重型车在用符合性的车载测试方法研究.docx

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重型车在用符合性的车载测试方法研究

Vo.l1,No.3May,2011环境工程技术学报

JournalofEnvironmentalEngineeringTechnology第1卷,第3期2011年5月

收稿日期:

2011-02-21

基金项目:

国家科技基础性工作专项（2007FY240300;国家自然科学基金青年科学基金项目（50808169

作者简介:

郭兴（1987,男,硕士,主要研究方向为内燃机排放控制,candy978@163com

*责任作者:

胡京南（1978,男,副研究员,博士,主要从事移动源污染控制研究,hujn@craes.org.cn

文章编号:

1674-991X（201103-0232-05

重型车在用符合性的车载测试方法研究

郭兴

1,2

胡京南1*,鲍晓峰1,李振华3,吴烨3,杨洪强4,帅石金

4

1.中国环境科学研究院,北京100012

2.山东大学能源与动力工程学院,山东济南250061

3.清华大学环境学院,北京100084

4.清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084

摘要:

从2000年我国实施第一阶段排放标准开始,汽车的排放法规日益严格,对机动车污染的控制力度逐步加大。

在用车符合性是机动车排放管理的重点内容,从第四阶段排放标准开始我国将对重型车实施在用符合性检查。

但我国对重型车在用符合性的相关研究起步较晚,目前的发动机台架测试方法在操作性和有效性上都存在不足。

介绍了以欧盟和美国为代表的国外重型车在用符合性车载测试方法研究、实施进展,国内已开展的一些探索研究及车载排放测试系统。

关键词:

重型车;平均窗口值法;NTE方法;车载排放测试系统（PEMS

中图分类号:

X32文献标识码:

ADOI:

103969.jissn.1674-991X.201103038

StudyofOnboardTestingMethodsforInuseCompliance

ofHeavydutyVehicles

GUOXing1,2

HUJingnan1

BAOXiaofeng1

LIZhenhua3

WUYe3

YANGHongqiang4

SHUAIShijin

4

1.ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China2.SchoolofEnergyandPowerEngineering,ShandongUniversity,Jinan250061,China

3.SchoolofEnvironment,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China

4.StateKeyLabofAutomotiveSafetyandEnergy,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China

Abstract:

SincetheenforcementofChina1emissionstandardsin2000,vehicleemissionregulationsaregettingmoreandmorestringenttoenhancethepollutioncontro.lInusecompliance（IUCisanimportantpartofthevehicleemissioncontro,landitwillbeenforcedfortheheavydutyvehicleswiththeChina4emissionstandards.StudiesontheIUCofheavydutyvehicleshavejustbeguninChina;andthereareshortcomingsintheoperationandeffectivenessofenginedynamometertes.tTheresearchandenforcementprogressoftheonboardtestingmethodsforIUCofheavydutyvehiclesinEuropeanUnionandtheUnitedStateswasintroduced,aswellassomepreliminarystudiescarriedoutinChina,whichcouldbereferencefortheenhancementofChinasIUCprogramofheavydutyvehicles.Inaddition,theportableemissionsmeasurementsystem（PEMSforonboardtestwas

introducedbriefly.

Keywords:

heavydutyvehicles;AWM;NTE;portableemissionsmeasurementsystem（PEMS

第3期郭兴等:

重型车在用符合性的车载测试方法研究

随着我国公路客货运输量的不断增加及我国对轻型汽油车单车排放的有效控制,柴油车污染排放问题日益突出,重型柴油车成为污染控制的重点[13]。

我国控制汽车排放的法规体系主要由型式核准（TypeApproval,生产一致性检查（ProductionConformity,在用符合性检查（InUseCompliance,检查维护制度（IM制度和车载诊断（OBD等组成[4]。

其中型式核准和生产一致性检查都是针对上市销售前的新车而言,而车辆在实际使用过程中,排放控制装置会产生不同程度的劣化,控制效果减弱,导致实际排放逐渐增加,造成更大的污染[5]。

在用符合性检查是对已通过排放型式核准和生产一致性检查的车型,要求制造企业采取适当措施,确保其排放控制装置在正常使用条件下和汽车正常寿命期内始终有效运行[6]。

近年来,为了进一步控制汽车排放污染,管理部门在逐步加严新车排放限值的同时,也在大力加强在用符合性检查。

从各国的经验来看,只有对在用车排放进行有效控制,保证车辆在正常使用期限内排放符合法规要求才是根本之道。

我国从重型车第四阶段排放标准开始,要求开展在用符合性检查,正是满足进一步加强重型柴油车污染控制的需求[78]。

1重型车与轻型车在用符合性检测方法的差异

我国从第三阶段排放标准开始,已经要求开展轻型车在用符合性检查。

轻型车的测试方法基于整车进行,正常行驶一定里程或时间后的车辆,在底盘测功机上进行排放测试,获得单位是gkm的污染物排放系数。

轻型车在用符合性要求新车至少已经使用了15万km或6个月（以后到达者为准,且不超过8万km或5年（以先到达者为准,同时必须有正常的保养记录。

排放法规要求在此期间内轻型车必须保证排放的有效控制[9]。

重型车在用符合性检查是基于发动机台架进行的。

从正常行驶一定里程或时间的重型车辆上拆卸下发动机,在发动机台架上进行排放测试,获得单位为g（kWh的污染物排放系数。

因此,重型车的在用符合性测试方法和轻型车相比存在较大差异。

2国外重型车在用符合性检查的现状21欧盟一直在进行当中,把可能的重型车测试方法分为实验室测试和道路测试两类。

通常的实验室测试需要将发动机和排放后处理系统从车上拆下后装到实验室台架上,按规定的测试循环进行测试,实际操作中该方法耗时长,费用也较高。

另一种实验室测试方法是用底盘测功机,同轻型车一样,将整车置于底盘测功机上进行测试。

受目前测功机技术水平的限制[8],动态计算传动系和其他附属部件的损失、换档时发动机的速度偏差、从转鼓上精确推算出发动机转矩等问题都没有很好地解决。

因此,能够满足欧盟稳态工况循环（ESC及欧盟瞬态工况循环（ETC测试要求的测功机还很少,且价格昂贵。

道路测试方法包括目标速度下的车辆测试循环、车辆瞬态测试循环和平均窗口值法（AverageWindowMethod,AWM等。

在目标速度下的车辆测试循环方法中,车速呈周期性变化,采用时间-速度测试循环。

车辆瞬态测试循环是控制发动机按ETC循环工况运行[10],在没有车辆的空旷道路上使用车载排放测试设备对污染物进行检测。

欧盟经评估后认为:

目标速度下的车辆测试循环方法脱离了重型车的实际运行状况,不能反映车辆实际道路行驶工况下的排放状况;在现有的技术条件下,对于车辆瞬态测试循环法,要在道路上保证ETC循环还非常困难。

而欧盟目前正在研究平均窗口值法,该方法基于做功或CO2排放量（以型式认证测试的循环为参考,对较长时间的数据做平均。

AWM法的一个案例如图1所示。

在一个做功或CO2排放量等于参考值的窗口中,对排放进行平均。

AWM法测试过程中未设定任何特定工作循环,车辆完全是按路况行驶,由车载排放测试系统（PortableEmissionsMeasurementSystem,PEMS对排放污染物进行实时测试记录[11]。

这一方法可有效监管重型车在实际运行中的排放控制问题。

对于重型车,欧盟正准备将PEMS技术用于欧标准车辆的在用符合性检查。

比较来看,实验室具有稳定的环境条件和高精度的测量设备,在重复性和精确性方面较理想,但实验室测试较昂贵,且不能完全真实反映机动车在道路上的排放状况,可能低估机动车的实际排放水平。

道路测试可获得机动车的实际排放状况,是未来的发展趋势,开发稳定可靠的道路测试方法是今后的233

环境工程技术学报第1卷

图1平均窗口值法示例Fig.1AnexampleofAWM

22美国

美国国家环境保护局曾调查过重型车在实际道路行驶中的排放情况,结果表明,随着发动机技术的

进步,一些制造商利用发动机测试的技术漏洞进行作弊,设计特定控制策略,使发动机在法规测试工况点可以顺利达到排放要求,而在实际道路行驶时排放的污染物比实验室的认证值大得多。

为加强在用重型车管理,缩小实际道路排放和实验室台架测试间的差异,美国国家环境保护局在法规中要求从2007年开始对重型车的气态污染物排放采用PEMS进行测试,并提出了NTE（Not-To-Exceed方法来进行重型车在用符合性检查

[12]

。

具体方法是:

利用

PEMS测取车辆在实际道路上的排放,再筛选出发动机的运行工况在NTE控制区域内持续30s以上

的数据,称为NTE事件,然后求出每个NTE事件的污染物排放系数g（kWh,NTE事件排放系数的90%最大值不得超过联邦测试规程（FTP排放限值的15~25倍。

NTE控制区如图2中灰色区域

所示。

图2NTE区间的定义Fig.2ThedefinitionofNTEzone

NTE测试方法没有涉及到任何特定的工作循环,车辆完全按道路正常工况行驶。

NTE控制区域则是由发动机的外特性曲线结合转速、扭矩及功率等参数所建立的一个区域。

该测试方法同时规定了发动机运行的环境条件,如对温度、湿度、海拔等有一定的要求。

该方法比较容易实现,测量成本相对较低,也更合理,可用于获得实际行驶条件下的排放数据,美国国家环境保护局认为其是一种非常有效的在用符合性检测方法

[13]

。

NTE方法也可应用在实验室台架测试上,因此同样适用于车辆的型式核准程序

[8,12]

。

2005年,美

国国家环境保护局颁布了在用重型柴油车及发动机的排放测试规程,使实际道路排放和法规认证排放有了同样的衡量方法,增加了新车型式核准和在用符合性检查二者之间的关联性。

3中国重型车在用符合性车载测试方法的研究进展

在车载测试方法中,欧盟的AWM方法和美国的NTE方法,各有偏重。

AWM方法对排放数据的筛选要求宽松,所测得的排放数据有较高的利用率,结合台架试验的做功或CO2排放量计算出排放的滑动窗口平均值;而NTE方法更注重道路工况点与发动机性能曲线的结合,只有在符合条件的工况点,才能提取有效排放数据,减少了工况剧烈变化可能带来的干扰,但同时也降低了数据的利用率。

近年来,国内一些科研机构对重型车的车载测试方法开展了相关研究。

北京理工大学、中国汽车技术研究中心和清华大学等单位应用PEMS对机动车在实际道路上的污染物排放特征进行了测试研究

[5,8,14]

。

中国环境科学研究院和清华大学针对

AWM和NTE两种重型车在用符合性检查方法进行了实验研究,通过对北京、广东和重庆等地的公交车及重型货车的排放测试数据分析,发现NTE区间能够有效反映较高负荷工作的柴油机排放,如重型车负载60%以上在平路上行驶,或各种负载在爬坡路上行驶的情况;有效NTE事件的获得会受频繁加减

速的严重影响,在城市公交车上比较突出;NTE区间无法有效反映低负荷的柴油机排放,如重型车负

234

第3期郭兴等:

重型车在用符合性的车载测试方法研究

大的情况下,欧盟的AWM方法可以充分利用排放数据,而在小负荷的情况下,AWM方法和NTE方法一样,难以获得较多的有效排放数据。

通过发动机台架测试和实际道路测试的对比分析,还发现欧盟的ESC、ETC和美国HDDFTP等法规认证工况并不能很好地反映我国的重型车实际道路工况。

国外的重型车在用符合性检查方法有很好的参考和借鉴意义,但在控制区划定、发动机分类和污染物限值方面要根据中国的实际情况来定,需要进一步的试验研究,毕竟中国的车况、发动机控制技术、

道路状况都与欧美国家有所不同。

4车载排放测试系统

车载排放测试系统（PEMS分为尾气流量计、气态污染物测试装置、颗粒物测试装置三部分

[15]

。

尾气流量计与汽车的排气管直接相连,连接在流量计上的采样管将部分尾气引入到车载气体污染物和微粒测量装置,实时测量整车排放的尾气流量和污染物浓度,从而计算出污染物的排放量。

图3为车

载排放测试系统的示意图。

图3车载排放测试系统Fig.3TheschematicdiagramofPEMS

发动机扭矩的测量可通过测量进气口压力等信号间接算出,转速是直接测量。

若车辆有车载诊断系统（OBD,则可直接从中读取发动机运行参数。

这些信号输入到车载排放测试系统的数据处理单元。

测量数据处理时可结合GPS数据、环境温湿度等,分析得到重型车的排放特征。

近年来,车载排放测试的技术水平不断提高且日渐成熟。

从单一的可获取道路车辆气态污染物瞬时排放浓度的五气分析仪,到基于五气分析仪与油耗仪耦合技术、可获取气态污染物的瞬时质量排放的测试系统,再发展到可将车辆诊断接口数据与五气分析仪耦合在一起的测试系统,直到目前得到美国国家环境保护局认证的美国Sensors公司的SEMTECH-DS和日本HORIBA公司的OBS-2000系列测试系统等

[16]

车载排放测试系统的稳定性取

得了很大的进步,测量精度也逐渐接近实验室排放测量设备。

到目前为止,PEMS技术在气态污染物的测量上已经基本成熟。

在颗粒物测量方面,有芬兰Dekati公司的DMM-230和美国Sensors公司的

满足法规要求

[17]

。

5结语

（1重型车在用符合性检查制度可保证重型车在正常寿命期内达标排放,是未来重型车排放控制的重点,我国需加强对在用重型车污染物排放的监管。

（2参考欧美重型车在用符合性检查的经验,建议我国的重型车在用符合性检查引入实际道路测试方法,具体实施方法需进一步研究。

（3目前的车载排放测试系统可基本满足重型车实际道路排放测试的要求,为重型车在用符合性检查的实施提供了有效的技术手段。

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