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摘要：本文阐述了基于欧标UN R154常温冷起动后排气污染物的测量方法及所用仪器设备，建立了数学模型，并且分析了不确定度的主要来源，评定了各分量引入的不确定度，最终得到汽车常温冷起动后排气污染物测量的扩展不确定度。

关键词：汽车；不确定度；排气污染物；欧标UN R154

一、概述

1.1目的

对常温冷起动后排气污染物排放试验结果进行不确定度评估。

1.2依据的技术标准

JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》与UN R154。

1.3使用的仪器设备

试验过程中所使用的仪器设备主要有排放底盘测功机VULCANⅡEMS-CD48L4WD、轻型汽车排放分析系统MEXA-7400H、标准气体（THC、CO、NOX、NMH、N2O）以及排气采样系统。

1.4测量原理

测量过程中主要用到火焰离子法（FID）、不分光红外线法（NDIR）以及化学发光法（CLD），其中火焰离子法（FID）的工作原理是利用碳氢化合物在氢火焰的2000℃左右高温中燃烧时可离子化成电子和自由离子，其离子数基本与碳原子数成正比。HC在氢火焰中分解出的离子在离子吸收极板间的电压作用下形成电子流，其电流大小代表样气中碳原子浓度，因此FID检测的结果是样气中的碳原子ppm值；不分光红外线法（NDIR）是目前测定CO的最好方法，其工作原理是基于测量气体对特定波长红外线的能量吸收。CO能吸收波长为4.5～5.0μm的红外线，具有吸收峰值，样气中CO的浓度可通过红外线透过一定长度该气体后的透射能量得到。为了减小其他气体干扰，在样气室前设置滤波室来过滤掉其他干扰气体所对应的波长。可通过红外线透过一定长度该气体后的透射能量得到。为了减小其他气体干扰，在样气室前设置滤波室来过滤掉其他干扰气体所对应的波长；化学发光法（CLD）用于分析排气中的NOx，CLD只能直接测定NO。样气中和过量臭氧在反映室中混合并发生化学反应，生成NO2，其中约10％左右处于电子激发态，当激发态的NOx衰减到基态时发射波长0.6～3μm光子，化学发光强度与NO和臭氧浓度乘积成正比关系，还与测量条件有关，但当测量条件不变且臭氧浓度恒定并远高于NO浓度时，化学发光强度与NO成正比。而测量NOx实际是测量NO和NO2的总和，因此在测量前首先要将排气中的NO2转化成NO。

二、影响因素分析及评估方法的确定

2.1影响因素分析

影响轻型车排气污染物排放的因素很多，以GB18352.6-2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》中规定的试验方法为基础，对轻型车常温下冷起动后排气污染物排放试验的各污染物的不确定度进行全面评价，其中包含了本次评价中所有涉及的多项不确定因素，主要包括：稀释排气的容积、稀释排气中污染物的校正浓度、车辆试验时的实际行驶距离、试验室内大气压力、试验室内干球温度、标定用标准气体、采样系统、分析系统、底盘测功机的阻力设定、迎面冷却风机的冷却风量、驱动轮胎压力、驾驶员驾驶习惯以及试验用燃料特性等。

我们对稀释排气容积（Vmix）、稀释排气中污染物的校正浓度以及车辆试验时的实际行驶距离进行说明，其中稀释排气容积（Vmix）直接参与结果的计算，由选择的文氏管流量与测试时间的乘积积分得到，同时需要校正到标准状态273.15K和101.325kPa下。此校正需要试验室内大气压力、容积泵进口处相对于环境大气压的真空度以及进入容积泵的稀释排气平均温度3个参数。由于实际文氏管流量是实时变化的，同时试验室内大气压力、容积泵进口处相对于环境大气压的真空度以及进入容积泵的稀释排气平均温度也都是实时变化的[1]，所以人工分别测量各个参数再进行计算非常复杂，很难实现。采样系统一般已经进行整合，通过测量这些参数，积分计算出结果，直接给出每次得到的Vmix；稀释排气中污染物的校正浓度直接参与结果的计算，由某种稀释排气的浓度、某种稀释空气（背景气）的浓度和稀释系数计算得出。而稀释系数又是通过取样袋中稀释排气的HC浓度、NOx浓度、N2O和CO浓度计算得出。因此，关键因素就归结为稀释排气和稀释空气中的污染物浓度的测量；车辆试验时的实际行驶距离由底盘测功机通过测量转鼓转速乘以采样时间得到，其误差由两部分构成，一部分是驾驶员的驾驶操作偏差造成的里程变化（随机误差），另一方面则是底盘测功机的测量系统误差造成的里程变化（系统误差）。

2.2评估方法的确定

2.2.1 稀释排气容积（Vmix）（校正至标准状态273.15K和101.325kPa）

稀释排气容积的测量受文氏管流量、试验室内大气压力、容积泵进口处相对于环境大气压的真空度以及进入容积泵的稀释排气平均温度影响，采样系统一般通过这些参数的实时测量以及积分计算来得出结果[2]，且直接给出每次测量的Vmix。因此计算Vmix的不确定度时已将大气压力变化产生的不确定度考虑在内。根据排气取样系统的说明书，采用不确定度B类评估。

2.2.2稀释排气中污染物的校正浓度（Ci）

分析设备自身的最大允许误差和校准用的标准气体的最大允许误差均影响测试结果，根据分析设备和标准气体的说明书，分别采用不确定度B类评估，然后再合成为稀释排气中污染物的校正浓度的不确定度。

2.2.3车辆试验时的实际行驶距离（d）

由于车辆的车轮与底盘测功机的转鼓的转动线速度相同，因此通过底盘测功机的速度乘以测试时间就可以得到车辆的实际行驶距离[3]。由于测试时间由计算机程序控制非常准确，其产生的不确定度可以忽略，只需确定底盘测功机速度的最大允许误差即可。根据底盘测功机的使用说明书，采用不确定度B类评估。

2.2.4测量重复性引入的标准不确定度（f1）

将2.1所列影响因素产生的重复性因素组合在一起，归入为输出量的重复性因素，此时不需要评估各输入量重复性引入的不确定度分量，而是直接评估测量结果的重复性引入的不确定度分量。

常温下冷起动后排气污染物试验各类常规污染物不确定度的输入量的因果关系如下图所示：

三、各常规气态污染物排放Mi数学模型

常温下排气污染物排放量的计算公式如下：

式中：

Mi--污染物i的综合排放量，g/km；

Vmix--稀释排气的容积L（校正至标准状态273.15K和101.325kPa）；

Qi--在标准状态下（273.15K和101.325kPa），污染物i的密度，如CO为1.25 g/L、NOx为2.05g/L；

KH--用于计算氮氧化物的排放质量的湿度修正系数（常温下湿度较高，KH取1）；

Ci--稀释排气中污染物i的体积分数，并用稀释空气中i的体积分数进行修正，单位为ppm；

d--车辆按运转循环试验时所行使的实际距离，km。

四、测量结果不确定度的评估

4.1测量物理量及结果汇总

根据GB18352.6-2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》标准对样车进行6次常温下冷起动排放试验，与试验结果的不确定度有关的物理量及测试结果见表1：

4.2灵敏度系数

混合排气容积的灵敏系数为：

稀释排气中污染物的校正浓度的灵敏系数为：

车辆试验时的实际行驶距离的灵敏系数为：

4.3测量重复性引入的A类标准不确定度u（f1）

重复性引入的A类标准不确定度一般采用极差法进行计算，被测量值的标准不确定度为：

式中：

--试验标准偏差；

--测量值的极差；

--测量次数；

--极差系数，极差系数在6次试验的情况下取2.53。

污染物CO测量结果的算术平均值为：

所以污染物CO测量重复性标准不确定度为：

4.4Vmix的标准不确定度u（Vmix）

根据采样系统说明书可以知道，其最大的允许误差为±0.2%，选用的CVS流量为12.2m3/min，测试时间为1022s。此条件下，总采样容积为207807L。总采样容积的变化为±415.61L。区间内服从均匀分布，包含因子为，区间半宽为732.0L，由此引入的标准不确定度为：

4.5标准气体引入的标准不确定度

标准气体生产厂已经给出丙烷（C3H8）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、非甲烷总烃（NMHC）以及一氧化二氮（N2O）标准不确定度均为1%，服从正态分布包含因子k取2，则标准气体引入标准不确定度为：

4.6车辆试验时的实际行驶距离d的标准不确定度u（d）

根据底盘测功机的说明书可知，转鼓速度的最大允许误差为±0.05km/h，测试时间为1022s，此条件下，车辆试验时的实际行驶距离的变化为±0.014km，区间内服从均匀分布，包含因子k为，区间半宽为0.014km，由此引入的标准不确定度为：

由于各类污染物采用的是同六组数据，故各类污染物实际行驶距离的标准不确定度采用同一个值。

五、常规污染物排放合成标准不确定度评估

常温下冷起动排气污染物排放试验的常规污染物排放合成标准不确定度将所有来源的不确定度值和灵敏系数代入计算：

=0.0012g/km

六、报告试验结果和扩展不确定度

常温下冷起动排气污染物排放试验各类污染物的试验结果及扩展不确定度汇总如下表：

参考文献：

[1]国家质量监督检验检疫总局.《JJF 1059.1-2012.测量不确定度的评定与表示》［S］.北京：中国质检出版社，2013．

[2]游云鹏，华晨，李宪斌，等.《炭罐初始工作能力测量不确定度评定》[J].《汽车实用技术》，2020（7）.

[3]黄佑贤，矫建伟，王茁，等.《轻型汽车CO2排放测量不确定度评定》[J].《汽车实用技术》，2021（6）.