国Ⅵ轻型车排放污染物不确定度评价

周猛 解难 杨帆 李春

（中国汽车技术研究中心有限公司）

近年来，排放法规日益严格，排放限值不断降低，同时轻型车排放控制技术不断提高，轻型车的污染物排放量已大幅度降低，许多车型都已满足国Ⅵ法规的要求。试验室排放设备对于超低排放的精度控制日益重要，为了评估试验室设备的精度控制范围，文章引入国Ⅵ轻型车排放污染物不确定度评价，选取一辆国Ⅵ试验车，进行3 次国Ⅵ法规Ⅰ型排放试验，根据试验结果和试验设备综合考虑，得出污染物排放不确定度并进行评价，考量试验结果的置信程度。

1 国Ⅵ轻型车排放污染物不确定度评价概述

根据GB 18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》[1]对试验车进行I 型排放试验，再根据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评价和表示》[2]对试验结果进行不确定度评价，试验使用仪器设备、设备偏差或不确定度如下。

1）底盘测功机：转鼓速度最大偏差为0.03 km/h；

2）排气取样系统：最大允许误差为0.3%；

3）分析设备：最大允许误差为分析仪线性化检查结果中的最大偏差值；

4）气象站：温、湿度的测量准确度分别为±0.1 ℃和0.1%；

5）标准气体：C3H8，CO，NOx，N2O 的相对扩展不确定度分别为0.01，0.005，0.05，0.02；

6）颗粒物数量取样系统：系统最大允许总误差为10%，流量最大允许误差为5%，挥发性粒子去除效率最大允许误差为1%。

2 影响因素分析及评定方法的确定

影响轻型车常温排放污染物试验的因素及不确定度的因果关系，如图1 所示[3]。

图1 常温下气态污染物排放量不确定度因果关系图

3 建立数学模型

3.1 确定常温气态排放物合成相对标准不确定度

根据GB 18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》[1]中的I 型试验，以汽油车的NOx为例来说明不确定度的计算。其常温下排气污染物排放量的计算公式如下（这里只计算市区阶段的污染物，市郊阶段的类似）。

式中：M——污染物i 的排放量，mg/km；

Vmix——稀释排气体积，L；

ρi——在标准状态下（273.2 K 和101.33 kPa）污染物i 的体积质量，对于NOx为2.05 g/L；

kH——用于计算NOx排放量的湿度校正系数（对于HC 和CO 没有湿度修正）；

Ci——稀释排气中污染物i 的浓度，并用稀释空气中所含污染物i 的含量进行校正后的数值，10-6；

d——车辆按运转循环试验时所行驶的实际距离，km；

V——稀释排气的容积（校正至标准状态273.2 K和101.33 kPa），L；

PB——试验室内大气压力，kPa；

P1——容积泵进口处相对于环境大气压的真空度，kPa；

TP——试验期间进入容积泵的稀释排气平均温度，K。

为了校正湿度对NOx测量结果的影响，采用如下计算公式：

式中：H——绝对湿度（m水/m干空气），g/kg；

Ra——环境空气的相对湿度，%；

Pd——环境温度下的饱和蒸气压，kPa。

取样袋中污染物的校正浓度的计算如下：

式中：Ce，Cd——稀释排气、稀释空气中测得的污染物i的浓度，10-6；

DF——稀释系数。

考虑上述影响测量不确定度的所有来源，建立NOx输出量的不确定度来源（MNOx）的数学模型如下：

设Z=1-0.032 9（H-10.71）[4]，则：

则常温下NOx排气污染物排放量的相对合成标准不确定度为：

3.2 灵敏系数

c（Vmix）=1，为混合排气容积的灵敏系数；c（Ci）=1，为稀释排气中污染物的校正浓度的灵敏系数；c（d）=1，为车辆试验时的实际行驶距离的灵敏系数；c（Z）=1，为自变量Z 的灵敏系数。

4 计算测试结果合成相对标准不确定度

计算过程以NOx和PN 为例，试验结果的不确定度有关的物理量及测试结果，如表1 所示。

表1 与试验结果的不确定度有关的物理量及测试结果

4.1 Vmix的相对标准不确定度

根据采样系统说明书，其最大允许误差为±0.3%，区间内服从均匀分布，包含因子（k）为，由此引入的相对标准不确定度u（rVmi）x为：

4.2 PN系统的相对标准不确定度

PN 系统的相对标准不确定度由粒子计数精度、流量测量精度及挥发性粒子去除效率精度三部分合成。

1）根据设备说明书，测量最大允许误差为10%，区间内服从均匀分布，则粒子计数精度引入的相对标准不确定度ur（PN1）为：

2）根据设备说明书，流量测量最大允许误差为5%，区间内服从均匀分布，则流量测量引入的相对标准不确定度ur（PN2）为：

3）根据设备说明书，挥发性粒子去除最大允许误差为1%，区间内服从均匀分布，则挥发性粒子去除引入的相对标准不确定度ur（PN3）为：

3 个分量互不相关，其合成标准不确定度ur（PN）为：

4.3 稀释排气中污染物浓度（Ci）的相对标准不确定度

稀释排气中污染物浓度Ci的相对标准不确定度由分析设备和标准气体两部分合成。

1）标准气体生产厂已经给出NOx的相对扩展不确定度为0.05，k=2，则标准气体引入的不确定度u（C1）为：

2）分析设备的误差为最近分析仪线性化检查结果中的最大偏差值，对于NOx，最大偏差值为1.28%，区间内服从均匀分布，由此引入的标准不确定度u（C2）为：

2 个分量互不相关，其合成标准不确定度u（Ci）为：

稀释排气中污染物浓度Ci的合成相对标准不确定度ur（Ci）为：

4.4 自变量（Z）的相对标准不确定度

根据说明书，绝对湿度（H）的测量最大允许误差为±5%，H 的变化为±9.338×0.05=±0.466 9 g/kg。区间内服从均匀分布，区间半宽为0.459 g/kg，由此引入的标准不确定度u（Z）为：

自变量Z 的相对标准不确定度ur（Z）为：

4.5 车辆试验时的实际行驶距离（d）的相对标准不确定度

根据四驱底盘测功机核查报告，转鼓速度的最大偏差值为0.03 km/h，测试时间为589 s，则车辆的实际行驶距离偏差为（0.03×1 000×589）/3 600=±0.004 9 m，区间内服从均匀分布，区间半宽为0.004 9 km，由此引入的标准不确定度u（d）为：

车辆试验时的实际行驶距离（d）的相对标准不确定度ur（d）为：

5 排放污染物合成标准不确定度计算结果

根据设备误差、精度、包含因子得出相对标准不确定度，从而计算各污染物合成相对标准不确定度，乘以各污染物测量结果得出各污染物合成标准不确定度。

1）NOx排放物合成标准不确定度。将所有来源的不确定度值和灵敏系数代入，得到合成相对标准不确定度为0.027 4，本次试验的MNOx=12.26 mg/km，则常温下NOx排气污染物排放量的合成标准不确定度为：

2）经过计算，THC 排放物合成标准不确定度为0.007 7，本次试验的MTHC=19.14 mg/km，则常温下THC排气污染物排放量的合成标准不确定度为：

3）经计算，CO 排放物合成标准不确定度为0.004 1，本次试验的MCO=117.87 mg/km，则常温下CO 排气污染物排放量的合成标准不确定度为：

4）经计算，N2O排放物合成标准不确定度为0.077 6，本次试验的MN2O=1.16 mg/km，则常温下N2O 排气污染物排放量的合成标准不确定度为：

5）颗粒物数量（PN）合成标准不确定度为0.064 83，本次试验的PN=3.295 5×1011个/km，则常温下颗粒物数量（PN）的合成标准不确定度为：

6 扩展不确定度结果

将各污染物合成标准不确定度乘以包含因子，得出各污染物扩展不确定度。取k=2，则各污染物的扩展不确定度（U）分别为：

7 结论

综上，此次国Ⅵ轻型车排放污染物不确定度主要是从排放测试系统方面进行评价，各种污染物NOx，THC，CO，N2O，PN 的扩展不确定度在试验结果的占比分别为5.48%，1.54%，0.82%，15.52%，12.97%，此结果是可以接受的。对于测试系统要加强管理，提高仪器设备的使用等级或校准工作中的精确度，严格控制标准物质的质量和等级，试验结果在一定置信程度下的置信范围是可以被接受的。