關于功率閾值對PEMS試驗結果影響的研究

0 前言

便攜式排放測試系統( portable emission measurement system，PEMS)在不同法規標準中，試驗方法和要求有些不同，在重型柴油機國六法規要求中，試驗結果中，窗口的平均功率有一個相對動態的要求，即窗口平均功率大于發動機最大功率的20%的窗口為有效窗口，同時要求有效窗口的比例大于等于50%，若有效窗口的比例低于50%，將使用較低功率閾值繼續進行評價，將窗口平均功率閾值要求以1%為步長逐漸降低，直到有效窗口的比例達到50%，任何情況下，功率閾值最小不能小于10%。因此分析有效窗口不同的功率閾值對試驗結果及窗口的影響，有利于對PEMS試驗的理解，并對PEMS試驗結果的預測工作有很大幫助。

隨著社會經濟的不斷發展，人們對于能源的需求也呈現出不斷上升的趨勢，在我國電力市場供應中發電廠具有非常重要的位置。在發電廠的運行以及發展過程中，還需要提高發電廠的發電效率以及能源利用率，才能夠更好地降低能源損耗，而通過小真空泵技改能夠更好地促進發電廠能源效率的提升。

1 PEMS試驗數據的選取

根據重型國六柴油機排放法規中針對PEMS試驗車輛的分類以及試驗工況特性，選取非城市PEMS試驗數據和城市PEMS試驗數據兩種類型數據，進行單組數據分析，然后基于兩組單組數據分析結論，選取多組兩種類型的PEMS數據進行數據分析驗證，得到不同的窗口功率閾值對試驗結果及窗口的影響。

數據一如圖1和圖2所示，該組數據為非城市PEMS試驗數據，最終計算結果為功率閾值20%，有效窗口數占比82%，窗口通過率100%，平均NOX比排放0.049g/kWh。

圖1展示了該組數據的車速和功率的分布，分布特征在非城市PEMS中有著典型的代表性，圖2展示了NOX排放和SCR上游溫度T6溫度分布，排放特征滿足正常車輛的NOX排放。通過分析該組數據，可以了解非城市PEMS試驗數據的典型特性。

數據二如圖3和圖4所示，該組數據為城市PEMS數據，最終計算結果為功率閾值14%，有效窗口數占比62%，窗口通過率99%，平均NOX比排放0.055g/kWh。

圖3展示了該組數據的車速和功率的分布，分布特征在城市PEMS中有著典型的代表性，圖4展示了NOX排放和SCR上游溫度T6溫度分布，排放特征滿足正常車輛的NOX排放。

圖16也很好的說明了，在前2000秒窗口的平均NOX比排放在整個數據中處于相對較高的水平，而后面的窗口NOX比排放處于相對較低的水平，同時隨著窗口功率閾值的逐步降低，窗口平均NOX比排放會逐步向前移動。值得注意一點的是，在窗口功率閾值為15%以下階段，有兩個特別突出的突增，并且有疊加的特性，這是由于在原始數據中開始階段，有兩段NOX傳感器露點釋放時傳感器反饋的替代值，見圖2中兩端超高的紅色立柱區域。根據移動窗口法，初始時的窗口會包括這兩段露點釋放的數據，所以初始時超高窗口平均NOX比排放，而后通過移動至僅包含一個露點釋放區域，及深綠色區域，再至完全不包含進入紫色區域，這也進一步驗證了，隨著窗口功率閾值的不斷降低，有效窗口逐步前移，監控數據點逐步向前這一結論。

2 單組非城市PEMS數據窗口功率閾值對結果和窗口的影響分析

2.1 單組非城市PEMS試驗數據窗口功率閾值對試驗結果的影響分析

通過圖8和圖9可知，隨著窗口功率閾值的逐步降低，有效窗口的數量在逐步增加，所占總窗口數比例也在逐步增加，直至在12%時，有效窗口數等于總窗口數，所占比例達到1后平行下去。這說明，窗口的功率閾值對有效窗口有所影響，所監控的數據范圍會隨著窗口閾值的變化而變化。

移動平均窗口法：

不是對所有的數據進行排放質量計算，而是對數據的子集進行計算。每個子集的長度應通過循環功與基準試驗室瞬態循環的相應結果一致的原則確定。采用與數據采樣周期相等的時間間隔Δt進行移動平均計算。

功基窗口法：

根據圖10和圖11所示，隨著窗口功率閾值的逐步降低，窗口通過率由100%逐步降低，窗口NOX比排放也逐步增加，這說明窗口功率閾值越低，對PEMS試驗數據的NOX排放計算結果會越包含發動機低負荷低功率區域，該組數據低負荷區域指示在數據前端，所以窗口平均NOX比排放會隨其閾值降低而逐漸升高。

計算方法如圖7所示：

第i個平均窗口周期(

2,

-

1,

)由下式決定：

(

2,

)-

(

1,

)≥

式中：

(

,

)——從開始到時間

,

內的發動機循環功，kWh；Wref——WHTC的循環功，kWh；

2,

應由下式選擇：

2月11日，浙江吉利控股集團與浙江省湖州市長興縣人民政府簽訂戰略合作協議以及《吉利新能源汽車項目投資協議》。該項目總投資326億元，含整車生產基地、變速器生產基地、汽配產業園以及總部樓宇等內容，計劃分兩期建設，一期預計2018年10月底前開工建設。此次，浙江吉利控股集團計劃在長興投資建設全新的全球化小型車新能源模塊平臺，包括了混合動力、插電式混合動力等新能源動力系統。其中有224億元的投資，用于打造年產30萬輛新能源汽車工廠項目，另外102億元投資，用于實現年產60萬臺的變速器流水線?項目。

問題是促進學生思維能力發展的有效途徑，孔子曾說“不憤不啟，不悱不發”，在學生解決問題的時候發現新的問題，通過一些預設和非預設的問題促進學生的學習主動性，培養學生的學科核心素養，提高教學效率.如何設計出有效的問題是關乎物理教學成敗的關鍵，也是值得每一位物理教師進行探究的問題.下面就如何在高中物理課堂設計問題進行論述：

白參菌。白參菌一直為野生品種，生長于熱帶闊葉雜木腐質上，不利于采收，目前國內還沒有成功的人工種植技術。白參菌體質韌、味道清香、營養豐富，是一種藥食兩用的珍稀菇菌，經常食用有清肝明目、健胃潤腸、抑制小兒盜汗等功效[3]。

式中：Δ

——數據采樣周期，小于等于1s。計算出該組數據的窗口后，將有效窗口的功率閾值由該組的20%，按照1%的步長逐步降至10%，分別計算出不同功率閾值的有效窗口數量、有效窗口數占總窗口數比例、窗口通過率、窗口NOX比排放值、窗口的平均功率和窗口平均T6溫度。計算結果如圖8-圖13所示；

根據PEMS試驗數據計算方式，我們將數據一通過移動窗口法和功基窗口法進行計算，計算方式如下：

觀察組急性闌尾炎合并糖尿病患者術后1、3、7 d疼痛評分分別為（2.41±1.03）分、（0.82±0.34）分、（0.21±0.02）分，均低于對照組不同時間段疼痛評分，差異有統計學意義（P＜0.05）。 見表 3。

(

2,

-Δ

)-

(

1,

)<

≤

(

2,

)-

(

1,

)

而圖12和圖13展示出，隨著窗口功率閾值的逐步降低，窗口的平均功率會逐步降低，所選取的有效數據會越涵蓋低負荷區域，使得窗口的T6平均溫度逐步降低，包含的數據點SCR轉換效率會更低，詳見下面功率閾值對窗口的影響分析。

圖6為油箱增加不同面積的肋板后液壓油的溫度曲線。當增加了0.64 m2的肋板面積時，油液的熱平衡溫度為98.1 ℃。隨著肋板表面積不斷增加，油液溫度越來越低，但散熱效果的邊際效應遞減。即使肋板表面積增加到十倍，肋板表面積約等于油箱表面積，此時油液最終溫度為94 ℃，說明只增加肋板面積無法將液壓系統的溫度降低到80 ℃。

2.2 單組非城市PEMS試驗數據窗口功率閾值對窗口的影響分析

而圖15的窗口平均T6溫度分布，也恰說明在前2000秒SCR上游T6溫度分布相對整體處于較低水平，且隨著窗口的功率閾值逐步降低，窗口平均的T6溫度也在逐步下降前移。

根據圖14所示，該組PEMS試驗數據的大部分有效窗口平均功率在20%以上，功率閾值的調整僅發生在前2000個窗口以內，根據移動窗口法的計算方式，該組數據因窗口的功率閾值調整所影響的數據均在前2000秒以內，也就是城市工況區域，其市郊工況和高速工況均在監控數據范圍內。這就說明城市工況的數據對窗口功率閾值更加敏感，對最終排放結果也有其不可忽視的影響。同時，隨著窗口功率閾值的逐步降低，有效窗口初步向前移動，這說明在該組數據中，隨著窗口功率閾值的逐步降低，對城市工況中負荷功率越低的試驗數據方向進行監控。

上述我們將數據一通過調整窗口的功率閾值，分析了對該組PEMS數據最終的功率、排放、溫度等結果進行了分析，下面我們進一步分析其對窗口的影響。首先我們依舊根據移動窗口法和功基窗口法計算該組PEMS試驗數據的窗口，按照數據先后順序，直接畫出窗口的平均功率比、窗口的平均NOX比排放和窗口平均T6溫度分布情況，如圖14-圖16所示；

數據三如圖5和圖6，最終計算結果為功率閾值15%，有效窗口數占比51%，窗口通過率94%，平均NOX比排放0.062g/kWh。該組數據同數據二一樣為城市PEMS數據，但NOX排放分布與數據二不同，呈現出中間部分NOX排放高而兩端排放低，數據二和數據三為城市pems最常出現的兩種現象，所體現的規律也是互為相補，詳見以下分析。

那么，就此我們可以得出，隨著窗口功率閾值的逐步降低，有效窗口會逐步向功率低洼處移動，監控數據點也向發動機負荷功率較低的方向移動，由于N1-N3的幾種非城市PEMS中城市工況時間占比較短，僅在四分之一至三分之一之間，所以功率低洼方向一般在城市工況開始方向。

3 單組城市PEMS數據窗口功率閾值對結果和窗口的影響分析

3.1 單組城市PEMS試驗數據窗口功率閾值對試驗結果的影響分析

由于城市PEMS試驗工況中，城市工況時間占比較長，期間會有城市工況的窗口開始功率比較高而中間較低的現象，所以城市PEMS數據我們選取數據二和數據三兩種類型分別進行分析。

數據二典型的特征就是城市工況占比時間長，功率分布均勻，是城市PEMS中典型的一類。我們將數據二按照上述計算方式，得到圖17-圖22；

根據圖17、圖18和圖21所示，隨著窗口功率閾值的逐步降低，有效窗口的數量占比總窗口數逐步增加，有效窗口的平均功率也逐步降低，這與以上結論相吻合，即隨著窗口功率閾值的逐步降低，有效窗口數量逐步增加，并且數據監控向發動機低負荷、低功率方向拓展。

以教材第一冊Unit1 The Pursuit of Dreams為例。整個單元共設計兩個大任務和多個小任務。大任務一：三人一組，完成導入部分的兩位名人Qian Xuesen和Steve Jobs的相關資料查詢并提出相關問題組織班級討論；大任務二：四人一組，模擬電視采訪，其中一人扮演主持人，另外三人分別扮演三篇文章中的主人公。多項小任務要求不同組別的學生完成，如雙人任務：課文“Deaf DJ”的角色扮演，作文“My Dream Work”的互改互評。單人任務包括：詞匯朗讀、課文朗讀、難句理解、課后練習等。

關節鏡微創手術松解攣縮帶治療臀肌攣縮癥目前已經成為廣受歡迎的一種微創手術方法［1～3］。但是關節鏡微創手術治療臀肌攣縮癥也有相關的并發癥會導致術后30 d內患者再次入院，深入了解再入院原因對預防和正確處理至關重要。目前對于再入院危險因素及原因國內外尚缺乏相關的研究報道。本文通過對關節鏡微創手術松解攣縮帶治療臀肌攣縮癥患者出院后非計劃再入院危險因素、原因及處理方法做一總結，為臨床工作提供依據。

圖22所展示的窗口T6平均溫度亦是如此，隨著窗口功率閾值的降低逐漸降低，在閾值14%以下趨近平緩。

圖19和圖20與數據一所展示有所不同，窗口通過率在中間窗口功率閾值15%附近最低，而兩側窗口通過率逐步提高，該組數據恰好與數據一形成呼應，數據一低負荷區域是在城市工況的前端，而這組數據恰在城市工況的中間段，(詳見下面窗口影響分析)，這說明窗口功率閾值的降低，會向發動機負荷、功率低洼方向移動，而該方向的排放特性，影響最終PEMS的NOX排放結果。

3.2 單組城市PEMS試驗數據窗口功率閾值對窗口的影響分析

同數據一，我們將數據二按照上述方法計算并畫出窗口的特征分布。如圖23-圖25。

2.前往中原內地的道路：從都蘭出發，東行至伏俟城，再沿著青海湖南北兩岸東行，東向通至湟水流域的西南、樂都、蘭州和河州，并經上述地區前往長安和洛陽。

圖23所示，數據二的窗口平均功率比分布與數據一在后半段類似，都是處于較高的水平，但是中間和前半段和數據一相反，數據一隨著窗口越靠前功率比越低，數據二是在中間位置功率比較低，而在窗口靠前的位置，功率比相對較高，這種情況一般出現在城市工況PEMS試驗或非城市高載荷PEMS試驗當中，由于滿足窗口循環功時間相對城市工況較短，市郊或高速相對較大的工況點未介入，容易出現開始的窗口平均功率比高于中間窗口的平均功率比。數據一和數據二互補了PEMS試驗這兩種工況特征，可以說明隨著窗口的功率閾值逐步降低，有效窗口向功率低洼處移動。圖24的最左側因NOX傳感器露點釋放而非常高的窗口NOX比排放也說明，在功率閾值處于15%時，窗口的數據監控范圍在城市工況的最開始位置，這也解釋了圖19和圖20在功率閾值15%時排放特別高而窗口通過率最低的原因。圖25的T6溫度分布也更驗證了這一點。

3.3 數據三城市PEMS試驗數據窗口功率閾值對窗口的影響分析

數據二展示了城市PEMS試驗數據中一種典型的類型，即隨著有效窗口的功率閾值降低，有效窗口向功率低洼方向拓展，并且其排放呈現出功率閾值處于中間區域時窗口透過率低，而兩側較高的規律；數據三代表了城市PEMS的另外一種，即原始數據中中間段排放相對整體較高，且中間段的功率處于低洼方向，其結果如圖26-圖31所示；

該組數據的窗口通過率隨著有效窗口的功率閾值降低而逐漸提升，通過圖29和圖30我們可以看出，中間低2000至4000左右窗口的功率比處于最低狀態，而這部分的NOX比排放處于較高的位置，這也導致隨著有效窗口的功率閾值逐步降低，總體窗口的通過率逐步上升。

所以，對于城市PEMS，隨著有效窗口的功率閾值降低，有效窗口也同樣向功率低洼方向拓展，而該方向的排放特征，決定了最終PEMS試驗結果窗口通過率的分布特性。

4 多組PEMS數據窗口功率閾值對結果和窗口的影響

上述我們針對非城市PEMS和城市PEMS分別做了單組的試驗分析，并得到了相應的試驗結論，下面我們隨機選取8組不同的城市PEMS和非城市PEMS，驗證得到的規律。根據以上方法，我們得到圖32-圖35；

F4=2.53×105+2.53×105+3.04×105+3.04×105+51569+51569+2.35×105+2.35×105=16.87×105N

在圖32和圖33中，隨著有效窗口的功率閾值降低，有效窗口的窗口數占比逐步提升，窗口的平均功率在逐步下降，很好的驗證了我們得到的結論；在圖34和圖35中，針對非城市PEMS的窗口通過率均處于持平或逐步下降的規律，而響應的窗口NOX比排放也是逐步升高或持平，與結論一致；幾組城市PEMS的窗口通過率，隨著功率閾值的降低，窗口通過率或持平，或提升，或中間低兩側高，這也驗證了城市PEMS低洼方向的NOX排放決定了整體試驗結果的NOX排放窗口通過率和窗口NOX比排放特性這一結論。

5 結論

綜上所述，無論是城市PEMS或者是非城市PEMS，隨著有效窗口的功率閾值逐步降低，有效窗口的數量會逐步增加，有效窗口相對總窗口的占比增加，數據監控范圍會逐步向發動機輸出功率低洼方向拓展。對于非城市PEMS，由于城市工況相對整體時間占比較少，其數據監控隨著功率閾值的降低，逐步向城市工況前端拓展；對于城市PEMS，由于城市工況時間占比較長，而同為城市工況的發動機輸出功率或大或小，隨著有效窗口的功率閾值降低，容易出現功率低洼方向處于數據中間或者前端的現象。

對于NOX排放而言，低洼方向的NOX排放，決定了整體試驗結果的窗口通過率，對于非城市來說，低洼方向處于城市工況前端，市郊和高速工況的T6溫度一般高于城市工況，SCR的轉換效率高于城市工況，導致城市工況的NOX排放處于較高的水平，所以非城市PEMS的NOX窗口通過率隨著有效窗口的功率閾值降低，處于持平或者逐步降低的規律；而城市PEMS當中城市工況時間占比較高，NOX排放的窗口通過率有著多樣性規律，即如果低洼方向的NOX排放越來越差，則總體試驗結果的窗口通過率會越來越低，如果低洼方向NOX排放相對整體越來越好，則窗口通過率逐步提升，反之則會出現窗口功率閾值在中間區域窗口通過率最低，而兩側的窗口通過率會越來越高的現象。

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