重型汽車道路排放測試與轉(zhuǎn)鼓排放測試對比

甘偉德

(廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建廈門 361023)

目前執(zhí)行的國五［1］以及即將執(zhí)行的國六標準［2］都明確規(guī)定了重型車排放以整車檢測為主，明確了整車生產(chǎn)廠家責任。國五標準中還規(guī)定了主管部門必須采取實際道路行駛測量方法進行抽查。由于實際道路工況受天氣、交通情況的影響很大，數(shù)據(jù)的重復性低，而在轉(zhuǎn)鼓上測試則沒有這方面的顧慮［3－6］。因此，作為整車生產(chǎn)企業(yè)，有必要研究實際道路測試排放和轉(zhuǎn)鼓測試排放之間的關(guān)系，探索是否可在前期進行轉(zhuǎn)鼓摸底試驗。本文將實際道路測試中GPS采集的路譜輸入到轉(zhuǎn)鼓中，對二者排放結(jié)果進行比較。

1 測試準備

測試車輛是某12 m國五M3類，該車整備質(zhì)量為12 900 kg，最大設(shè)計總質(zhì)量為18 000 kg，外廓尺寸為12 000 mm(長)×2 550 mm(寬)×3 550 mm(高)。發(fā)動機是濰柴發(fā)動機WP10.336E53，排量為9.726 L，額定功率為247 kW，最大扭矩為1 550 N·m，ETC循環(huán)功為39.16 kW·h，采用SCR后處理系統(tǒng)。

測試設(shè)備有:美國Sensors公司生產(chǎn)的SEMTECHECOSTAR車載尾氣測試系統(tǒng);英國Froude Hofmann轉(zhuǎn)鼓，型號 HD－CD－2.5－4X2。

1)道路測試。將車載尾氣測試系統(tǒng)固定在車上［7－8］，如圖 1(a)所示。車輛加 50%載荷，按照國五標準選擇市區(qū)道路、市郊道路和高速道路，并按此順序行駛。試驗開始前，先對樣車進行預熱，當發(fā)動機冷卻液溫度達到規(guī)定的要求時，正式開始試驗并記錄有效數(shù)據(jù)。

2)轉(zhuǎn)鼓測試。將車輛固定在轉(zhuǎn)鼓上，排放測試儀安裝在車上，如圖1(b)所示。車輛加50%載荷，輸入的滑行數(shù)據(jù)為該車在襄樊試驗場依據(jù)GB/T 27840—2011［9］附錄C規(guī)定的滑行方法測試所得，輸入的路譜采用道路測試中GPS所采集的速度曲線編制而成。

圖1 排放設(shè)備測試安裝圖

2 測試結(jié)果

2.1 測試工況

整車排放測試過程中，車輛測量結(jié)果受目標測試工況跟隨性的影響很大，如果工況復現(xiàn)性較低，則測試結(jié)果難有說服力［10］。

轉(zhuǎn)鼓和道路測試工況曲線如圖2所示。對二者進行相關(guān)性分析，對比結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，轉(zhuǎn)鼓和道路測試工況的相關(guān)系數(shù) R2達到了0.989，復現(xiàn)性較好，具有很好的跟隨性，因此，可認為轉(zhuǎn)鼓和道路測試工況基本一致。

圖2 轉(zhuǎn)鼓和道路測試工況

圖3 轉(zhuǎn)鼓和道路測試工況車速相關(guān)性

2.2 排氣溫度測試結(jié)果

排氣溫度是SCR系統(tǒng)中的重要影響參數(shù)，其會影響SCR系統(tǒng)內(nèi)的液滴分布和催化劑入口還原劑分布，進而對NOx轉(zhuǎn)化效率產(chǎn)生重要影響［11］。

分別對樣車在轉(zhuǎn)鼓和實際道路的市區(qū)、市郊和高速路段的排氣溫度測試結(jié)果進行對比，如圖4、圖5和圖6所示。

圖4 市區(qū)排氣溫度曲線

圖5 市郊排氣溫度曲線

圖6 高速排氣溫度曲線

計算在市區(qū)、市郊和高速路段轉(zhuǎn)鼓和道路測試的平均排氣溫度［12］見表 1。

表1 平均排氣溫度 ℃

2.3 NOx排放因子測試結(jié)果

排放因子是機動車排放的重要評價指標［13］，是指車輛運行每單位里程或每做單位功所排放的污染物質(zhì)量，單位為g/km或g/kW·h。它反映了車輛的排放水平，是研究車輛污染物排放的基礎(chǔ)和依據(jù)之一。該試驗的NOx排放因子結(jié)果見表2，其中行駛里程、所做的功和排放質(zhì)量是試驗數(shù)據(jù)，平均排放和平均比排放是計算值。

表2 NOx排放因子

從表2可知，無論是轉(zhuǎn)鼓測試還是道路測試，車輛在市區(qū)工況下行駛時的NOx比排放都偏高，這是由于車輛的平均排氣溫度較低，大部分時間不能滿足SCR的工作條件;而在市郊工況和高速工況下，二者的排溫較高，所以NOx的平均比排放都較低。

市區(qū)工況下，轉(zhuǎn)鼓所做的功高于在道路上所做的功，通過圖4市區(qū)排氣溫度曲線對比可知，轉(zhuǎn)鼓排溫明顯高于道路排溫，前者的SCR轉(zhuǎn)化效率較高，導致NOx排放質(zhì)量相對較低，因此轉(zhuǎn)鼓的平均比排放結(jié)果低于道路的測試結(jié)果。

市郊工況下，二者所做的功比較接近，通過圖5市郊排氣溫度曲線對比可知，二者之間的排溫雖然有所差距，但是整體溫度都比較高，能達到SCR的高效率區(qū)，NOx排放質(zhì)量相差較小，因此二者之間的平均比排放結(jié)果也相差較小。

高速工況下，二者所做的功比較接近，通過圖6高速排氣溫度曲線對比可知，雖然二者的平均溫度都比較高，能達到SCR的高效率區(qū)，但是道路的排溫波動性較高，導致SCR的轉(zhuǎn)化效率波動性也較大，整體工作效率不如轉(zhuǎn)鼓，導致轉(zhuǎn)鼓的NOx排放質(zhì)量較小，因此轉(zhuǎn)鼓的平均比排放結(jié)果較低。

從表2全程結(jié)果中可以看出，轉(zhuǎn)鼓的NOx的平均比排放測試結(jié)果低于道路測試結(jié)果。

2.4 CO和CO2排放因子測試結(jié)果

同樣，通過有關(guān)試驗數(shù)據(jù)計算，CO2和CO的排放因子見表3。由表3可知，在轉(zhuǎn)鼓上測試的CO2和CO的平均比排放明顯高于道路測試，與NOx的測試結(jié)果相反。

表3 CO2和CO排放因子計算值

由于國五、國六對CO2的排放沒有限值要求，對CO的排放限值要求較寬(6 g/kW·h)，正常情況下，CO不會超過標準限值。因此，進行轉(zhuǎn)鼓摸底試驗時，可先不考慮CO2和CO的測試結(jié)果。

2.5 結(jié)果判定

根據(jù)國五對功基窗口法定義，一個功基窗口為從試驗終止點到截止點之間的一個連續(xù)區(qū)間，這就要求要從后往前計算。而在國六中，則要求從前往后計算。兩者對比，國六標準相對較嚴，故為了以后國六的實施，在此計算功基窗口時采用從前往后的方式。

從表4可知，轉(zhuǎn)鼓和道路測試在有效功基窗口總數(shù)、功基窗口總數(shù)和累積功上的測試結(jié)果非常接近，二者之間幾乎沒有差別。

表4 測試結(jié)果

從表5可知，轉(zhuǎn)鼓測試和道路測試的判定結(jié)果也基本一致，相對來說，轉(zhuǎn)鼓的測試結(jié)果稍好于道路測試。因此，如果在轉(zhuǎn)鼓上測試不合格，則在道路上測試也將不合格。

表5 判定結(jié)果 %

3 結(jié) 論

NOx平均比排放在轉(zhuǎn)鼓上的測試結(jié)果好于道路測試結(jié)果;對于功基窗口判定，轉(zhuǎn)鼓測試結(jié)果也好于道路測試結(jié)果。因此，在轉(zhuǎn)鼓上測試不合格，則在道路上測試也將不合格。轉(zhuǎn)鼓測試可作為企業(yè)進行前期摸底研究的一種可靠手段。當企業(yè)實施道路排放測試時，可以通過將預先采集的路譜輸入到轉(zhuǎn)鼓上進行摸底測試，從而縮短整車開發(fā)周期，減少試驗成本，提高路試一次性通過率。