1、武汉理工大学毕业设计（论文）重型柴油车辆道路排放特征及评估方法研究学院（系）： 汽车工程学院专业班级：热能与动力工程 1004 班学生姓名： 朱舫舫 指导教师： 侯献军 武汉理工大学毕业设计（论文）学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被
2、查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于 1、保密囗，在 年解密后适用本授权书2、不保密囗 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日武汉理工大学毕业设计（论文）目录摘要 IAbstract .II1 绪论 .11.1.研究背景 .11.1.1 汽车是城市的主要大气污染源 .11.1.2 柴油机发展的必然性 .11.1.3 当前汽车排放控制策略存在的问题 .21.2 研究的目的和意义 .31.3 国内外重型柴油车道路排放测试发展现状 .31
3、.4 研究的内容以及技术路线 .41.4.1 研究的主要内容 .41.4.2 研究的技术路线 .52 车辆道路排放特征影响因素以及实验的方法 62.1 车辆道路排放特征影响因素 .62.2 重型柴油车辆道路排放特征研究方法 .73 重型柴油车辆排放测试试验的设计 .83.1 测试手段 .83.2 便携式排放测试系统(PEMS)的组成 .83.3.测试污染物对象 113.3.1 排放控制技术和测试技术 .113.3.2 国家环境保护政策 .113.3.3 测试对环境所造成的影响 .123.4 SEMTECH-DS 系统介绍 .123.4.1 系统的整体描述 .133.4.2 仪器的应用 133.
4、4.3 仪器的特色 .133.4.4 SEMTECH-DS 性能参数 .143.5 测试内容 143.5.1 气态排放污染物 .143.5.2 发动机负荷信息 .153.6 测试要求 153.6.1 车辆的行驶工况 .15武汉理工大学毕业设计（论文）3.6.2 测试路线 .153.6.3 测试间隔 .163.6.4 测试车辆 .163.6.5 试验条件 .173.6.6 实验过程 .173.7 本章小结 174 数据整理与基本排放分析 .184.1 数据整理 184.1.1 排气污染物处理 .184.1.2 发动机瞬时数据处理 .194.2 基本排放分析 204.2.1 排放因子与排放比 20
5、4.2.2 各测量参数随时间的变化 .204.2.3 车辆排气流量分析 224.2.4 车辆排气温度分析 .234.3 发动机实际工况与 ETC 工况的分布差异 234.4 本章小结 245 基于 NTE 法的重型柴油车排放特性 .255.1 美国 NTE 法介绍 255.1.1 美国 NTE 法控制区 .255.1.2 美国 NTE 事件和排放 .265.1.3 美国 NTE 事件的加权时间确定 .265.1.4 车辆合格标准 .265.1.5 满足 NTE 法规限值 .265.2 美国 NTE 法处理车辆排放 275.3 对美国 NTE 法的修正 285.4 本章小结 296 基于功基窗口
6、法的重型柴油车排放特性 306.1 功基窗口法介绍 306.2 功基窗口法处理车辆排放 306.2.1 功基窗口大小 .306.2.2 窗口功计算及窗口比排放计算 .316.2.3 功基窗口大小对计算车辆 NOx 排放的影响 .316.3 功基窗口发的判定 326.3 本章小结 33武汉理工大学毕业设计（论文）7.总结及展望 347.1 总结 347.2 展望 34参考文献 35致谢 37武汉理工大学毕业设计（论文）I摘要由于柴油机具有较好的燃油经济性、动力性、耐久性等优点使得柴油汽车在近几年来得以迅速发展，由此引起的柴油车排放问题，尤其是氮氧化合物(NO X)和固态颗粒物(PM)越来越受到人
7、们关注。截至 2010 年，重型汽车保有量仅占机动车保有量的 5%，但是排放的氮氧化物排放量占到总排放量的 70%。机动车作为主要的移动污染物，对城市空气污染的贡献率不可估量，为降低机动车尾气排放对大气质量的污染程度，全球共形成美国、欧洲、日本三大机动车排放法规体系，对我国制定符合本国国情的车辆排放法规标准提供了依据和借鉴。重型发动机进行型式核准时,其测试循环与车辆实际运行工况差异较大,车辆在实际运行过程中排放远远高于认证时排放水平。应尽快开发和制定基于整车的重型车辆排放试验方法,以加强重型车实际道路运行排放的监控和管理,提高重型车辆排放监管的科学性和有效性,有效地控制城市的重型车排放量。本文
8、借鉴国外重型汽车道路排放测试手段，结合我国便携式排放测试系统的应用现状，提出采用便携式排放测试系统对重型汽车进行排放测试。并设计了重型汽车整车排放测试方案。对一辆运行在襄阳地区的国 IV 在用柴油车进行排放测试，收集车辆在实际道路运行条件下的排放数据和发动机负荷信息。分析了测试车辆的基本排放特征和基本工况特征，对比了车辆实际运行工况和 ETC 循环工况的差异。利用美国 NTE 法和功基窗口法对车辆排放水平进行了评估。结合我国重型车辆运行工况特征，修正了美国 NTE 法，并重新对重型车辆的排放进行了评估。本文意义在于为加强重型车实际道路运行下排放的监控和管理提供了依据。弥补了重型发动机认证试验测
9、试工况不能完全反映车辆在实际运行过程中的工况的不足，更全面、更真实地反映了车辆排放水平。对提升重型车辆污染排放评价能力，提高重型车辆排放监管的科学性和有效性，有效控制重型车排放量，有着非常重要的意义。关键词：重型车辆；道路排放；NTE；功基窗口法；便携式排放测试系统武汉理工大学毕业设计（论文）IIAbstractWith better fuel economy, power and durability, diesel engine and vehicle makes a rapid development in recent years. However, as the main mobil
10、e pollution for the urban air pollution, diesel vehicle emissions especially nitrogen oxides (NOX) and particulate matter (PM) has received more and more attention, and makes an inestimable contribution rate to the city air quality. By 2010, heavy-duty vehicle population accounted for 70% of total e
11、missions. To reduce vehicle exhaust emissions, The United States, Europe, Japan already have set up their own motor vehicle emission standards and regulations based on our countrys condition. Heavy-duty engine type approval test cycle is quite different from the actual vehicle operation are much hig
12、her than the certification emission levels. It is priority to develop and to establish heavy duty vehicle emission testing methods, so as to strengthen monitoring and management of heavy duty vehicle emissions when operated in real world, and to improve scientific and effective supervision of heavy
13、duty vehicle emissions, finally to effectively control the emissions of citys heavy-duty vehicles.Reference to foreign means of heavy duty vehicle emissions road testing, Portable Emission Measurement System is chosen to test heavy duty vehicle emissions, combined with application of Portable Emissi
14、on Measurement System in our country, and heavy duty vehicle emissions testing program is designed. One in-use heavy duty trucks, which comply with State IV emission standard, run and were tested in Xiangyang, and emission data and engine load information data from vehicles operated in the real worl
15、d were collected. The vehicle emission characteristic and driving cycle conditions were analyzed, and the actual vehicle operating conditions and ETC cycle were compared. US NTE method and Work-Based Window method were used to assess vehicle emission. Based on driving characteristics of heavy-duty v
16、ehicles in our country, U.S NTE method was amended, and was used to evaluate heavy duty vehicles emissions.The significance lies in providing the basis for the monitoring and management of heavy duty vehicles emissions operated in real world. And it makes up heavy-duty engine certification testing c
17、ycle that the cycle cannot fully reflect the actual operation of vehicle in real world, and it can more comprehensive and truly reflects the level of vehicle emissions. It has great meaning for enhancing evaluation capacity, improving scientific and effective supervision, and effectively controlling
18、 the emission of heavy duty vehicles in China.武汉理工大学毕业设计（论文）IIIKeywords: Heavy duty vehicle; On-Road Emission; NTE; Work-based Window; Portable Emission Measurement System武汉理工大学毕业设计（论文）11 绪论1.1.研究背景1.1.1 汽车是城市的主要大气污染源“十一五”期间，我国的汽车保有量平均年增长率达到 20%，从 2006 年的 3088万辆增加到 2010 年的 7722 万辆，保有量增加了 1.5 倍，其中重型车
19、数量占 8. 5%左右，2009 年全球深受金融危机的影响，而我国却以汽车产销量双双突破 1300 万辆而成为世界第一大汽车生产国和消费国。在 2010 年至 2020 年期间，我国的汽车保有量还会增加2 倍左右。由于我国控制机动车污染起步较晚，在用车中排放控制技术落后的车辆占较大的比例，机动车的平均排放水平远高于欧美发达国家。同时我国的交通基础设施建设和交通规划管理水平虽然有了很大的进步，但还未能与机动车保有量的高速增长保持同步发展，同时公共交通能力较差，交通出行方式的结构组成不合理，造成目前许多大城市市区主干道长时间处于饱和状态。许多城市车辆平均车速低，怠速比例高，加重了城市内的空气污染。
20、在我国的部分大城市中，机动车排放已经成为主要大气环境污染源。“十一五”期间，全国汽车排放的各种污染物均呈增长趋势：一氧化碳排放量由 2964万吨增加到 3175 万吨，年均增长 1. 4%；碳氢化合物排放量由 347 万吨增加到 364 万吨，年均增长 0.9%；氮氧化物排放量由 480 万吨增加到 537 万吨，年均增长 2. 3%；颗粒物排放量由 55. 5 万吨增加到 56. 5 万吨，年均增长 0.4%。氮氧化物的大量排放，造成我国的光化学烟雾频发，细颗粒物污染凸显，严重危害人群健康和生态环境。为达到国 VI 标准的要求，同时提高燃油经济性，我国柴油车通常会选择增压中冷、高压共轨和优化
21、燃烧等发动机技术来降低油耗和 PM 排放，并釆用添加尿素的选择性催化还原技术来降低 NOX 排放并且该技术已成为满足欧 V 欧 VI 以及 US2007 柴油车 NOX 净化首选技术我国国民经济和社会发展“十二五”规划中，要求氮氧化物排放(NO X)减少10%。机动车的氮氧化物排放控制是“十二五”氮氧化物总量减排工作重要的组成部分，第一次污染源普查数据表明，2007 年机动车 NOX 排放达 550 万吨，约占全国 NOX 排放总量的 1/3，而重型柴油车又是机动车减排的重中之重。所以，对重型柴油车辆的排放控制尤为重要。武汉理工大学毕业设计（论文）21.1.2 柴油机发展的必然性作为一种经济、
22、节能、高效率的动力系统，柴油机由于具有高的压缩比而使其燃油效率比汽油机高，具有较低的燃油消耗率和较大的功率，以其良好的燃油经济性、动力性、耐久性等优点，在大功率车辆如大型客车、大型货车上得到广泛应用 1,2,3。与汽油车相比，柴油车的 HC、CO 排放量低，柴油机是环境友好型发动机，并能够作为生物柴油、阳光燃料和阳光柴油等可再生燃料的最佳平台，具有非常好的应用前景，全世界柴油车的生产量呈逐年上升的态势。在欧洲，柴油车销量己占汽车总销量的 40%，美国市场的柴油车销售量也在逐渐增加。2002 年，美国市场柴油轿车的销售量达到 31220辆，比 2001 年增加了约 35%。克莱斯勒、大众、宝马、
23、福特和通用等国际汽车巨头都对美国的柴油车市场，特别是柴油轿车市场表现出极大的兴趣，甚至计划在加州这个世界汽车排放法规最严格的地区推出低排放柴油轿车 4,5。可以看出，柴油机的排放控制水平和技术的发展使柴油机能够满足不断严格的排放法规的要求。自上世纪 70 年代，随着全球石油资源短缺的加剧，国外出现了车用动力柴油机化的态势，欧洲和日本率先实现了载货汽车和大型客车的柴油机化；目前，欧洲轿车年产量中 40%已采用柴油发动机；在法国、西班牙等国家更高达 50%以上;据预测， 2001-2014 年，全球汽车销量将增长 39%，其中汽油车辆将增长 23%，柴油车辆将增长 97%。国外存在车用动力柴油机化
24、的发展趋势。汽车是石油的消耗大户，高性能柴油机车辆具有良好的燃油经济性而降低车用燃油的消耗，降低我国对石油进口的依赖具有重要的作用; 同时，柴油车辆 HC、CO、CO 2排放量低，相对于汽油机相比是环境友好型发动机，所以采用高性能的柴油车辆有利于我国建立能源节约型、环境友好型社会。目前，我国载货汽车及大型客车基本实现柴油机化，但在轿车领域的普及率很低，2004 年国内共计销售柴油轿车 12654 辆，仅占年轿车销量 225 万辆的 0.6%，根据中国柴油技术和柴油车发展政策研究执行报告建议，至 2020 年柴油轿车的比例将上升至 30%，所以在轿车领域实现柴油机化，发展潜力巨大，国内呼吁环境友
25、好的柴油机技术。1.1.3 当前汽车排放控制策略存在的问题机动车的实验室检测方法是我们了解每种类型车辆排放水平的重要手段和基础。但是实验室测量方法存在的问题在于，实验室的法规测量方法只能测量在某些特定工况下车辆( 或发动机) 的排放水平。这些工况只是针对特定的地区和特定的环境开发而成的，不能模仿实际道路复杂的工况情况。其测量排放的数据，只能表明车辆(或发动机)在当武汉理工大学毕业设计（论文）3前测试工况下的排放状态。而在实际道路行驶过程中，车辆的行驶工况千变万化，再加上环境条件的差异，车辆的排放都是极其不同。一般情况下，城市车辆的道路排放值要比实验室测量所得的排放值高的多。本次课题所提出的车辆
26、道路(或试验场)排放测试方法可以在车辆正常行驶条件和一般的大气环境下测量车辆排放状况和车辆驾驶行为。这将有助于我们了解移动源对空气质量的贡献率，分析不同车辆在不同工况下的车辆排放，从而深入了解车辆实际道路排放特性，为制定有效的控制策略，起着极其重要的作用。此外，对车辆实际道路排放性能评估也是验证和确保政策有效的重要手段。1.2 研究的目的和意义本文通过对美国 NTE 法和欧洲的调研和分析，结合我国对车载排放测试技术在整车排放测试方面的研究和运用以及我国加强重型车辆在用车的排放监管的要求，提出了利用目前国际上流行而且技术上发展成熟的便携式排放测试系统(PEMS：Potable Emission
27、Measurement System)对重型车辆整车进行排放测试。对获取的整车排放测试数据和发动机负荷数据利用美国 NTE 法和欧盟功基窗口法进行处理和计算，并分别建立了利用 NTE 法和功基窗口法对重型车辆排放水平的评估标准。利用 PEMS 测试设备对整车排放进行测试，收集重型车辆在实际运行状况下排放数据，研究重型车辆的实际道路排放特征，为重型柴油车辆监管提供依据。本文的意义在于为加强重型柴油车辆实际道路运行下排放的监控和管理提供了依据。弥补了重型发动机认证试验测试工况不能完全反映车辆在实际运行过程中的工况的不足，更全面、更真实地反映了车辆排放水平。对提升重型车辆污染排放评价能力，提高重型车
28、辆排放监管的科学性和有效性，有效地控制城市的重型车排放量，有着非常重要的意义。1.3 国内外重型柴油车道路排放测试发展现状在用车管理是世界各国机动车污染控制的重要内容之一 6。美国通过自行研发的ROVER 车载排放测试仪，对近 150 辆机动车进行测量，从而开发了评估车辆排放率和分布的模型 MOVES。其还利用 ROVER 和其他车载排放测试设备进行重型车道路排放测试，研究出重型柴油车符合性的研究。在 2005 年 8 月，美国环保局根据道路测试数据的可行性研究结果，颁布了“在用重型车辆符合性检查的测试程序40CFRPartS9and867。美国北卡罗来纳州立大学环境工程学院通过使用便携式测量
29、仪器OEM-2100，在交通灯路口处，比较在信号灯变化前后车辆排放情况，来评估实际道路交通流的作用。并通过此研究如何优化交通控制措施，以及开发出排放数据收集方法和评估模型。美国加利福尼亚大学工程学院的下属的环境研究技术中心(CE-CERT)已经通武汉理工大学毕业设计（论文）4过分析重型车排放数据得到了重型车排放数据清单和重型车排放行为。目前，CE-CER下己经与 CARB、EPA，发动机生产厂商、排气后处理装置厂商合作研究重型柴油车道路排放特性，以更好的了解重型车排放问题和提出相应的解决方案。CE-CERT 已经形成了一套全新的研发测试体系，包括成功开发的独特道路排放测试实验室、复杂的交通运输
30、系统体系、和增强型环境条件形成系统。从 2004 年 1 月开始，欧洲议会通过 OGEBTR 和 JRC 的合作来研究使用车载排放测试系统(PEMS) 测量重型车道路排放的方法来进行对重型在用车符合性检查 8。研究目标包括三个方面：(1)、评估各种 PEMS 在进行道路测试时的可应用性和它们在 IUC应用情况的比较；(2)、给出基于 PEMS 的重型车在用车符合性检查的测试原则和方法；(3)、评估美国不超标(NTE)法规在欧洲的适用情况；目前，该项目中的 PEMS 系统有效性验证和实际车辆道路测试的研究已经完成，车辆实际道路气态污染物测试的方法已经被确定为可行的，颗粒物车载测试方法正在验证当中
31、。我国道路排放测试也进行了一些研究。如 2003 年，天津大学通过自行研发的车载排放设备，测试天津市汽车保有量中最典型的华利微型面包车和桑塔纳轿车，在天津市不同道路上的排放特性，获得了大量道路试验排放数据.通过这些数据，求得汽车在天津市的平均排放因子和燃油消耗率，并揭示出车速、加速度等行驶特征参数对实际道路的排放因子和油耗的影响关系 9。2005 年 11 月，我国的北京交通大学利用车载排放测量(OEM)技术，对交通网络中的机动车尾气排放进行实时动态测量，获取了北京市机动车排放科学数据基础和尾气排放量化方法，以及北京市尾气的排放特性和时空分布，确定了北京市机动车尾气排放因子获取技术和建立了尾气
32、排放特性分析方法 10。1.4 研究的内容以及技术路线1.4.1 研究的主要内容本文研究的主要内容包括以下几个方面：(1) 调研国内外重型车辆整车排放测试方法，设计适合我国车辆行驶工况的重型汽车整车排放测试方案。(2) 对获取的重型车辆在实际道路运行工况下的整车排放数据进行处理和分析，研究重型车辆在实际道路运行时的排放特征，分析重型车辆实际道路运行条件下的行驶工况特征。(3) 利用美国 NTE 法规中的要求对整车排放数据进行处理和评价整车排放性能;结合我国车辆的行驶工况特征和发动机运行区域，修正美国 NTE 法并处理武汉理工大学毕业设计（论文）5(4) 整车排放数据，评价车辆排放水平。利用欧盟
33、功基窗口法，对整车排放测试数据和发动机数据进行处理和分析，评估整车的排放水平。1.4.2 研究的技术路线基于上述研究内容，本文的研究技术路线如图所示:(1) 国内外重型汽车整车排放测试研究；(2) 提出重型柴油车辆整车排放测试方案；(3) 验证试验；(4) 整车排放特性研究；(5) 整车排放特征评估 (美国 NTE 法和修正 NET 法计算评估功基窗口法计、功基窗口法计算评估）武汉理工大学毕业设计（论文）62 车辆道路排放特征影响因素以及实验的方法2.1 车辆道路排放特征影响因素柴油发动机在燃烧做功过程当中产生的污染物主要为一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NO X)、硫氧化物(
34、SO X)、和颗粒物等。影响车辆道路排放特征的因素相当复杂，从其本质上看受到发动机技术、燃烧状况、燃烧温度、过量空气系数等内部条件影响，从外部来看主要包括以下几个方面:（1）排放控制水平机动车排放控制水平是影响排放因子的最重要的因素，可以用机动车在标准工况下的新车排放水平和劣化率两项重要的参数来衡量，它们也是机动车排放宏观尺度模拟中最为重要的参数。新车排放水平和劣化率一般受发动机的类型、技术水平。使用的排放控制技术以及耐久性能指标的因素的影响，新的严格排放控制法规的推出会使这两个指标产生很大的变化，比如最近要推行的欧五排放指标。（2）速度与加速度美国国家环保局对大量机动车的排放测试结果表明，机
35、动车运行速度对污染物排放因子的影响很大。在低速段，CO 和 HC 的排放因子随速度的增加呈负指数下降，但速度对 NOX 排放的影响相对较小。中国环境科学研究院和西安公路交通大学环境工程研究所曾采用工况法进行测试，对我国在用轻型车的车速与排放的关系进行了分析，得到了相似的结论。国内目前城市区域的机动车平均行驶速度普遍较低，大都在 20km/h 至30km/h 左右，对削减污染物的排放非常不利。国外的研究也发现在实际的运行条件下，速度变化才是影响气态污染物排放的关键因素，在微观情况下，加速度或减速度对排放特征的影响要比单纯考虑速度的影响要大的多。（3）运行特征运行特征主要指的是车辆使用规律，如每日
36、出行次数和每次出行的运行里程，冷/热启动比例。运行特征对机动车启动排放的影响较大，目前在美国等机动车污染控制较为先进的国家，机动车运行排放已经得到大幅度削减，而启动排放正越来越引起研究者的重视。在美国 EPA 开发的道路机动车排放因子模型的 MOBILE6.O 和美国国际可持续系统研究中心(ISSRC)开发的评估机动车对大气环境影响的 IVE 模型中，也都专门加入了发动机每天启动的次数以及在各个小时内的分布等参数。（4）交通管理法规武汉理工大学毕业设计（论文）7交通规划和交通流的管理对道路车辆排放的影响也很大。例如:北京交通大学对北京市交通路口尾气排放分布表明，交叉路口的各种转向排放都高于正常
37、路段的排放，可以达到 1.1 至 3 倍。所以交通规划的优化，可以一定程度上减少道路车辆排放。（5）驾驶行为一些研究者对不同的驾驶习惯对机动车排放的影响进行了实验，研究表明这也会对机动车排放产生影响，实际上这主要是因为不同的驾驶习惯代表了不同的加、减速的剧烈程度，从而会对排放产生影响。有研究者利用车载测量的方式对汽油轿车在不同驾驶习惯下的排放特征进行了测试，实验表明，激进的驾驶习惯(加速、减速更加剧烈)与正常的驾驶习惯的相比可使油耗增加 30 至 40%，气态污染物排放也大大增加，碳氢化合物甚至可以增加到正常驾驶习惯下的 4 倍。2.2 重型柴油车辆道路排放特征研究方法车载排放测试-车载排放测
38、量技术主要是通过 PEMS 对车辆尾气进行直采，将排气尾管直接连接到车载气体污染物和颗粒物测量装置上，实时测量整车排放的体积浓度，和排气流量，从而得到气体污染物的质量排放量和颗粒物排放量。通过对所获得的瞬时排放数据以及 GPS 数据进行处理的结果，形成对被测车辆排放水平的评估。这种技术的应用不仅可以保证测试的精确度和可靠性，而且可以节约大量的测试时间和测试成本。特别是该系统具有重量轻、体积小的特点，能够放在各种被测车辆上进行实际道路排放实时测量，从而反映出各种车辆实际道路排放特征，这为评估整个城市的机动车排放污染水平及对环境的贡献率，提供了有效且方便的测试方法。因此基于 PEMS 的车载排放测
39、试方法将是今后相当长的一段时间内的一个重要发展方向。本课题就是使用 Sensors 公司的 SEMTECH-DS 车载排放测试系统，对车辆进行实际道路条件下的排放评估。根据测得的数据，来评估并深入研究道路车辆的排放特性。武汉理工大学毕业设计（论文）83 重型柴油车辆排放测试试验的设计3.1 测试手段借鉴美国和欧洲对重型柴油发动机车辆在实际运行过程中的排放监控措施，结合PEMS 技术的不断成熟及其用于整车排放测试的技术可行性，确定利用 PEMS 对重型汽车整车进行排放测试，利用 PEMS 测试更能客观的反映车辆在实际运行工况下的实际排放情况。便携式排放(PEMS)，用来测量在用车辆整车排放。这项
40、技术可以进行实际在用辆整车排放测试，并可以提供比传统实验室发动机或车辆测试设备更多的数据。PEMS 提供一种现代的和创新的方法来检查内燃机排放对环境的影响。PEMS 整合了精确的气体分析仪，尾气质量流量计，气象站，全球定位系统(GPS)和连接到汽车网络 11。PEMS可以实现对发动机排出的各种污染物(HC，CO，CO 2，NO X)进行十分精确的实时监控和测量，并且还测量和记录发动机、车辆和环境参数等。可以作为我国重型发动机在用符合性检查手段的一种补充。纵观 PEMS 在美国和欧洲的近期发展， PEMS 正成为一个重要的监管工具。除了进实验室认证测试之外，美国环境保护局已经推出了基于利用 PE
41、MS 整车测试的不超出(NTE)概念所确定的附加排放要求。在联邦 40CFRPart1065SubPartJ 部分规定了场地测试的测试程序，并对便携式排放测试设备仪器的性能要求进行了相应的规定。欧盟在指令 COM(2007)851(欧 VI 提案 )中提出，为了更好地控制车辆在实际使用中(包括非循环工况测试) 的排放，以及制定便利的在用符合性规程，提出需要采用一种基于便携式测试系统(PEMS) 所确定的测试方法和性能要求。因此，本文采用便携式排放测试设备(PEMS)作为整车排放测试工具。3.2 便携式排放测试系统(PEMS)的组成便携式排放测试系统(PEMS)主要有两部分组成:排气污染物测量模
42、块和发动机信息读取模块。分别用于对车辆在运行过程的排气污染物数据的实时收集和发动机信息的实时记录。如图 3-1 所示为便携式排放测试系统的示意图。武汉理工大学毕业设计（论文）9图 3-1 便携式排放测试系统示意图本文所使用的车载排放测试设备是由美国 sensor 公司的 SEMTECH-DS 车载排放测试软件。如图 3-2 所示为固定在车内的电脑设备，用于对采集的尾气进行实时组分分析并记录数据。如图 3-3 所示为采样管连接到排气管，用于对车辆尾气的收集并保证在取样过程中的尾气组分稳定，并实时检测车辆的排气温度。图 3-4 为安装在汽车后箱的SEMTECH-DS 车载测试软件，用于分析排气的成
43、分和浓度。图 3-2 固定在测试车辆上面的电脑设备武汉理工大学毕业设计（论文）10图 3-3 采样管连接至排气管收集气体图 3-4 固定在车厢上的 SEMTECH-DS 设备武汉理工大学毕业设计（论文）113.3.测试污染物对象本文主要针对重型汽车整车的 NOX 排放进行测试，结果以 g/kWh 为表达形式。重型发动机进行型式认证时，其限值的表达形式为 g/kWh，本文结果继承发动机在进行型式认证时的结果表达形式。国家标准 GB17691-2005车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法(中国 III、IV、V 阶段)中，排气污染物主要包括气态污染物和颗粒物。气态污染
44、物值一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC) 和氮氧化物( 用二氧化氮 NO2 当量表示);颗粒物(PM)值在温度不超过 325K(53)的稀释排气中，有规定的过滤介质上收集到的所有物质。本文将重型车辆整车的 NOX 排放作为测试污染物对象，主要是基于以下几个方面:3.3.1 排放控制技术和测试技术排放标准国 IV 及国 IV 阶段以上的重型车辆发动机，我国当前采用的排放控制技术路线主要是利用选择性催化还原技术(SCR)对 NOX 进行催化还原控制，通过先进机内净化技术对一氧化碳、碳氢化合物及颗粒物进行有效控制。重型车辆厂商利用先进的电子控制技术调整发动机控制策略，使车辆实际行驶中“排放控制失效”
45、 ，获得较好的燃油经济性，而排气污染物(主要是 NOX)大大超过型式认证限值 19。因此，应该加强对整车排放污染物中氮氧化物的监控，确保发动机在日常运行工况下对 NOX 的排放进行有效控制。柴油发动机排气污染物中另一种主要污染物颗粒物不作为本文测试研究对象。目前，用于测试在用车颗粒物的便携式排放测试技术仍未达到法规的技术要求，当前美国和欧盟对于在用车颗粒物排放仍然处于验证评估阶段，对颗粒物的监控没有提出最终的要求。目前，对颗粒物的在用车监控，不具备测试技术上的可行性。因此，本文未将颗粒物作为研究对象。3.3.2 国家环境保护政策近年来我国汽车产业有了快速增长的阶段，到 2009 年达到了 13
46、79 万辆，年产量位居世界第一。2009 年我们国家汽车保有量已经超过 7600 万辆，到 2010 年 8 月为止超过 8500 万辆。汽车产业的快速发展促进了经济的快速发展，拉动了社会经济各方面的全面进步，也改善了人民的生活质量，但是同时也带来了城市的大气污染问题，由机动车的发展引起的大气污染也逐步引起了各方的关注。目前全国约 1/5 的城市大气污染严重，113 个重点城市中 1/3 以上的城市空气质量仍达不到国家二级标准，机动车排放己武汉理工大学毕业设计（论文）12成为部分大中城市大气污染的主要来源。部分大城市，机动车排放已称为这些城市大气污染的主要来源。由过去的煤烟型污染现在转成以机动
47、车排放污染为主 20。“十二五”期间对于机动车排放将主要控制氮氧化物、挥发性有机物等。其中重型汽车在“十二五”要继续作为重点，重型汽车的保有量仅占机动车保有量的 5%，但是排放的氮氧化物的排放量占到总排量的 70%。 “十二五”期间，国家把氮氧化物控制作为国家重点控制的指标，强制控制指标，纳入国民经济社会发展计划，因此汽车氮氧化物控制在“十二五”提到具体落实实施的阶段 21。3.3.3 测试对环境所造成的影响近年来，我国一些地区酸雨、灰霾和光化学烟雾等区域性大气污染问题日益突出，严重威胁群众健康，影响环境安全。灰霾现象与机动车排放的氮氧化物、碳氢化合物存在明显的关系。臭氧浓度逐步在增高，夏季和
48、秋季部分城市臭氧浓度超标，个别城市发生光化学污染的可能性在不断增加。臭氧浓度增高和机动车排放的氮氧化物和碳氢化合物有密切的关系。氮氧化物是大气主要污染物之一，是光化学烟雾污染、城市灰霾天气、大气酸沉降等一系列环境问题的重要根源 22。3.4 SEMTECH-DS 系统介绍图 3-5 SEMTECH-DS 主机实物图武汉理工大学毕业设计（论文）133.4.1 系统的整体描述SEMTECH-DS 是一种高精度的、集成化的车载尾气分析系统，它集美国 EPA 认可的三种车载尾气分析仪器、O 2 及环境参数传感器、汽车运行参数接口及全球卫星定位仪于一体，采用小型化、防震动、直流电源等设计特色，使之非常适
49、合于车载实际道路行驶工况下的汽车尾气排放测试，解决目前重型发动机、重型机动车、工程车辆、火车头、轮船、飞机等试验台架测试困难的难题。2005 年 6 月 4 日，美国 EPA 颁布最终条例（EPA420-F-05-021） ，要求重型发动机及重型车辆制造商用车载测试系统测试生产的发动机机车排放的气体及颗粒物，使其不超过 NTE 标准的极限，除了用于测试重型发动机及重型车的法规排放外，SEMTECH-DS 还适用于各种汽油、柴油、清洁燃料及混合动力车型在实际道路工况下排放，为建立更加精确的机动车排放因子及模型服务 23-27。3.4.2 仪器的应用(1) 重型机动车 NTE 达标测试(2) 重型发动机现场排放测试(3) 在用车实际行驶工况下排放测试(4) 工程车辆、火车头、轮船、飞机等测试(5) 催化剂和粒子捕捉效率实验3.4.3 仪器的特色(1) 唯一通过美国 EPA、CARB 及 EMA 三方联合组织的车载测试项目的商业化仪器；(2) 符合美国 EPACRF1065，Subpart J 及欧盟 CE 测试规范；(3) 符合 MIL-STD 810F 车载振动要求，准确度及可靠性得到了 SAE，CRC 及EPA 的文献证明；(4) 测试法规规定的 5
