【文章內(nèi)容簡介】 基于以下幾個方面: 排放控制技術和測試技術排放標準國IV及國IV階段以上的重型車輛發(fā)動機，我國當前采用的排放控制技術路線主要是利用選擇性催化還原技術(SCR)對NOX進行催化還原控制，通過先進機內(nèi)凈化技術對一氧化碳、碳氫化合物及顆粒物進行有效控制。重型車輛廠商利用先進的電子控制技術調(diào)整發(fā)動機控制策略，使車輛實際行駛中“排放控制失效”，獲得較好的燃油經(jīng)濟性，而排氣污染物(主要是NOX)大大超過型式認證限值[19]。因此，應該加強對整車排放污染物中氮氧化物的監(jiān)控，確保發(fā)動機在日常運行工況下對NOX的排放進行有效控制。柴油發(fā)動機排氣污染物中另一種主要污染物顆粒物不作為本文測試研究對象。目前，用于測試在用車顆粒物的便攜式排放測試技術仍未達到法規(guī)的技術要求，當前美國和歐盟對于在用車顆粒物排放仍然處于驗證評估階段，對顆粒物的監(jiān)控沒有提出最終的要求。目前，對顆粒物的在用車監(jiān)控，不具備測試技術上的可行性。因此，本文未將顆粒物作為研究對象。 國家環(huán)境保護政策近年來我國汽車產(chǎn)業(yè)有了快速增長的階段，到2009年達到了1379萬輛，年產(chǎn)量位居世界第一。2009年我們國家汽車保有量已經(jīng)超過7600萬輛，到2010年8月為止超過8500萬輛。汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展促進了經(jīng)濟的快速發(fā)展，拉動了社會經(jīng)濟各方面的全面進步，也改善了人民的生活質(zhì)量，但是同時也帶來了城市的大氣污染問題，由機動車的發(fā)展引起的大氣污染也逐步引起了各方的關注。目前全國約1/5的城市大氣污染嚴重，113個重點城市中1/3以上的城市空氣質(zhì)量仍達不到國家二級標準，機動車排放己成為部分大中城市大氣污染的主要來源。部分大城市，機動車排放已稱為這些城市大氣污染的主要來源。由過去的煤煙型污染現(xiàn)在轉(zhuǎn)成以機動車排放污染為主[20]。“十二五”期間對于機動車排放將主要控制氮氧化物、揮發(fā)性有機物等。其中重型汽車在“十二五”要繼續(xù)作為重點，重型汽車的保有量僅占機動車保有量的5%，但是排放的氮氧化物的排放量占到總排量的70%。“十二五”期間，國家把氮氧化物控制作為國家重點控制的指標，強制控制指標，納入國民經(jīng)濟社會發(fā)展計劃，因此汽車氮氧化物控制在“十二五”提到具體落實實施的階段[21]。 測試對環(huán)境所造成的影響近年來，我國一些地區(qū)酸雨、灰霾和光化學煙霧等區(qū)域性大氣污染問題日益突出，嚴重威脅群眾健康，影響環(huán)境安全?；姻铂F(xiàn)象與機動車排放的氮氧化物、碳氫化合物存在明顯的關系。臭氧濃度逐步在增高，夏季和秋季部分城市臭氧濃度超標，個別城市發(fā)生光化學污染的可能性在不斷增加。臭氧濃度增高和機動車排放的氮氧化物和碳氫化合物有密切的關系。氮氧化物是大氣主要污染物之一，是光化學煙霧污染、城市灰霾天氣、大氣酸沉降等一系列環(huán)境問題的重要根源[22]。 SEMTECHDS系統(tǒng)介紹圖35 SEMTECHDS主機實物圖 系統(tǒng)的整體描述SEMTECHDS是一種高精度的、集成化的車載尾氣分析系統(tǒng)，它集美國EPA認可的三種車載尾氣分析儀器、O2及環(huán)境參數(shù)傳感器、汽車運行參數(shù)接口及全球衛(wèi)星定位儀于一體，采用小型化、防震動、直流電源等設計特色，使之非常適合于車載實際道路行駛工況下的汽車尾氣排放測試，解決目前重型發(fā)動機、重型機動車、工程車輛、火車頭、輪船、飛機等試驗臺架測試困難的難題。2005年6月4日，美國EPA頒布最終條例（EPA420F05021），要求重型發(fā)動機及重型車輛制造商用車載測試系統(tǒng)測試生產(chǎn)的發(fā)動機機車排放的氣體及顆粒物，使其不超過NTE標準的極限，除了用于測試重型發(fā)動機及重型車的法規(guī)排放外，SEMTECHDS還適用于各種汽油、柴油、清潔燃料及混合動力車型在實際道路工況下排放，為建立更加精確的機動車排放因子及模型服務[2327]。(1) 重型機動車NTE達標測試(2) 重型發(fā)動機現(xiàn)場排放測試(3) 在用車實際行駛工況下排放測試(4) 工程車輛、火車頭、輪船、飛機等測試(5) 催化劑和粒子捕捉效率實驗 儀器的特色(1) 唯一通過美國EPA、CARB及EMA三方聯(lián)合組織的車載測試項目的商業(yè)化儀器；(2) 符合美國EPACRF1065，Subpart J及歐盟CE測試規(guī)范；(3) 符合MILSTD 810F車載振動要求，準確度及可靠性得到了SAE，CRC及EPA的文獻證明；(4) 測試法規(guī)規(guī)定的5種氣體，用NDIR分析CO/CO2，用自動調(diào)整量程的HFID分析THC；(5) 采樣系統(tǒng)保持200攝氏度左右防止冷凝，NDIR及NDUV分析儀之前設置冷卻除濕器；(6) 實時顯示記錄原始的濃度數(shù)據(jù)，通過流量測量以及機動車運行參數(shù)，實時計算質(zhì)量排放量、NTE達標計算、基于燃料消耗的排放量，可報告g/s、g/km、g/bhph、g/kwh等排放量單位；(7) 內(nèi)置奔騰5代處理器用于高速數(shù)據(jù)采樣的處理，1GB的數(shù)據(jù)處理卡用于存儲，sensorTech用戶軟件，無線數(shù)據(jù)傳輸功能；(8) 能記錄顯示不同車型的運行參數(shù)；(9) 可選附件包括尾氣流量計、重型車及輕型車運行參數(shù)接口、全球衛(wèi)星定位儀、環(huán)境溫濕度及壓力傳感器、伴熱管線、允在小車以及直流電源的相關供應；(10) 可選附件環(huán)境箱使得儀器能用于惡劣環(huán)境下操作，如振動機潮濕下雨天的天氣下進行。 SEMTECHDS性能參數(shù)(1) 濃度測量表31 SEMTECHDS氣體濃度和精度測量氣體量程分辨率準確度CO2020%%177。%CO08%10ppm177。50ppmNO02500ppm1ppm177。15ppmNO20500ppm1ppm177。10ppmTHC0100ppm01000ppm010000ppm1ppm1ppm177。2ppm177。5ppm177。10ppm(2) 樣品采樣流量：8LPM(3) 預熱時間：60min(4) 數(shù)據(jù)采集頻率：≥1 Hz(5) 環(huán)境操作溫度：240℃(6) 儀器重量：(7) 儀器尺寸：355mm (H) 432mm (W) 549mm (D)為了對重型車輛的整車排放性能進行分析和評價，研究重型車輛在實際道路運行時的真實排放情況，需要利用PEMS測試設備試驗車輛的瞬時排放數(shù)據(jù)和瞬時發(fā)動機負荷信息進行收集。 氣態(tài)排放污染物實時收集車輛運行過程中的NOx濃度(ppm)、排氣流量（(m3/min)、排氣溫度（℃）、車輛行駛速度（km/h）的瞬時排放數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集頻率為1Hz。 發(fā)動機負荷信息實時讀取并記錄車輛在實際運行過程中發(fā)動機控制模塊(ECM: Electronic Control Module)中發(fā)動機負荷信息。這些測量值有:發(fā)動機轉(zhuǎn)速N、發(fā)動機實際扭矩百分比TPer(%)、參考發(fā)動機扭矩Tref(Nm)、踏板開度α(%)信息。將SAEJ1939協(xié)議載入主控電腦的軟件中，通過設備讀取并解析出發(fā)動機信息[2830]。通過設備收集的數(shù)據(jù)SAEJ1939協(xié)議中規(guī)定的數(shù)據(jù)內(nèi)容。發(fā)動機轉(zhuǎn)速N和踏板開度的意義在此不作贅述。SAEJ1939中關于發(fā)動機扭矩百分比(%)和參考發(fā)動機扭矩(Nm)的描述如下:發(fā)動機扭矩百分比（Actual EnginePercent Torque）:與參考發(fā)動機扭矩相乘可計算得到發(fā)動機輸出扭矩。該參數(shù)表示為參考發(fā)動機扭矩的百分比。參考發(fā)動機扭矩(Reference Engine Torque)該參數(shù)是定義所有與發(fā)動機指示扭矩有關的參數(shù)的參考基準值。 測試要求 車輛的行駛工況為了反映重型車輛在道路上運行時的排放工況，車輛沿著日常運營路線正常行駛，不規(guī)定某一固定測試循環(huán)工況。其中車輛類型為N3類，即車載重超過12噸。 測試路線圖36 測試路線如圖36所示，測試的路線從襄陽試車場開始經(jīng)過漢十高速到達隨州。其中貨車稱重13350kg，行駛的公里數(shù)為268km，一共行駛了190min。 測試間隔測試過程中，不間斷連續(xù)測量車輛排放和發(fā)動機數(shù)據(jù)處理4050分鐘之后，對收集的數(shù)據(jù)進行保存。每次測試間隔結(jié)束之后，對排放測試設備進行標定操作，標定結(jié)束后，重新開始下一個測試間隔的測試。確定測試間隔為4050分鐘，主要取決于下面幾點因素：為了保證測試設備的精度，PEMS測試設備需要每隔一小時進行一次標定操作。測試間隔時間過長，每次保存的測試數(shù)據(jù)量較大，特別是獲取的發(fā)動機數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理時對處理軟件和計算機要求較高。如發(fā)動分鐘機轉(zhuǎn)速信息的收集頻率為100Hz，測試間隔為50分鐘時，收集到的發(fā)動機轉(zhuǎn)速信息為30萬左右的數(shù)據(jù)。測試過程中出現(xiàn)斷電或其他故障時，所測試的數(shù)據(jù)不能被及時保存，造成測試工作無效，在保證設備能夠記錄足夠多的測試數(shù)據(jù)且避免意外造成數(shù)據(jù)損失的條件下，應該盡可能多的在一次測試間隔中獲取較多的測試數(shù)據(jù)，因此，確定測試間隔時間為4050分鐘。 測試車輛本文所選擇的測試車輛為東風載貨汽車，型號為DYM6481ACB。車輛類型為N3類車輛。選擇測試車輛時，由發(fā)動機廠家的技術人員協(xié)助確認保證車輛的排放控制裝置正常工作，車輛或發(fā)動機無與排放控制相關的報警或故障出現(xiàn)。如車輛發(fā)動機有氣缸失火、后處理裝置傳感器缺失或損壞等影響車輛后處理裝置工作的車輛不可選擇為測試車輛。如表32為測試車輛的基本信息。 表32 測試車輛的基本信息車輛類型載貨汽車外廓尺寸：長寬高（mm）999525503960發(fā)動機排量（L）額定功率（kW）155轉(zhuǎn)速（r/min）2500總質(zhì)量（kg）15800最高車速（km/h）90 試驗條件表33 測試條件試驗質(zhì)量或測功機慣量（kg）13350天氣多云氣溫（℃）1625濕度（%）50%氣壓（kPa）101風速（m/s）＜3m/s測試方法車載法排放測試設備車載尾氣分析儀SEMTECHDS里程表讀數(shù)（km）3513尿素用量試驗用油國四ETC循環(huán)功（kWh） 實驗過程車輛在日常運行路線上行駛，利用PEMS測試系統(tǒng)實時的收集車輛的瞬時排放信息和發(fā)動機負荷信息，按照上述測試原則對重型車輛進行排放測試，對測試車輛的排放數(shù)據(jù)進行了收集和處理。本章主要是對重型車整車排放測試方案進行了闡述。利用國際上流行且技術上可行的便攜式排放測試系統(tǒng)(PEMS)對整車排放進行測試，可以方便的收集到整車在真實運行條件下的排放數(shù)據(jù)。從車輛排放控制技術及車載測試技術、國家環(huán)境保護政策及對環(huán)境影響的角度看，本文將重型車整車NOX的排放作為污染物測試對象。為了獲取重型車在實際運行條件下的排放，測試車輛按照日常運行路線，利用SEMTECHDS對整車的氣態(tài)污染物和發(fā)動機相關信息數(shù)據(jù)收集。這對車輛道路排放的順利進行打下了基礎，為獲取可以真實反映車輛實際道路排放特征的重型車整車排放數(shù)據(jù)提供了切實的途徑和方法。4數(shù)據(jù)整理與基本排放分析 數(shù)據(jù)整理本文對該輛重型柴油車進行了若干次測試，整理并記錄下了有效的數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，研究重型車輛在實際運行過程當中的排放特性。便攜式排放測試系統(tǒng)利用不同的儀器對整車排放各個測量值進行數(shù)據(jù)收集。不同測量儀器的響應時間各不相同，由此獲取的各個測量值之間會相應的有不同程度的“延遲”現(xiàn)象。各個測量值之間的數(shù)據(jù)“延遲”會造成車輛排放計算的不準確。因此，在對車輛的排放數(shù)據(jù)進行計算前，需要對排放數(shù)據(jù)進行整理。 排氣污染物處理測試過程中，采用PEMS實時收集整車實際運行過程中的NOX濃度(ppm)排氣流量(m3/min)等瞬時排放數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集頻率為1Hz。 按照公式41計算NOX的實時排放質(zhì)量。 (41)式中：: 在時間t內(nèi)，NOx的實際排放質(zhì)量[g/s]: 以排氣流量為標準的NOx分析儀延遲時間[s]: 在時間（t+DTNOx）內(nèi)，尾氣中NOx的濃度；: NO2摩爾質(zhì)量[g]: 在時間t內(nèi)，標準條件下（，）的排氣流率[L/min]NOx實時排放質(zhì)量修正計算公式和水分濃度值計算公式如式42和43所示。） (42)(43)式中：: 在時間t內(nèi)，修正后的NOX實時排放質(zhì)量[g/s](t): 在時間t內(nèi)，NOX的實時排放質(zhì)量: 在時間t內(nèi)，空氣中水蒸氣的摩爾質(zhì)量: 在時間t內(nèi)，周圍環(huán)境溫度[℃]這樣就可以計算得到測試測量在實時運行過程中的NOX瞬時排放速率。本文利用SEMTECHDS儀器進行對NOX的計算。 發(fā)動機瞬時數(shù)據(jù)處理比排放量指發(fā)動機每千瓦小時所排放出的污染物質(zhì)量，以g/kWh表示。研究重型車輛整車的NOX比排放量，需要得到發(fā)動機運行時所做的功。發(fā)動機在運行過程中所做的功不能被直接測量得到，但是可以利用發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)動機實際扭矩百分比和參考發(fā)動機扭矩來按照公式(34)計算得到發(fā)動機的功大小。 (44)式中： W： 在1s內(nèi)，發(fā)動機所做的功[kWh] ： 在1s內(nèi)，發(fā)動機實際扭矩百分比[%] N: 在1s內(nèi)，發(fā)動機轉(zhuǎn)速[rpm] : 參考發(fā)動機扭矩利用上述公式計算得到車輛在實際運行過程中，每1秒內(nèi)發(fā)動機所做的功大小，從而獲得發(fā)動機做功大小的瞬時數(shù)據(jù)。所記錄的參數(shù)都是高