不同試驗路線下國Ⅵ重型柴油車PEMS試驗研究

薛黎明　萬亮亮　彭德文　夏雨

摘 要：基于便攜式排放測試系統(tǒng)，在不同試驗路線下對國Ⅵ重型柴油車進行了PEMS試驗研究。研究表明，不同試驗路線下，整車排放結果與法規(guī)的符合性存在差異，高速道路連續(xù)爬坡行駛對PN排放影響較大。研究結果對提高重型柴油車排放監(jiān)管的科學性，開發(fā)穩(wěn)定可靠的道路測試及評價方法具有一定參考意義。

關鍵詞：國六 車載法 PEMS 排放

Research on PEMS Test of National VI Heavy Duty Diesel Vehicle under Different Test Routes

Xue liming Wan Liangliang Peng Dewen Xia Yu

Abstract：Based on the portable emissions measurement system PEMS， PEMs test was carried out on national VI heavy duty diesel vehicle under different test routes. The results show that the compliance of vehicle emission results with the regulations is different under different test routes， and continuous climbing on high-speed road has great influence on PN emission. The research results have certain reference significance for improving the scientificity of heavy duty diesel vehicle emission regulation and developing stable and reliable road test and evaluation methods.

Key words：national VI， PEMS method， PEMS， emission

1 前言

世界各國越來越重視基于實際道路的機動車污染物排放測試方法，歐洲第六階段排放標準，美國EPA 2010排放標準和我國第五、六階段排放標準都先后引入PEMS（車載排放測試系統(tǒng)），作為實際道路整車排放測試和管理手段。

本研究嚴格按現(xiàn)有國Ⅵ法規(guī)[6]，規(guī)劃2條典型試驗路線，利用PEMS在不同試驗路線下對國Ⅵ重型柴油車污染物排放進行了對比研究。

2 試驗設計

2.1 試驗設備

本研究采用美國Sensers公司SEMTECH-DS+便攜式排放測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括氣體分析系統(tǒng)（測量CO、CO2、NOx）、顆粒物分析系統(tǒng)（測量PN數(shù)量）、排氣流量計（測量排氣質(zhì)量流量、排氣溫度與壓力等）、OBD數(shù)據(jù)采集模塊（讀取發(fā)動機轉速、扭矩、節(jié)氣門開度等）、氣象站及GPS（測量溫度、濕度、海拔、大氣壓等）等。

2.2 試驗車輛

以2輛湖北大運新生產(chǎn)的8*4國Ⅵ自卸車為研究對象，每輛車都配置了國Ⅵ發(fā)生機和后處理系統(tǒng)。車輛加載質(zhì)量為最大載荷的50%，燃油為普通市售柴油。

2.3 試驗路線規(guī)劃

國Ⅵ法規(guī)要求試驗路線應包括：市區(qū)路、市郊路、高速路。2輛試驗車均屬于N3類，測試道路組成依次為20%的市區(qū)路、25%的市郊路和55%的高速路。試驗開始點和結束點之間的海拔高度之差不得超過100m，并且試驗車輛的累計正海拔高度增加量應不大于1200m/100km。

路線一：十堰市鄖陽區(qū)天馬大道-長沙路-鄖陽南高速口-武當山高速口。該路線地勢起伏較大，以山區(qū)道路為主，具體路線見圖1。

路線二：武當山-丹江口土關埡高速口（土武一級路）-襄陽市龍王高速口。該路線地勢平坦，道路較平直，具體路線見圖2。

2.4 試驗方法

測試開始前對PEMS設備進行預熱，使之準備就緒。對PEMS取樣系統(tǒng)進行氣體泄漏檢查，按設備操作要求執(zhí)行氣體標定（零標定和量程標定）。此外還應吹掃排氣流量計，清除壓力測量端口冷凝物及柴油顆粒物。

測試過程中由兩塊12V鋰電池對PEMS設備不間斷供電。對車輛進行預熱行駛，當發(fā)動機冷卻液溫度在70℃以上，測試正式開始。由同一名經(jīng)驗豐富的駕駛員以正常駕駛習慣沿規(guī)劃路線行駛（按市區(qū)、市郊和高速的連續(xù)工況）。每輛試驗車分別沿路線一、路線二各進行1次試驗，共進行4次試驗，各次試驗起終點盡量保持一致。測試最短時間應保證車輛累計功達到4～7倍的WHTC循環(huán)功，試驗結束后對設備進行漂移檢查。各運行道路平均車速及時間占比按表2規(guī)定，允許實際道路構成比例有±5%的偏差。

2.5 判定方法

采用功基窗口法對試驗數(shù)據(jù)進行計算和結果判定。當一個區(qū)間累積做功等于瞬態(tài)循環(huán)的發(fā)動機做功量時，定義該連續(xù)區(qū)間為一個功基窗口。功基窗口內(nèi)車輛排氣污染物排放總質(zhì)量與窗口內(nèi)做功量的比值即為窗口比排放（單位：g/kWh）。有效窗口：窗口平均功率大于發(fā)動機最大功率的20%的窗口，有效窗口的比例大于等于50%。若有效窗口比例低于50%，則降低功率閥值，功率閥值最小不能小于10%。

在有效功基窗口中，要求90%以上小于表3規(guī)定的排放限值。同時要求有效數(shù)據(jù)點中（發(fā)動冷卻液溫度在70℃以上至試驗結束的所有測試數(shù)據(jù)點），95%以上小于500ppm的NOx排放濃度要求。

3 試驗結果對比分析

3.1 環(huán)境及海拔特征

4次試驗均在夏季進行，環(huán)境溫度28℃-35℃，符合國Ⅵ法規(guī)環(huán)境溫度應不低于-7℃的要求。

3.2 行駛特征

功基窗口及有效數(shù)據(jù)點計算結果見表1。各運行道路平均車速、時間占比均符合國Ⅵ法規(guī)中N3類車輛規(guī)定，測試時長滿足車輛最低累計功要求。各次試驗有效窗口比例均超過50%，試驗結果有效。

3.3 試驗判定結果

滿足排放限值的窗口比例及滿足NOx排放濃度要求的有效數(shù)據(jù)點比例見表2。通過試驗結果可以看出，各次試驗CO、NOx滿足排放限值的窗口比例均達到100%。各次試驗均滿足有效數(shù)據(jù)點中95%以上小于500ppm的NOx排放濃度要求。但各次試驗PN排放結果存在差異：沿路線一行駛，2輛試驗車PN排放滿足限值的窗口比例分別為84.8%、81.2%，均未達到90%，PN排放不符合法規(guī)要求;沿路線二行駛，2輛試驗車PN排放滿足限值的窗口比例均為100%，超過90%，PN排放符合法規(guī)要求。

綜上所述，沿路線一行駛，2輛國Ⅵ重型柴油車排放均不符合國Ⅵ法規(guī)要求，主要原因為PN排放超標;沿路線二行駛，2輛國Ⅵ重型柴油車排放均符合國Ⅵ法規(guī)要求。

3.4 PN排放超標原因分析

因2輛試驗車沿路線一試驗時，起終點、環(huán)境、測試時長、測試里程、駕駛習慣、平均車速、時間占比等參數(shù)差異不大，可以排除上述因素影響。由路線一PN排放曲線（圖3）可以看出，2輛試驗車在采樣時間4000秒附近（此時車輛為高速道路行駛工況），PN瞬時排放（紫色曲線）均明顯增大，PN窗口比排放（藍色曲線）均超過1.2*1012/kWh限值要求，分析為導致PN排放不合格的原因。

對數(shù)據(jù)進一步分析，當2輛試驗車PN瞬時排放與窗口比排放出現(xiàn)峰值時，發(fā)動機功率、發(fā)動機扭矩、燃油消耗率、節(jié)氣門開度、排氣質(zhì)量流量等值均明顯增大，推測在該點可能存在連續(xù)上坡道路。調(diào)取GPS海拔參數(shù)，在采樣時間4000s附近存在海拔持續(xù)增高現(xiàn)象，經(jīng)實地勘察，該點的確存在約5km的連續(xù)上坡高速道路，與推測結果一致。當車輛高速爬長坡時，發(fā)動機扭矩較大，噴油量增加，空燃比迅速下降，油氣混合均勻性變差，導致PN排放增加。且較長的持續(xù)時間導致2輛試驗車PN排放超標。

4 結論

基于便攜式排放測試系統(tǒng)（PEMS），對2輛國Ⅵ重型柴油車在不同試驗路線下進行了實際道路排放試驗。研發(fā)發(fā)現(xiàn)，不同試驗路線下，整車排放結果與法規(guī)的符合性存在差異，高速道路連續(xù)上坡行駛對柴油車PN排放影響較大。因重型柴油車排放受影響因素較多，所以在發(fā)動機和整車后處理系統(tǒng)開發(fā)時，減排能力應保證一定的裕度。同時，開發(fā)穩(wěn)定可靠的PEMS道路測試及評價方法仍是今后的研究重點。

參考文獻：

[1]岳大俊，杜寶程，鄒杰，等.駕駛行為對重型柴油車實際道路行駛排放測試的影響[J].重慶大學學報. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/50.1044.N.20200428.1127.004.html.

[2]王燕軍，吉喆，尹航，等.重型柴油車污染物排放因子測量的影響因素[J].環(huán)境科學研究，2014，27（03）：232-238.

[3]GB 17691-2018.重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）[S].北京：中國標準出版社，2018.