温下排气污染物排放量的计算公式如下：

式中：MNOx为试验中排出的氮氧化物的质量；S为试验行驶距离；V为在温度为293.2 K，大气压力为101.33 kPa的条件下稀释排气总容积；dNO2为排气中氮氧化物的密度；NOxc为稀释排气中氮氧化物的容积浓度；Kh为湿度修正系数。

从公式中可以看出测量的主要影响因素包括：

1）测量重复性

2）稀释排气总容积

3）稀释排气中污染物的校正浓度

4）车辆试验时的实际行驶距离

5）车辆试验时绝对湿度（NOx污染物排放）

分析测量不确定度，找到影响测试结果的主要因素加以控制，可以有效地提高测试结果的可信性、可比性，是进行不确定度评估的积极意义所在。

2摩托车排放四阶段标准变化

CNAS-GL35：2014的示例依据GB14622-2007中国第Ⅲ阶段排放标准工况法试验进行。众所周知，国四阶段的摩托车排放标准已经过几年的酝酿和修订，已正式发布即将实施。

新版标准规定了型式核准的申请和批准、型式核准试验限值要求及试验方法，包括：Ⅰ型试验（常温下冷起动后排气污染物排放试验）、Ⅱ型试验（双怠速试验或自由加速烟度试验）、Ⅲ型试验（曲轴箱污染物排放试验）、Ⅳ型试验（蒸发污染物排放试验）、Ⅴ型试验（污染控制装置耐久性试验）、车载诊断（OBD）系统要求、生产一致性检查试验、型式核准扩展等内容。

标准污染物控制为排气污染物和蒸发污染物，对于装有点燃式发动机的摩托车，排气污染物指排气管排放的气态污染物，包括：一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）；对于装有压燃式发动机的摩托车，排气污染物除上述气态污染物之外，还包括排气的烟度和颗粒物。

GB 14622—2016与2007版标准相比较有诸多不同，针对I型试验部分主要集中在：

1）测试循环

两轮摩托车采用GTR2所规定的WMTC试验循环；三轮摩托车采用ECE R40的15工况测试循环；轻便摩托车采用ECE R47的测试循环。轻便摩托车和三轮摩托车的测试循环与欧盟的法规一致，其换挡要求也与GB14622-2007一致。

两轮摩托车的测试循环与国三阶段有较大不同，等同采用了全球技术法规GTR2的测试循环，更接近摩托车实际道路的行驶特征，每个循环持续600 s，第一阶段为低速部分，代表市区内道路情况，第二阶段代表乡村公路，第三阶段代表高速道路情况。WMTC循环相较于国三阶段的ECE循环，由于变工况占的比例相当大，平均车速又高，对车辆的要求也就更加严格。

标准中对WMTC测试循环的换挡点规定了具体的加挡、减挡计算公式。国三阶段给出的换挡指标是当前挡位数和发动机转速的范围值，驾驶员的主观感受对换挡有一定影响。国四标准中规定了换挡时的车速，通过规定的计算公式得出不同车辆的加挡、减挡时的车速，既可以体现新标准的公平性和透明度，又方便驾驶员的操作。

2）测试基准燃料

排放四阶段标准所用基准燃料，包括无铅汽油、柴油、LPG基准燃料和NG基准燃料。本标准拟采用GB 18352.3-2005中关于油品的技术参数作为试验用汽油基准燃料的指标，同时，参照GB17930-2013的要求，增加对终馏点温度、硫醇、铁、锰含量的要求。试验用基准燃料要求是基于标准实施时在市场上销售的燃料水平，在此基础上，对比选择燃料指标控制范围相对固定的燃料，这样有利于排放试验结果的重复性和再现性。

3不确定度评估分析

结合排气污染物排放量计算公式和数学模型，上述测试循环变化主要影响车辆试验时实际行驶距离，其不确定度由两部分构成，一部分是驾驶员的驾驶特性（操作偏差）造成的里程偏差，另一方面是底盘测功机的测量系统误差造成的里程偏差。

——底盘测功机的系统误差相对于测试系统是固定的，可以通过校准、标定等方式得到具体的不确定度分量，通过设备的技术升级可以有效降低影响。

——由于WMTC测试循环变工况较多，换挡要求更加细致，测试过程中车辆的实际行驶情况对最终结果影响加大，驾驶员驾驶特性是主要影响因素。因为驾驶员通过使用油门、离合器以及制动踏板，影响了发动机的燃烧，进而影响排放量。降低这一影响因子，具体方法包括加强驾驶员的专业驾驶技能培训、不同车型使用相对固定的驾驶员、进行不同实验室间驾驶员的比对、增加试验次数等，最终使得车辆的实际行驶情况尽可能地接近标准工况。

依据CNAS-GL35的分析，试验用燃料特性中影响整车排放的主要因素是辛烷值、蒸汽压、组分（苯、烯烃和芳烃含量）和硫含量。辛烷值直接影响汽油和空气的混合以及燃烧质量；蒸汽压影响汽油的挥发性，从而影响冷启动特性和发动机燃烧特性；组分影响发动机的燃烧特性；硫含量影响后处理系统的工作效率。不同批次、产地的基准燃料会有具体指标的差异，燃料对测量结果的影响归为重复性因素，统一基准燃料加工供应或增加测试次数可以有效地减少燃料对测量结果的最终影响。

4结论及分析

综上所述，摩托车排放四阶段标准不确定度评估的数学模型与国三阶段相比无重大变化，结合四阶段标准优化的测试方法、更加严格的限值要求，通过不确定度评估找到系统的关键影响因子，进行有针对性的改进，使得测试结果更加符合测量要求，将是实验室的重要技术课题。

1中国合格评定国家认可委员会.CNAS-GL07：2011测量不确定度的要求[S].北京：中国标准出版社，2011

2中国合格评定国家认可委员会.CNAS-GL35：2014汽车和摩托车检测领域典型参数的测量不确定度评估指南及实例[S].北京：中国标准出版社，2014

3国家环境保护总局科技标准司.GB 14622-2007摩托车污染物排放限值及测量方法（工况法，中国第Ⅲ阶段）[S].北京：中国环境科学出版社，2007

4刘亚飞，禚爱红，刘波.摩托车工况法排放测量结果的不确定度分析[J].摩托车技术，2014（4）：46-50

Analysis of Measurement Uncertainty for Emissions of Pollutants from Motorcycles(ChinaⅣ)

Ji Yingping，Wang Jianchao,Song Tao,Tang Lin
Tianjin Internal Combustion Engine Research Institute（Tianjin,300072,China)

This paper introduces the requirements of the measurement uncertainty evaluation of motorcycle emission measurement,and analyzes the measurement uncertainty evaluation method of the ChinaⅣemission standard of motorcycle.

Motorcycle,Emissions,Uncertainty evaluation,Calculation model

TK411+.5

A

2095-8234（2016）06-0039-03

2016-08-29）

纪迎平（1977-），女，高级工程师，主要研究方向为摩托车测试技术以及相关标准法规。