探讨加载减速法检测的统一性和安全性

开平市恒量汽车检测站名师工作室 张郁森

我国2005年7月1日实施并沿用多年的《压燃式发动机汽车排气可见污染物排放限值及测量方法》（GB 3847—2005）采用加载减速法（又称LugDowm法）检测柴油车尾气排放光吸收系数，该检测方法借鉴了香港特别行政区对抽查废气超标在用柴油车维修后的检测原理。随着汽车制造技术和控制技术的发展，该检测原理和方法已不再适合对现代柴油车的检测。主要原因有：同一型号不同技术状况的在用柴油车，检测时最大轮边功率与发动机额定功率比值在40%～75%，没有统一的轮边功率加载；另外，检测方法没有把光吸收系数修正在统一基准温度和气压下，即同一辆车在不同的环境温度下检测，废气排放温度和气压不同会使检测值有所不同，就好像不同试卷的考试得分没有可比性一样。

柴油发动机排放污染物检测，与汽油发动机排放污染物检测方法有所不同，参照国外在用汽油车无过加载废气检测方法，无论是等速工况还是加速工况，检测时，不管发动机最大功率如何有差异，不同车型相同基准质量在用车加载负荷均为一致，且加载负荷小于发动机额定功率以确保安全，检测时采用规定力控制，不会出现过载，因而不易损坏发动机和车辆。我国新版《柴油车污染物排放限值及测量方法（自由加速法及加载减速法）》（GB 3847—2018）对旧版GB 3847—2005做了调整，即不评价最大轮边功率车速对应的发动机转速，且最大轮边功率与发动机额定功率之比限值由原来的50%下调为40%，从而降低了车辆在检测中的安全风险，同时，新版标准还要求各检测机构采用OBD控制技术，以防止车主对加速踏板的限位。

本文通过将旧版GB 3847—2005和新版GB 3847—2018进行比对，重点介绍了轮边功率加载在检测中的应用，并例举了2个检测实例进行说明。同时，笔者阐述了新版GB 3847—2018在检测中的实用性，针对柴油车尾气排放不透光烟度检测，提出自己的见解，希望与同行们共同探讨交流。

1 检测时轮边功率加载

柴油车检测时，如何确定最大轮边功率时转鼓线速度（VelMaxHP），现行标准中有3种检测方法。

（1）标定法。VelMaxHP=最高转鼓线速度×发动机额定转速/最大发动机转速，其缺陷是难以确认发动机额定转速，且测量发动机最大转速的准确性并不理想。

（2）动态功率扫描法。对被测车逐步加载，寻求F×v（F为被测车发动机传递给车轮的驱动力，v为车轮线速度或滚筒线速度）最大值点所对应的滚筒运行线速度值为VelMaxHP，其缺陷是准确性差，且长时间踩加速踏板在发动机全负荷工况下过加载，使大惯量系统减速存在不安全因素。目前，国内机动车检测机构多数采用该方法。

（3）《道路运输车辆综合性能要求和检验方法》（GB 18565—2016）柴油机稳定调速率法，其原理见《道路运输车辆综合性能检验与技术等级评定》一书，VelMaxHP=0.86×最高转鼓线速度（额度功率车速ve=0.86×va，va为变速器挂挡状态下全加速踏板时台架空载最高稳定车速），无需测量发动机转速，也无需发动机额定转速参数，更无需极不安全的动态功率扫描，大幅提高了确定VelMaxHP车速点的准确性和安全性。

图1 重型柴油车加载减速工况法曲线（截屏）

为了分析和比较上述3种方法，笔者以2辆柴油车实测时的曲线图为例，图1为一辆重型柴油车实测的加载减速工况法曲线图，该车发动机额定功率为139 kW，额定转矩转速等于0.67倍额定转速，底盘测功机未加载时最高车速为59.3 km/h，该车稳定调速率≤10%，最大发动机转速≤1.1×发动机额定转速。按标定法，真实的VelMaxHP=59.3×1/1.1=53.9 km/h，而实际检测是按动态功率扫描法，寻找到的VelMaxHP=39.6 km/h，误差为（39.6-53.9）/53.9=-26.5%，负偏误差太大，不能准确有效地检测、评价和控制废气排放。如果按柴油车稳定调速率法，VelMaHxP=0.86×59.3=51.0 km/h，误差为-5.3%，基本保证了VelMaxHP的准确性，由于加载时车轮半径减小，发动机额定转速实际误差更小。

检测最大轮边功率为98.4 kW，与发动机额定功率139 kW之比为70.8%，远大于限值的40%，轮边功率限值为0.4×139=55.6 km/h，检测轮边功率比限值轮边功率大98.4/55.6=1.77倍。显然，当最大轮边功率98.4 kW时废气排放不合格，限位加速踏板减小轮边功率时废气排放则减小反而合格，因此，加载负荷和废气检测值没有统一性。

图2 轻型柴油车加载减速工况法曲线（截屏）

图2所示为一辆轻型柴油车加载减速工况法曲线图，按动态功率扫描法，从车速和功率曲线估算，最大发动机转速对应车速约为75 km/h，真实的VelMaxHP=75/1.1=68.2 km/h，检测的VelMaxHP=60 km/h，误差为（60-68.2）/68.2=-12.0%。动态扫描最大轮边功率约为30 kW，对应车速为60 km/h，100%VelMaxHP车速点的稳态功率约为24.5 kW，过加载为（30-24.5）/24.5=22.4%，最大加载功率约为47 kW，最大过加载为（47-24.5）/24.5=91.8%，这种冲击过加载容易损坏或损伤被检车的发动机，检测中存在不安全因素。

采用稳定调速率法和恒力加载检测，主要针对VelMaxHP点、轮边功率和评价K（光吸收系数）的检测。检测时，保持加速踏板踩到底位置，电涡流机按规定轮边功率恒力加载，直至车速稳定为vw（没有过加载）。当vw大于等于VelMaxHP，动力性合格；继续检测，当vw小于VelMaxHP，动力性不合格，结束检测，评价为不合格。如继续检测，当车速在规定范围稳定10 s后，开始检测并判断K值的稳定性，当前的K值与前10 s的K值之差在±5%或±0.1 m-1（两者取大值）范围，判定发动机和废气排放已处于稳定状态，结束该车速点检测，取最后10 s内的平均值作为检测值（确保稳态检测）。

80%VelMaxHP点检测，评价K值和NO排放，按《中小功率內燃机第1部分：通用技术条件》（GB/T 1147.1）要求，车用的转矩储备率≥10%，最大转矩点转速与标定转速之比≤70%。当发动机加速至80%VelMaxHP点时开始检测，各种柴油车最大转矩转速约为65%额定转速，最大转矩约为115%额定功率点转矩。假设最大加速踏板的轮边驱动功率等于规定轮边加载功率，即vw=VelMaxHP，统计80%VelMaxHP点的发动机转矩约等于1.08倍的VelMaxHP点发动机转矩，可以在80%VelMaxHP点的加载力等于1.08倍VelMaxHP点的加载力，同样保证了该点加载的统一性和安全性，此车速点是检测发动机转速降低、驱动力增加、供油量加大后的排放。操作上略微减小加速踏板力使发动机减速过渡到较低车速（不是最大加速踏板过加载减速过渡），恒力控制很快就能达到稳定状态，然后调整加速踏板位置使车速稳定在0.8VelMaxHP±1.5 km/h范围内，当车速稳定10 s后，开始判断NO检测值的稳定性，当前的NO值与前10 s的NO值之差在±3%或±50×10-6（两者取大值）范围内，判定发动机和废气排放已处于稳定状态，结束该车速点检测，取最后10 s的平均值作为检测值。

稳定调速率法的优点，因采用0.4Pe（Pe为发动机额定功率）轮边功率来确定VelMaxHP车速点轮边加载力，对所检在用车加载力和检测值是唯一的，确保了检测和评价的一致性，所确定的加载负荷小于发动机额定功率，不仅把恒速控制改变为恒力控制，而且消除了检测过程中的过加载，提高了检测和评价的准确性，同时提高了操作安全性。

GB 3847—2018没有80%VelMaxHP点最大加速踏板的功率限值，也没有规范用OBD检查和判断最大加速踏板位置，笔者认为，在该车速点测量光吸收系数和NO排放，标准不够严谨有操作漏洞，引车员在100%VelMaxHP点检测光吸收系数和最大轮边功率合格后，松加速踏板，让发动机稳定在小负荷下继续检测，使光吸收系数和NO排放减小而合格。笔者认为，如果采用恒力加载不仅使加速踏板限位失去意义，检测时也可消除操作上的漏洞。

2 探讨光吸收系数修正

笔者从事机动车检测工作多年，通过分析认为，柴油车尾气排放不透光烟度检测，K值容易受废气温度和气压变化的影响。检测中，不透光烟度计烟道腔体加热70 ℃是防止废气冷凝，但抽取的废气温度并非腔体内的废气温度，且各型柴油车排气管长度有差异，排气管内的温度和气压也有差异。柴油车排放的废气中炭颗粒为固体物，膨胀系数很小，因此，废气温度和气压变化对炭颗粒影响不大，可忽略不计；而废气气体体积VQ受温度和气压影响，膨胀系数较大，不可忽略不计。为保证检测和评价的统一性，应把不同废气温度、气压下所检测的K值，按基准温度、气压进行修正，否则检测和评价没有统一性和公正性。

笔者认为，光吸收系数修正，可采用用气体状态方程PV=nRT（P是气体压强，V是气体体积，n是气体质量，R是常数，T是开尔文温度），以同一气体质量不变为前提，计算检测状态下废气中气体体积为VQ，在基准状态下气体体积为V0，变化的比值δ=V0/VQ=P×（273+t0）/［（273+t）×P0］（P、t是检测废气的气压和温度，P0、t0是修正废气气压和温度的基准值），按检测环境温度要求以0 ℃～40 ℃平均温度来设定t0=20 ℃，P0=100 kPa。由于烟度计测量排放废气与大气相通的距离很短，可以简化用检测环境状态大气压来代替P0计算得到δ值，V0=δ×VQ。同一排放废气在不同温度和气压下等于变化了VQ，从而影响光吸收系数K的检测值。

如检测废气时的气压相同P=P0而温度不同，当t大于t0时，δ小于1，检测状态体积相对基准状态体积增大，检测K偏小，检测值除以小于1的δ，修正增大了基准状态值。如温度相同t=t0而气压不同，当P大于P0时，δ大于1，检测状态体积相对基准状态体积减小，检测K偏大，检测值除以大于1的δ，修正减小了基准状态值。由于自由加速法是动态检测，废气气压变化很大，难以按稳定的气态方程修正，而加载减速法是稳态检测，检测中系统应自动进行修正。

3 探讨稳定调速率法的安全性

GB 18565—2016实施后，通过各机动车检测站的实际运用，各检测站一致认为，采用统一轮边功率恒力加载检测会更安全，其实用性有以下几点。

（1）按照GB 18565—2016要求，以柴油机稳定调速率来确定最大轮边功率，解决了标定法准确性不够和操作性不好的缺陷，也克服了动态功率扫描法准确性差和全加速踏板过加载安全性差的缺陷。用稳定车速vw来检测和评价轮边功率，如轮边功率不合格则停止检测，提高了检测效率。

（2）将全负荷恒速控制改为无过加载且统一数值的部分负荷恒力控制，电涡流机恒力加载负荷相比全负荷恒速控制的过加载负荷减小了约50%，且风冷电涡流机不会过热，同时，也能避免被测车辆因过载而损伤。

（3）恒速控制以变化应万变，而恒力控制是以不变应万变，恒力控制不变，发动机自动适应恒力，而不是测功机去适应发动机转速的变化。恒速是模糊控制，恒力采用的是定量控制，可以使加载负荷有极短的调节时间，明显提高了控制精度，尤其适应NO的稳态检测。

（4）恒速控制不适合智能动力控制车辆检测，在发动机短时输出较大功率下，过加载检测极易损坏发动机。恒力控制检测，不在智能额外增加动力负荷下检测，也不会损坏发动机和产生检测危险，从而彻底消除了检测站对这类车辆检测时存在的风险。

（5）全负荷恒速控制不适合雨雪天检测，即车轮在滚筒上滑转时会造成错误的恒速控制而无法检测；恒力控制的功率负荷无过加载，可适应全天候检测，且增加安全保护，当连续几秒实际加载力大于规定加载力10%时，可判定设备出现故障，电涡流机即停止工作。

（6）从原理上消除了加速踏板限位对检测车辆的作假，如果加速踏板限位，发动机转速降低，VelMaxHP减小，统一轮边功率所需恒力值和供油量增大，反而增加了废气排放值。