整车排放监控方法差异研究

战强

摘要：本文在发动机台架上同时安装了三种排放测试设备，并在不同的NOx排放水平下和不同的路谱下，分别进行了测试对比试验，试验结果表明，PEMS设备493在NOx浓度测量和废气质量流量的测量上都与参考值有一定偏差，因而最终排放计算结果也有偏差，而采用NOx传感器结合ECU数据流计算得到的排放值，和参考值的偏差可能会更大一些，但和PEMS设备的测量结果差别不大，具有参考性。

Abstract： In this paper， three types of emission test equipment were installed on the engine bench at the same time， and the test comparison tests were carried out under different NOx emission levels and different road spectra. The test results showed that the PEMS device 493 was used for NOx concentration measurement and exhaust gas The mass flow measurement has a certain deviation from the reference value， so the final emission calculation result also has a deviation. The emission value calculated by using the NOx sensor combined with the ECU data stream may have a greater deviation from the reference value， but it is different from the PEMS equipment The measurement results are not much different and are of reference.

关键词：柴油机;排放监控;PEMS

Key words： diesel engine;emission monitoring;PEMS

0  引言

随着排放法规的不断升级，道路上的机动车污染物排放也越来越受重视，欧洲颁布的第六阶段排放标准，美国EPA 2010排放标准和我国第五、六阶段排放标准都先后引入PEMS（车载排放测试系统）排放测试方法，作为实际道路整车排放测试和管理手段[1-4]。

围绕整车实际道路工况下气态污染物排放特性，国内外学者已从各方面开展相关研究。王志红[5]等开展了基于PEMS的重型柴油车尾气污染物排温敏感性试验研究，杨国栋等[6]进行了车载排放测试系统测量影响因素的研究，发现排气浓度不均导致采样点的样气不能有效的代表实际排放的尾气浓度，会影响系统测量;陈长虹等[7]基于PEMS对7辆重型柴油车进行实际道路试验，得出过低的车速和频繁加减速是加重机动车污染的重要原因;王燕军等[8]通过便携式车载排放测试系统和整车底盘测功机对重型柴车进行对比试验研究。

本文研究内容是针对现有的多种整车PEMS测量方法，集成到同一个发动机上进行WHTC和路谱实验，以分析不同排放检测方法的差异，为整车排放的開发和测试实验提供参考。

1  整车及台架试验配置

目前常用的测试方法，一种是在发动机台架上采用台架测控系统，这种设备的优点是测量比较准确，但设备体积巨大，费用昂贵，不利于携带。整车排放测量常用PEMS设备，多个厂家都开发了对应的设备，具有测量精度比较高，体积小携带方便等特点。再一个就是发动机ECU对应排放OBD监控时所用的NOx传感器，该传感器价格便宜，直接集成在整车上，实时监控发动机的NOx排放，但精度可能差一点，且NOx传感器在开启初期需要露点检测，在露点检测完成前是无法进行测量的。三种排放测试设备同时安装于台架上，为了保证测量结果准确和便于比较，三个测量设备的探头都位于处理后的直管段，且三个探头位于同一个位置。如图1所示。

为了确保实验用NOx传感器的准确性和一致性，随机选取了三个NOx传感器，并在不同的NOx排放水平下分别进行了测量实验，实验结果如图2所示，结果证明，各传感器在不同NOx浓度时都有一定的偏差，且在高浓度时测量结果偏小，在低浓度时测量结果偏大，测量结果的差异表现为绝对值差异，而非比例偏差，所以在较低NOx浓度时，测量结果的相对偏差较大，但在中高浓度下的测量结果比较准确。

2  台架WHTC试验结果分析

实验在发动机台架上进行，通过发动机标定，定制了三个典型NOx排放水平的WHTC循环（WHTC1，WHTC2， WHTC3），三种循环的NOx排放水平逐渐增高。然后进行了三种测试设备的瞬态测量，测量结果NOx值为循环平均排放，结果如图3所示。本实验中，设定MEXA7500的所测结果为参考值。

实验结果显示，实际WHTC循环测试结果中，极低NOx排放时，493测量结果更加接近准确值，仅差2ppm，NOx传感器的偏差略大，相差3ppm，但相对误差很大，不具备可信性。较大NOx排放时，也是493测量结果更接近准确值，也仅差1-2ppm，NOx传感器差异略大，相差1-9ppm。

WHTC循环废气流量也是对排放结果影响较大的一个因素，实验结果如图4所示。其中ABB为台架测控系统测量结果，493为PEMS设备测量结果，ECU为用ECU数据流计算得到的废气流量。实验的结果显示差异比较明显，493和NOx传感器的测量结果都偏大，且不同废气流量下的偏差基本一致，表现为绝对偏差，和废气流量没有比例关系。

图5是最终结算的各组WTHC排放结果情况，整体趋势来看，493的测量结果更加接近准确值，NOx传感器测量偏差略大，较低排放时，493的测量结果偏小了10%，而NOx传感器的测量结果偏小了36%，排放较大时，493的测量结果偏大了9%和7%，而NOx传感器的测量结果偏小了11%和8.7%。

3  台架典型路谱试验结果分析

为了验证实际道路中的测量结果，选取了两组典型路谱进行了实验（roadmap1和roadmap2），且两个路谱的设定排放不同。典型路谱的NOx排放结果如图6所示，两者中测试手段在不同NOx水平下的偏差都较小。典型路谱废气流量实验结果如图7所示，较大废气流量时，493测量结果偏差更大，大了3%，ECU计算结果仅仅大了1.6%。较小空气流量时，两者的偏差更小，分别大了1.2%和1.5%。路谱最终排放计算结果如图8所示，roadmap1条件下，493的测量结果偏大了12%，而NOx传感器的测量结果偏小了16%，排放较大的roadmap2条件下，493的测量结果偏小了2%，而NOx传感器的测量结果与参考值相同。

4  结论

为了研究三种常用的整车排放测量手段的差异，本文在发动机台架上同时安装了三种排放测试设备，并在不同的NOx排放水平下和不同的典型路谱下，分别进行了测试对比试验，以台架7500测试结果为参考值，对比试验结果表明，PEMS设备493在NOx浓度测量和废气质量流量的测量上都与参考值有一定偏差，因而最终排放计算结果上也有偏差，而采用成本更低的NOx传感器结合ECU数据流计算得到的排放值，和参考值的偏差可能会更大一些，但这种偏差和PEMS设备测量的偏差基本在一个水平，特别是较高排放水平时，NOx传感器的测量结果并不差。但NOx传感器在低NOx浓度時的测量偏差较大，这与传感器本身的测量精度有关。

参考文献：

[1]GB 17691-2018，重型柴油车污染物排放限值及测量方法[S].2018.

[2]张宏超，马骏达，李克，等.基于发动机在环测试的车辆传动系最优匹配的研究[J].汽车工程，2014，36（8）：1020-1023.

[3]Particle Number （PN） - Portable Emissions Measurement Systems （PEMS）. JRC， 2016.

[4]李孟良，刘伏萍，陈燕涛，等.基于PEMS 的混合动力客车排放和油耗性能评价[J].江苏大学学报，2006，27（1）：27-30.

[5]王志红，钱超，郑灏，等.基于PEMS 的重型柴油车尾气污染物排温敏感性试验研究[J].汽车实用技术，2017（2）：171-175.

[6]杨国栋.车载排放测试系统测量影响因素研究[J].汽车与配件，2017，23：79-81.

[7]陈长虹，景启国，王海鲲，等.重型机动车实际排放特性与影响因素的实测研究[J].环境科学学报，2005，25（7）：870-878.