溫溢　楊正軍　潘朋　高俊華

（中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心，天津300300）

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歐Ⅵ排放測(cè)試中使用低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣的研究

溫溢楊正軍潘朋高俊華

（中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心，天津300300）

【摘要】根據(jù)試驗(yàn)室中出現(xiàn)的滿(mǎn)足歐Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)的超低排放車(chē)輛測(cè)量準(zhǔn)確性問(wèn)題，選用了一批超低濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣，對(duì)比研究了超低排放車(chē)輛3種低濃度常規(guī)污染物在常用標(biāo)準(zhǔn)氣和超低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣下試驗(yàn)的差異。結(jié)果表明，國(guó)產(chǎn)1×10-6級(jí)別濃度標(biāo)準(zhǔn)氣能在排放試驗(yàn)室中有效、穩(wěn)定地使用，且低量程測(cè)量能夠突顯出測(cè)試結(jié)果的細(xì)微差別，可在超低排放車(chē)輛的研發(fā)過(guò)程中提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

1　前言

近年來(lái)，隨著排放法規(guī)的逐漸加嚴(yán)以及機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放控制技術(shù)的迅速發(fā)展，車(chē)輛的污染物排放量已大幅度降低，出現(xiàn)了很多滿(mǎn)足歐Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的超低排放的車(chē)輛，由于它們?cè)谂欧旁囼?yàn)中稀釋尾氣的濃度遠(yuǎn)低于目前排放試驗(yàn)分析儀配備的標(biāo)準(zhǔn)氣濃度，因此無(wú)法確定測(cè)量出濃度值是否精確。

為解決上述問(wèn)題，選取了一批超低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣裝備在排放測(cè)試分析儀中，對(duì)低排放車(chē)輛分別使用超低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣和普通濃度標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行了NEDC工況下的排放對(duì)比試驗(yàn)，研究了在兩種濃度標(biāo)準(zhǔn)氣下3種常規(guī)污染物（下稱(chēng)污染物）測(cè)試結(jié)果的差異。

2　試驗(yàn)方法

2.1試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備如表1所列。其中，輕型車(chē)尾氣排放分析儀MEXA-7400LE及定容取樣分析系統(tǒng)配備了普通和超低兩套管路，THC和NOx的超低管線量程最低達(dá)到1×10-6，CO超低管線最低量程為10×10-6，完全滿(mǎn)足試驗(yàn)要求。另外，試驗(yàn)室還配備了背景空氣凈化裝置DAR，以降低背景污染物濃度，提高試驗(yàn)精度。

表1　試驗(yàn)用設(shè)備

標(biāo)準(zhǔn)氣選用目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的精度及穩(wěn)定性較好的產(chǎn)品，產(chǎn)品特性如表2所列，其中THC測(cè)量所用標(biāo)準(zhǔn)氣采用C3H8。

表2　標(biāo)準(zhǔn)氣濃度及特性

2.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)選用了5輛滿(mǎn)足超低排放的輕型汽油車(chē)做為試驗(yàn)樣車(chē)，樣車(chē)均按照GB18352.5—2013《輕型汽車(chē)污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)Ⅴ階段）》中的要求進(jìn)行常溫冷起動(dòng)排放試驗(yàn)，試驗(yàn)車(chē)尾氣經(jīng)過(guò)全流定容稀釋后，將其中一部分氣體作為被測(cè)樣氣采集到氣袋中進(jìn)行測(cè)量。循環(huán)工況采用NEDC循環(huán)，如圖1所示。整個(gè)工況分為市區(qū)循環(huán)（ECE）和市郊循環(huán)（EUDC）兩部分，市區(qū)循環(huán)全長(zhǎng)4.052 km、時(shí)長(zhǎng)780 s、最高車(chē)速50 km/h；市郊循環(huán)全長(zhǎng)6.955 km、時(shí)長(zhǎng)400 s、最高車(chē)速120 km/h[2]。

圖1　NEDC工況曲線

氣袋采集的氣體通過(guò)MEXA-7400LE分析系統(tǒng)進(jìn)行污染物濃度分析。在MEXA-7400LE分析系統(tǒng)中，使用化學(xué)發(fā)光型分析儀測(cè)量NOx濃度，使用氫火焰離子化型分析儀測(cè)量THC濃度，使用不分光紅外線吸收型分析儀測(cè)量CO濃度[3]。

試驗(yàn)中，排放分析儀分別使用兩種不同量程（表2）來(lái)讀取3種污染物濃度值，最后按照法規(guī)要求的方法計(jì)算得到每種量程下的最終排放結(jié)果。在NEDC循環(huán)結(jié)束后，分析系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選取合適的量程進(jìn)行讀數(shù)，對(duì)于超低濃度排放污染物的測(cè)量，一般會(huì)選取低量程，所以在分析系統(tǒng)自動(dòng)生成報(bào)告后，需要手動(dòng)讀取污染物在高量程下的濃度，并進(jìn)行計(jì)算得出最終結(jié)果。

污染物濃度的計(jì)算方法為：式中，Mi為NEDC工況下污染物i的排放質(zhì)量；Vmix為稀釋排氣的容積（校正至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)273.2 K和101.33 kPa）；Qi為在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力（273.2 K和101.33 kPa）下污染物i的密度；kH為用于計(jì)算NOx的排放質(zhì)量的濕度修正系數(shù)；Ci為稀釋排氣中污染物i的濃度，并用稀釋空氣中所含污染物i的含量進(jìn)行修正；d為相當(dāng)于運(yùn)行循環(huán)的實(shí)際距離。

試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)偏差ρ1計(jì)算式為：

讀取濃度值相對(duì)偏差ρ2計(jì)算式為：

式中，Ce為稀釋排氣或稀釋空氣中測(cè)得污染物i的濃度。

3　試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1標(biāo)準(zhǔn)氣濃度對(duì)NOx測(cè)試結(jié)果的影響

圖2為在兩種量程（1×10-6和5×10-6）下，5輛樣車(chē)進(jìn)行Ⅰ型試驗(yàn)得到的NOx測(cè)試結(jié)果。從圖2可看出，使用兩種量程得到的5次測(cè)試結(jié)果之間存在一定差異，1× 10-6量程下的5次測(cè)量結(jié)果均略低于5×10-6量程下的測(cè)量結(jié)果。

圖2　兩種量程下NOx測(cè)試結(jié)果對(duì)比

表3為在兩種量程下的NOx相對(duì)偏差。由表3可知，5次測(cè)量結(jié)果的相對(duì)均值偏差均小于±3 %，其中，1#樣車(chē)偏差最大，為-2.23 %，4#樣車(chē)偏差最小，為-0.72 %；兩種量程下的相對(duì)限值偏差都很小，均不到±1 %。標(biāo)準(zhǔn)GB18352.5—2013中對(duì)NOx的限值為0.06 g/km。

表3　兩種量程下NOx測(cè)量偏差　%

注：a.相對(duì)均值偏差是指樣車(chē)在兩種量程下測(cè)量偏差值相對(duì)兩種量程下測(cè)量均值的相對(duì)偏差；b.相對(duì)限值偏差是指樣車(chē)在兩種量程下測(cè)量偏差相對(duì)限值的相對(duì)偏差。

對(duì)試驗(yàn)中ECE和EUDC工況下的5輛樣車(chē)NOx測(cè)試結(jié)果分別進(jìn)行了對(duì)比，如圖3所示。由圖3a可看出，在ECE工況下，1#、2#、3#樣車(chē)在1×10-6量程下的測(cè)試結(jié)果小于5×10-6量程下的測(cè)試結(jié)果；4#、5#樣車(chē)在兩種量程下的測(cè)試結(jié)果相差較?。挥蓤D3b可看出，在EUDC工況下，2#樣車(chē)在兩種量程下的測(cè)試結(jié)果相差不大，其它4輛樣車(chē)在1×10-6量程下的測(cè)試結(jié)果小于5×10-6量程下的測(cè)試結(jié)果。

圖3　兩種工況下NOx測(cè)量結(jié)果對(duì)比

在Ⅰ型排放試驗(yàn)的污染物計(jì)算中，每個(gè)工況下的排放值都是由樣氣濃度減去背景空氣濃度后計(jì)算得出的，為了具體分析兩種量程測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)差異的原因，分別對(duì)比分析了每次測(cè)量得到的樣氣濃度與背景空氣濃度。每輛樣車(chē)分別在ECE和EUDC工況下進(jìn)行了10次濃度測(cè)量，圖4為5輛樣車(chē)在試驗(yàn)中讀取的NOx濃度值。由圖4可看出，因背景空氣中NOx自身濃度很低，所以?xún)煞N量程下得到的NOx測(cè)量值相差不明顯；兩種量程下讀數(shù)的差別主要在樣氣濃度讀取上，當(dāng)被測(cè)NOx的濃度在0.2×10-6～0.7×10-6之間時(shí)，在1×10-6量程下的讀數(shù)會(huì)略低于5×10-6量程下的讀數(shù)，當(dāng)被測(cè)NOx濃度在0.5×10-6附近時(shí)偏差最大。

3.2標(biāo)準(zhǔn)氣濃度對(duì)THC測(cè)試結(jié)果的影響

圖5為在兩種量程（3×10-6和50×10-6）下，5輛樣車(chē)進(jìn)行Ⅰ型試驗(yàn)得到的THC測(cè)試結(jié)果。3×10-6量程裝備了濃度為1×10-6的C3H8標(biāo)準(zhǔn)氣，50×10-6量程裝備了濃度為15×10-6的C3H8標(biāo)準(zhǔn)氣。從圖5可看出，超低排放車(chē)輛的THC污染物在NEDC工況下總的排放結(jié)果均在0.02 g/km以下，即不到國(guó)Ⅴ法規(guī)限值（0.1 g/km）的20 %。通過(guò)對(duì)比分析可知，THC在兩種量程下得到的測(cè)試結(jié)果變化不大，采用3×10-6量程的測(cè)試結(jié)果比采用50×10-6量程的測(cè)試結(jié)果略低。

圖4　NOx濃度測(cè)量值對(duì)比

圖5　兩種量程下THC測(cè)試結(jié)果對(duì)比

表4為5輛樣車(chē)在兩種量程下THC的測(cè)量偏差。由表4可知，最大相對(duì)均值偏差為-1.04 %，最小為-0.22 %；相對(duì)限值偏差更小，均不到±0.3 %。這說(shuō)明在排放試驗(yàn)中THC受量程變化的影響不大，用大量程測(cè)量小數(shù)據(jù)也較準(zhǔn)確。這是因?yàn)闅潆x子火焰測(cè)量方法比較穩(wěn)定，且C3H8標(biāo)準(zhǔn)氣的擴(kuò)展不確定度較小等原因?qū)е隆?/p>

表4　THC測(cè)量偏差值　%

對(duì)試驗(yàn)中ECE和EUDC工況下的5輛樣車(chē)THC測(cè)試結(jié)果分別進(jìn)行了對(duì)比（圖略）?？芍?，在ECE工況下，1#樣車(chē)在3×10-6量程下的測(cè)試結(jié)果大于50×10-6量程下的測(cè)試結(jié)果，其它4輛樣車(chē)在3×10-6量程下的測(cè)試結(jié)果均低于50×10-6量程下的測(cè)試結(jié)果；在EUDC工況下，1#、2#、3#樣車(chē)在3×10-6量程下的測(cè)量結(jié)果更低，而4#、5#樣車(chē)在3×10-6量程下的測(cè)量結(jié)果均大于50×10-6量程下的測(cè)量結(jié)果；在EUDC工況下測(cè)試結(jié)果的差異比ECE工況下明顯。THC在ECE工況下的排放量高于EUDC工況下的排放量，當(dāng)被測(cè)的THC濃度值在0.5×10-6～ 3×10-6區(qū)間時(shí)測(cè)量結(jié)果偏差整體較小，最大測(cè)量偏差不到0.04×10-6。結(jié)合兩個(gè)階段的測(cè)量偏差可知，被測(cè)THC的濃度越低，兩種量程下的測(cè)量偏差會(huì)越大。

3.3標(biāo)準(zhǔn)氣濃度對(duì)CO測(cè)試結(jié)果的影響

圖6為在兩種量程（10×10-6和100×10-6）下，5輛樣車(chē)進(jìn)行Ⅰ型試驗(yàn)得到的CO測(cè)試結(jié)果。從圖6可看出，對(duì)于超低排放車(chē)輛的CO排放值，使用10×10-6量程的測(cè)試結(jié)果低于100×10-6量程下的測(cè)試結(jié)果。

圖6　兩種量程下CO測(cè)試結(jié)果對(duì)比

表5為5輛樣車(chē)在兩種量程下CO的測(cè)量偏差。由表5可知，3#樣車(chē)的相對(duì)均值偏差最大，為-3.38 %，2#樣車(chē)和4#樣車(chē)的相對(duì)均值偏差最小，分別為-0.8 %和-0.88 %；相對(duì)限值偏差都很小，均不到±1 %，其中最大相對(duì)限值偏差為-0.54 %。標(biāo)準(zhǔn)GB18352.5—2013中對(duì)CO的限值為1 g/km，

表5　CO測(cè)量偏差　%

對(duì)試驗(yàn)中ECE和EUDC工況下的5輛樣車(chē)CO測(cè)試結(jié)果分別進(jìn)行了對(duì)比（圖略）?？芍?，在ECE工況下，除3#車(chē)外，其它4輛樣車(chē)在兩種量程下的測(cè)試結(jié)果相差不大；在EUDC工況下，1#和5#號(hào)樣車(chē)在10×10-6量程下的測(cè)量值較低，其它3輛樣車(chē)在100×10-6量程下的測(cè)量值小于10×10-6量程下的測(cè)量值。由于多數(shù)車(chē)輛在EUDC工況下CO排放量很低，結(jié)合兩個(gè)工況的測(cè)量偏差可知，被測(cè)CO濃度過(guò)低會(huì)造成兩種量程下的測(cè)量偏差。

3.43種污染物排放試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

3.4.13種污染物排放試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

將排放試驗(yàn)過(guò)程中在兩種量程下測(cè)得的3種污染物的測(cè)量偏差進(jìn)行了對(duì)比，如圖7所示。從圖7可看出，NOx的平均相對(duì)限值偏差最大，約為0.44 %，THC的平均相對(duì)限值偏差最小，小于0.14 %。這表明3種污染物中，THC受標(biāo)準(zhǔn)氣濃度影響最小，用高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣測(cè)試低濃度值也能得到較準(zhǔn)確的結(jié)果。

NOx在排放試驗(yàn)中受標(biāo)準(zhǔn)氣影響大的原因是，一方面NOx自身特性不穩(wěn)定，內(nèi)部成分容易發(fā)生變化，另一方面是NOx標(biāo)準(zhǔn)氣不確定度也最大[4]，其中1×10-6的NOx標(biāo)準(zhǔn)氣不確定度為±6 %。 3.4.2 3種污染物濃度讀取偏差對(duì)比

圖7　3種污染物試驗(yàn)結(jié)果偏差對(duì)比

試驗(yàn)中利用排放分析儀對(duì)3種污染物在超低和普通兩種量程下進(jìn)行了濃度讀取，3種污染物的測(cè)量濃度偏差值如圖8所示。由圖8可看出，CO的測(cè)量濃度偏差最大，大于0.05×10-6，NOx的測(cè)量濃度偏差最小，小于0.01×10-6。另外，由于試驗(yàn)中進(jìn)行CO測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)氣量程較大，所以在3種污染物濃度偏差相對(duì)測(cè)量量程的相對(duì)偏差中，CO的相對(duì)偏差最小，而NOx的相對(duì)偏差最大。

圖8　濃度測(cè)量值偏差對(duì)比

4　結(jié)束語(yǔ)

a.對(duì)于超低排放車(chē)輛，在NEDC工況下進(jìn)行尾氣測(cè)試時(shí)，采用超低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣的測(cè)量結(jié)果與普通深度標(biāo)準(zhǔn)氣下的測(cè)量結(jié)果存在一定差異，其中，NOx測(cè)量結(jié)果偏差最大，平均為0.44 %；THC測(cè)量偏差最小，平均值為0.14 %。3種污染物相對(duì)國(guó)Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)限制的偏差均未超過(guò)±1 %。

b. 3種污染物在不同濃度標(biāo)準(zhǔn)氣下測(cè)量的濃度值存在一定的偏差。3種污染物中，濃度測(cè)量值偏差最大的是CO，平均偏差為0.052×10-6；最小的是NOx，平均偏差為0.007 7×10-6。

c.使用超低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣更能突顯出測(cè)試結(jié)果的細(xì)微差別，能夠在超低排放車(chē)輛的研發(fā)過(guò)程中提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

1聞俊杰，康赫男，侯健生.關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)氣體使用中一些問(wèn)題的探討.計(jì)量與測(cè)試技術(shù), 2014（3）: 39～41.

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（責(zé)任編輯文楫）

修改稿收到日期為2015年9月10日。

Research on Low Concentration Standard Gas in EURO VI Emission Test

Wen Yi, Yang Zhengjun, Pan Peng, Tian Donglian, Yu Jintao, Gao Junhua
（China Automotive Technology and Research Center, Tianjin 300300）

【Abstract】To improve the measuring accuracy of super ultra- low emission vehicles (SULEV) appearing in the laboratory that satisfies Euro VI emission standard, a batch a super low concentration standard gases are selected, and three kinds of low concentration normal pollutants from SULEV are studied in conventional standard gas test and ultra low concentration standard gas test and their difference is compared, which indicate that China- made 1×10- 6Class concentration standard gas can be used effectively and stably in emission test lab, and low range measurement can highlight the slight difference of measurement results, which can provide more accurate data in SULEV development.

Key words:Automobile, Euro IV standard, Low concentration pollutant, Test, Standard gases

中圖分類(lèi)號(hào):U467.4+8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1000-3703（2016）02-0050-05

主題詞:汽車(chē)歐Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)低濃度污染物測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)氣