摩托車污染物排放（第四階段）測量不確定度評估分析

（天津大學內燃機研究所天津300072）

摩托車污染物排放（第四階段）測量不確定度評估分析

紀迎平 王建超 宋濤 唐琳（天津大學內燃機研究所天津300072）

介紹了現有摩托車排放測量不確定度評估要求，分析了摩托車國四階段排放標準的測試不確定度評估方式。

摩托車排放測量不確定度評估模型

引言

在巴黎氣候大會上我國鄭重承諾到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。為實現這一目標需要全社會共同努力，具體到摩托車工業領域，對排放性能的優化設計和控制成了全行業的關注焦點。隨著排放標準限值不斷降低，測試要求愈加細化，測試結果的測量不確定度分析在評價產品最終符合性時的作用越來越明顯。

1摩托車排放測量不確定度評估要求

測量不確定度是國際上通用的對測量、試驗結果的可信性、可比性和可接受性的評估方法，早在2006年，中國合格評定國家認可委員會（CNAS）就提出了相關要求，并于2011年修訂后發布了CNASCL07：2011《測量不確定度的要求》[1]，要求實驗室應制定實施測量不確定度要求的程序并將其應用于相應的工作，檢測系統的設計人員或熟練操作人員應評估相關項目的測量不確定度，并要求具體實施校準或檢測人員正確應用和報告測量不確定度。2014年發布的CNAS-GL35：2014《汽車和摩托車檢測領域典型參數的測量不確定度評估指南》更是對汽車和摩托車檢測領域的測量不確定度評估建立具體規則[2]，并對汽車加速行駛車外噪聲、商用車輛等速燃油消耗量、輕型車常溫排放污染物（Ⅰ）型試驗、前照燈配光性能、摩托車加速行駛噪聲、摩托車燃油消耗量、摩托車工況法NOx排放試驗共7項用示例明示評估方法。

依據上述兩個文件的指導，GB14622-2007《摩托車污染物排放限值及測量方法（工況法，中國第Ⅲ階段）》針對摩托車排放測量不確定度的評估從測試原理、測試儀器設備、測試程序出發，進行影響因素的分析和評估方法的確定，最終建立數學模型，運用計算公式進行分析并得到結論[3]。

影響排放污染物（Ⅰ）型試驗的因素很多[4]，根據計算公式以及使用經驗，確定主要包括：稀釋排氣的容積、濕度校正系數（對于NOx）、稀釋排氣中污染物的校正濃度、車輛試驗時的實際行駛距離、試驗室內大氣壓力、試驗室內干球溫度、標定用標準氣體、采樣系統、分析系統、底盤測功機的阻力設定、追蹤風機的冷卻風量、驅動輪胎壓力、駕駛員駕駛特性以及試驗用燃料特性。以NOx為例，其常溫下排氣污染物排放量的計算公式如下：

式中：MNOx為試驗中排出的氮氧化物的質量；S為試驗行駛距離；V為在溫度為293.2 K，大氣壓力為101.33 kPa的條件下稀釋排氣總容積；dNO2為排氣中氮氧化物的密度；NOxc為稀釋排氣中氮氧化物的容積濃度；Kh為濕度修正系數。

從公式中可以看出測量的主要影響因素包括：

1）測量重復性

2）稀釋排氣總容積

3）稀釋排氣中污染物的校正濃度

4）車輛試驗時的實際行駛距離

5）車輛試驗時絕對濕度（NOx污染物排放）

分析測量不確定度，找到影響測試結果的主要因素加以控制，可以有效地提高測試結果的可信性、可比性，是進行不確定度評估的積極意義所在。

2摩托車排放四階段標準變化

CNAS-GL35：2014的示例依據GB14622-2007中國第Ⅲ階段排放標準工況法試驗進行。眾所周知，國四階段的摩托車排放標準已經過幾年的醞釀和修訂，已正式發布即將實施。

新版標準規定了型式核準的申請和批準、型式核準試驗限值要求及試驗方法，包括：Ⅰ型試驗（常溫下冷起動后排氣污染物排放試驗）、Ⅱ型試驗（雙怠速試驗或自由加速煙度試驗）、Ⅲ型試驗（曲軸箱污染物排放試驗）、Ⅳ型試驗（蒸發污染物排放試驗）、Ⅴ型試驗（污染控制裝置耐久性試驗）、車載診斷（OBD）系統要求、生產一致性檢查試驗、型式核準擴展等內容。

標準污染物控制為排氣污染物和蒸發污染物，對于裝有點燃式發動機的摩托車，排氣污染物指排氣管排放的氣態污染物，包括：一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）和氮氧化物（NOx）；對于裝有壓燃式發動機的摩托車，排氣污染物除上述氣態污染物之外，還包括排氣的煙度和顆粒物。

GB 14622—2016與2007版標準相比較有諸多不同，針對I型試驗部分主要集中在：

1）測試循環

兩輪摩托車采用GTR2所規定的WMTC試驗循環；三輪摩托車采用ECE R40的15工況測試循環；輕便摩托車采用ECE R47的測試循環。輕便摩托車和三輪摩托車的測試循環與歐盟的法規一致，其換擋要求也與GB14622-2007一致。

兩輪摩托車的測試循環與國三階段有較大不同，等同采用了全球技術法規GTR2的測試循環，更接近摩托車實際道路的行駛特征，每個循環持續600 s，第一階段為低速部分，代表市區內道路情況，第二階段代表鄉村公路，第三階段代表高速道路情況。WMTC循環相較于國三階段的ECE循環，由于變工況占的比例相當大，平均車速又高，對車輛的要求也就更加嚴格。

標準中對WMTC測試循環的換擋點規定了具體的加擋、減擋計算公式。國三階段給出的換擋指標是當前擋位數和發動機轉速的范圍值，駕駛員的主觀感受對換擋有一定影響。國四標準中規定了換擋時的車速，通過規定的計算公式得出不同車輛的加擋、減擋時的車速，既可以體現新標準的公平性和透明度，又方便駕駛員的操作。

2）測試基準燃料

排放四階段標準所用基準燃料，包括無鉛汽油、柴油、LPG基準燃料和NG基準燃料。本標準擬采用GB 18352.3-2005中關于油品的技術參數作為試驗用汽油基準燃料的指標，同時，參照GB17930-2013的要求，增加對終餾點溫度、硫醇、鐵、錳含量的要求。試驗用基準燃料要求是基于標準實施時在市場上銷售的燃料水平，在此基礎上，對比選擇燃料指標控制范圍相對固定的燃料，這樣有利于排放試驗結果的重復性和再現性。

3不確定度評估分析

結合排氣污染物排放量計算公式和數學模型，上述測試循環變化主要影響車輛試驗時實際行駛距離，其不確定度由兩部分構成，一部分是駕駛員的駕駛特性（操作偏差）造成的里程偏差，另一方面是底盤測功機的測量系統誤差造成的里程偏差。

——底盤測功機的系統誤差相對于測試系統是固定的，可以通過校準、標定等方式得到具體的不確定度分量，通過設備的技術升級可以有效降低影響。

——由于WMTC測試循環變工況較多，換擋要求更加細致，測試過程中車輛的實際行駛情況對最終結果影響加大，駕駛員駕駛特性是主要影響因素。因為駕駛員通過使用油門、離合器以及制動踏板，影響了發動機的燃燒，進而影響排放量。降低這一影響因子，具體方法包括加強駕駛員的專業駕駛技能培訓、不同車型使用相對固定的駕駛員、進行不同實驗室間駕駛員的比對、增加試驗次數等，最終使得車輛的實際行駛情況盡可能地接近標準工況。

依據CNAS-GL35的分析，試驗用燃料特性中影響整車排放的主要因素是辛烷值、蒸汽壓、組分（苯、烯烴和芳烴含量）和硫含量。辛烷值直接影響汽油和空氣的混合以及燃燒質量；蒸汽壓影響汽油的揮發性，從而影響冷啟動特性和發動機燃燒特性；組分影響發動機的燃燒特性；硫含量影響后處理系統的工作效率。不同批次、產地的基準燃料會有具體指標的差異，燃料對測量結果的影響歸為重復性因素，統一基準燃料加工供應或增加測試次數可以有效地減少燃料對測量結果的最終影響。

4結論及分析

綜上所述，摩托車排放四階段標準不確定度評估的數學模型與國三階段相比無重大變化，結合四階段標準優化的測試方法、更加嚴格的限值要求，通過不確定度評估找到系統的關鍵影響因子，進行有針對性的改進，使得測試結果更加符合測量要求，將是實驗室的重要技術課題。

1中國合格評定國家認可委員會.CNAS-GL07：2011測量不確定度的要求[S].北京：中國標準出版社，2011

2中國合格評定國家認可委員會.CNAS-GL35：2014汽車和摩托車檢測領域典型參數的測量不確定度評估指南及實例[S].北京：中國標準出版社，2014

3國家環境保護總局科技標準司.GB 14622-2007摩托車污染物排放限值及測量方法（工況法，中國第Ⅲ階段）[S].北京：中國環境科學出版社，2007

4劉亞飛，禚愛紅，劉波.摩托車工況法排放測量結果的不確定度分析[J].摩托車技術，2014（4）：46-50

Analysis of Measurement Uncertainty for Emissions of Pollutants from Motorcycles(ChinaⅣ)

Ji Yingping，Wang Jianchao,Song Tao,Tang Lin
Tianjin Internal Combustion Engine Research Institute（Tianjin,300072,China)

This paper introduces the requirements of the measurement uncertainty evaluation of motorcycle emission measurement,and analyzes the measurement uncertainty evaluation method of the ChinaⅣemission standard of motorcycle.

Motorcycle,Emissions,Uncertainty evaluation,Calculation model

TK411+.5

A

2095-8234（2016）06-0039-03

2016-08-29）

紀迎平（1977-），女，高級工程師，主要研究方向為摩托車測試技術以及相關標準法規。