不同试验路线下国Ⅵ重型柴油车PEMS试验研究

薛黎明　万亮亮　彭德文　夏雨

摘 要：基于便携式排放测试系统，在不同试验路线下对国Ⅵ重型柴油车进行了PEMS试验研究。研究表明，不同试验路线下，整车排放结果与法规的符合性存在差异，高速道路连续爬坡行驶对PN排放影响较大。研究结果对提高重型柴油车排放监管的科学性，开发稳定可靠的道路测试及评价方法具有一定参考意义。

关键词：国六 车载法 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

世界各国越来越重视基于实际道路的机动车污染物排放测试方法，欧洲第六阶段排放标准，美国EPA 2010排放标准和我国第五、六阶段排放标准都先后引入PEMS（车载排放测试系统），作为实际道路整车排放测试和管理手段。

本研究严格按现有国Ⅵ法规[6]，規划2条典型试验路线，利用PEMS在不同试验路线下对国Ⅵ重型柴油车污染物排放进行了对比研究。

2 试验设计

2.1 试验设备

本研究采用美国Sensers公司SEMTECH-DS+便携式排放测试系统。该系统主要包括气体分析系统（测量CO、CO2、NOx）、颗粒物分析系统（测量PN数量）、排气流量计（测量排气质量流量、排气温度与压力等）、OBD数据采集模块（读取发动机转速、扭矩、节气门开度等）、气象站及GPS（测量温度、湿度、海拔、大气压等）等。

2.2 试验车辆

以2辆湖北大运新生产的8*4国Ⅵ自卸车为研究对象，每辆车都配置了国Ⅵ发生机和后处理系统。车辆加载质量为最大载荷的50%，燃油为普通市售柴油。

2.3 试验路线规划

国Ⅵ法规要求试验路线应包括：市区路、市郊路、高速路。2辆试验车均属于N3类，测试道路组成依次为20%的市区路、25%的市郊路和55%的高速路。试验开始点和结束点之间的海拔高度之差不得超过100m，并且试验车辆的累计正海拔高度增加量应不大于1200m/100km。

路线一：十堰市郧阳区天马大道-长沙路-郧阳南高速口-武当山高速口。该路线地势起伏较大，以山区道路为主，具体路线见图1。

路线二：武当山-丹江口土关垭高速口（土武一级路）-襄阳市龙王高速口。该路线地势平坦，道路较平直，具体路线见图2。

2.4 试验方法

测试开始前对PEMS设备进行预热，使之准备就绪。对PEMS取样系统进行气体泄漏检查，按设备操作要求执行气体标定（零标定和量程标定）。此外还应吹扫排气流量计，清除压力测量端口冷凝物及柴油颗粒物。

测试过程中由两块12V锂电池对PEMS设备不间断供电。对车辆进行预热行驶，当发动机冷却液温度在70℃以上，测试正式开始。由同一名经验丰富的驾驶员以正常驾驶习惯沿规划路线行驶（按市区、市郊和高速的连续工况）。每辆试验车分别沿路线一、路线二各进行1次试验，共进行4次试验，各次试验起终点尽量保持一致。测试最短时间应保证车辆累计功达到4～7倍的WHTC循环功，试验结束后对设备进行漂移检查。各运行道路平均车速及时间占比按表2规定，允许实际道路构成比例有±5%的偏差。

2.5 判定方法

采用功基窗口法对试验数据进行计算和结果判定。当一个区间累积做功等于瞬态循环的发动机做功量时，定义该连续区间为一个功基窗口。功基窗口内车辆排气污染物排放总质量与窗口内做功量的比值即为窗口比排放（单位：g/kWh）。有效窗口：窗口平均功率大于发动机最大功率的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%，则降低功率阀值，功率阀值最小不能小于10%。

在有效功基窗口中，要求90%以上小于表3规定的排放限值。同时要求有效数据点中（发动冷却液温度在70℃以上至试验结束的所有测试数据点），95%以上小于500ppm的NOx排放浓度要求。

3 试验结果对比分析

3.1 环境及海拔特征

4次试验均在夏季进行，环境温度28℃-35℃，符合国Ⅵ法规环境温度应不低于-7℃的要求。

3.2 行驶特征

功基窗口及有效数据点计算结果见表1。各运行道路平均车速、时间占比均符合国Ⅵ法规中N3类车辆规定，测试时长满足车辆最低累计功要求。各次试验有效窗口比例均超过50%，试验结果有效。

3.3 试验判定结果

满足排放限值的窗口比例及满足NOx排放浓度要求的有效数据点比例见表2。通过试验结果可以看出，各次试验CO、NOx满足排放限值的窗口比例均达到100%。各次试验均满足有效数据点中95%以上小于500ppm的NOx排放浓度要求。但各次试验PN排放结果存在差异：沿路线一行驶，2辆试验车PN排放满足限值的窗口比例分别为84.8%、81.2%，均未达到90%，PN排放不符合法规要求;沿路线二行驶，2辆试验车PN排放满足限值的窗口比例均为100%，超过90%，PN排放符合法规要求。

综上所述，沿路线一行驶，2辆国Ⅵ重型柴油车排放均不符合国Ⅵ法规要求，主要原因为PN排放超标;沿路线二行驶，2辆国Ⅵ重型柴油车排放均符合国Ⅵ法规要求。

3.4 PN排放超标原因分析

因2辆试验车沿路线一试验时，起终点、环境、测试时长、测试里程、驾驶习惯、平均车速、时间占比等参数差异不大，可以排除上述因素影响。由路线一PN排放曲线（图3）可以看出，2辆试验车在采样时间4000秒附近（此时车辆为高速道路行驶工况），PN瞬时排放（紫色曲线）均明显增大，PN窗口比排放（藍色曲线）均超过1.2*1012/kWh限值要求，分析为导致PN排放不合格的原因。

对数据进一步分析，当2辆试验车PN瞬时排放与窗口比排放出现峰值时，发动机功率、发动机扭矩、燃油消耗率、节气门开度、排气质量流量等值均明显增大，推测在该点可能存在连续上坡道路。调取GPS海拔参数，在采样时间4000s附近存在海拔持续增高现象，经实地勘察，该点的确存在约5km的连续上坡高速道路，与推测结果一致。当车辆高速爬长坡时，发动机扭矩较大，喷油量增加，空燃比迅速下降，油气混合均匀性变差，导致PN排放增加。且较长的持续时间导致2辆试验车PN排放超标。

4 结论

基于便携式排放测试系统（PEMS），对2辆国Ⅵ重型柴油车在不同试验路线下进行了实际道路排放试验。研发发现，不同试验路线下，整车排放结果与法规的符合性存在差异，高速道路连续上坡行驶对柴油车PN排放影响较大。因重型柴油车排放受影响因素较多，所以在发动机和整车后处理系统开发时，减排能力应保证一定的裕度。同时，开发稳定可靠的PEMS道路测试及评价方法仍是今后的研究重点。

参考文献：

[1]岳大俊，杜宝程，邹杰，等.驾驶行为对重型柴油车实际道路行驶排放测试的影响[J].重庆大学学报. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/50.1044.N.20200428.1127.004.html.

[2]王燕军，吉喆，尹航，等.重型柴油车污染物排放因子测量的影响因素[J].环境科学研究，2014，27（03）：232-238.

[3]GB 17691-2018.重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）[S].北京：中国标准出版社，2018.