CN108181432A - 机动车尾气污染物全组分排放测试方法 - Google Patents
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Abstract
为了实现机动车污染物的全组分测试，本发明提供一种机动车尾气污染物全组分排放测试方法。本发明通过建立机动车尾气污染物全组分车载排放测试平台，在该平台基础上首先通过数据时间对齐，然后计算各污染物的瞬态排放结果，可以实现机动车污染物的全组分测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种机动车污染物排放测试技术领域，涉及一种机动车尾气污染物全组分排放测试方法。
背景技术
近年来随着机动车保有量的增加，机动车排放逐渐成为空气污染的主要来源。特别是在一些大城市以及东部人口密集区，移动源对细颗粒物浓度的贡献高达20％-40％。同时，由于机动车大多行驶在人口密集区域，尾气排放直接威胁人体健康。为了更好的管控机动车排放，需要开展大量的尾气组分测试研究工作。传统上，机动车(或发动机)主要是在实验室台架上进行模拟测试。虽然实验室台架测试容易控制测试工况，测试结果重复性较好，但不能涵盖机动车实际使用工况和排放控制策略。机动车的实际道路工况复杂多变，按目前台架试验达标的机动车或发动机，在实际使用过程中可能出现排放大幅升高。
针对日益突出的机动车实际道路排放监管需求，国内外开发了车载排放测试系统。满足机动车第六阶段排放标准要求的车载排放测试系统的示意图如图1所示，该系统采样频率≥1Hz，该系统包括：
1、安装在机动车尾气排气管7后端的排气流量计15，用于测量机动车尾气排气流量；
2、通过加热采样管线6与机动车尾气排气管7相连通的常规气体分析仪14，利用不分光红外分析法(NDIR)测量CO和CO2，利用氢火焰离子检测器(HFID)测量总碳氢化合物(THC)，利用不分光紫外分析法(NDUV)或化学发光法(CLD)测量NO和NO2，利用电化学法(EC)测量O2；
3、通过加热采样管线6与机动车尾气排气管7相连通的固态颗粒物粒数测试仪16，包括沿尾气流向通过颗粒物传输导管依次连接的颗粒物预分级器163、挥发性颗粒物去除器162、颗粒物计数器161；
4、与常规气体分析仪14相连的卫星导航定位系统12，逐秒记录机动车行驶过程中的地理位置(即经度、纬度和海拔高度)和行驶速度；
5、与常规气体分析仪14相连的ECU数据读取设备13(即OBD读码器)，读取机动车的发动机运行参数(如转速、扭矩、负荷、冷却液温度、行驶车速等)；
6、与常规气体分析仪14相连的环境参数传感器11，用于采集温度、湿度、大气压等环境参数。
然而，基于上述法规规定的车载排放测试系统的机动车污染物测试方法仅能满足当前机动车实际道路排放监管需求，无法实现机动车污染物的全组分测试。随着测试技术的逐步发展和科学研究的不断深入，尤其是大气污染源解析工作迫切需要，机动车排放研究亟需从常规污染物(CO2、CO、NOX和THC)排放浓度和排放因子延伸到尾气污染物高分辨率的全组分排放特征，以推进我国机动车环境管理工作的进程。
发明内容
为了实现机动车污染物的全组分测试，本发明提供一种机动车尾气污染物全组分排放测试方法。
本发明的技术解决方案是：
机动车尾气污染物全组分排放测试方法，包括以下步骤：
步骤1、搭建机动车尾气污染物全组分车载排放测试平台；
所述机动车尾气污染物全组分车载排放测试平台包括控制主机和均与控制主机相连的、并行设置且与机动车尾气排气管相连通的机动车第六阶段排放标准要求的车载排放测试系统、VOCs和SVOCs在线分析仪、非常规气体分析系统、离线组分采样系统以及在线颗粒物测量系统；
所述非常规气体分析系统包括并列设置的通过加热采样管线与机动车尾气排气管相连通的CH4分析仪、N2O分析仪和NH3分析仪；
所述离线组分采样系统包括等比例采样稀释系统、颗粒物和挥发性有机污染物采样系统；等比例采样稀释系统的输入端通过加热采样管线与机动车尾气排气管相连通，输出端与颗粒物和挥发性有机污染物采样系统的入口端相连通；
所述在线颗粒物测量系统包括固定流量采样稀释器、颗粒物粒径谱仪、黑碳分析仪和在线颗粒物质量浓度测量仪；固定流量采样稀释器的输入端通过加热采样管线与机动车尾气排气管相连通，颗粒物粒径谱仪、黑碳分析仪和在线颗粒物质量浓度测量仪并列设置且与固定流量采样稀释器的输出端相连通；
步骤2、控制主机采集步骤1所搭建的机动车尾气污染物全组分车载排放测试平台中各测试模块的测试数据；
步骤3、控制主机将所述测试数据所对应的测试时间进行时间对齐；
步骤3.1测试数据分类；
第一类，机动车第六阶段排放标准要求的车载排放测试系统的测试数据；
第二类，排气流量计的在线测量数据，包括排气质量流量、排气体积流量、排气温度、排气压力和排气密度；
第三类，发动机运行数据，包括扭矩、速度、温度、燃油消耗率以及来自于ECU数据读取设备的实时车速；
第四类，卫星导航定位系统收集的在线数据，包括实时车速、经度、纬度、海拔；
第五类，非常规气体分析系统、在线颗粒物测量系统、VOCs和SVOCs在线分析仪的测试数据；
步骤3.2参数选择；
每一个类别测试数据与其他类别测试数据的时间对齐优先选择共有的测试数据，或者选择相关性最高的测试数据作为相关性系数计算的参数；
步骤3.3数据时间对齐；
步骤3.3.1同步开启测试平台中各测试仪器，进行初步数据时间对齐；
步骤3.3.2利用MATLAB中的函数R＝CORRCOEF(x，move_y)进行不同测试仪器间的数据对齐，其中x，move_y均为一个n*1的列向量，分别代表两台设备共有或相关的瞬态测试数据，所述n为测试时长，单位为s；
步骤3.3.3以x为基准，与move_y±15s的测试数据分别进行数据相关性分析，当相关性最大时数据时间达到最终对齐；
步骤4、控制主机计算瞬态排放结果；
步骤4.1气态污染物瞬态排放结果计算：
排气在标准状态(0℃和101.3kPa)下的密度为1.293kg/m3，利用下列公式计算:
式中：
i为CO2、CO、NO、NO2、THC、CH4、N2O或NH3；
gERi为气态污染物i的瞬时质量排放速率，g/s；
Mi为气态污染物i的摩尔质量，g/mol；
Cgi为车辆原始排气中气态污染物i的瞬时排放浓度，ppm；所述车辆原始排气是指未稀释的车辆尾气；
Fm为车辆瞬时排气质量流量,kg/h；
步骤4.2颗粒物粒数瞬态排放结果计算：
式中：
nERi为颗粒物粒数的瞬时排放速率，#/s；
为稀释排气的颗粒物粒数浓度，并校正至标准状态(0℃和101.3kPa)#/cm3；
DF为样气相对于原始排气的稀释倍数，无量纲；
Fv为瞬时排气体积流量，L/s。
步骤4.3PM、SVOCs、VOCs及其组分的瞬时排放结果计算：
4.3.1利用下式计算修正系数k0j：
4.3.2利用下式计算修正后的污染物j的瞬时排放质量cERj：
式中：
j为PM、SVOCs或VOCs及其组分；
k0j为修正系数，无量纲；
mj为试验期间离线采样仪器采集得到的污染物j的质量，mg；
kj′为污染物j的等比例采样稀释系统流量与离线采样设备采样流量比值，无量纲；
k″j为机动车尾气排放流量与等比例采样稀释系统采样流量的比值；
Cmj为污染物j的瞬时质量排放浓度，mg/m3；
Qj为污染物j的瞬时采样流量，m3/min；
k1j为污染物j的固定流量采样稀释器流量与在线测量设备采样流量比值，无量纲；
k2j为车辆尾气排放流量与固定流量采样稀释系统采样流量的比值，无量纲；
当在线测量设备从原始排气直接采样时k1j×k2j取值为1；
t为污染物j的离线设备采样时间，s；
cERj为校正后的污染物j瞬时排放质量，g/s；
步骤5、排放因子计算；
式中：
EF为污染物排放因子，单位根据X确定，为g/km，g/kWh或g/kg-fuel；
ER为步骤4中计算的污染物排放速率，具体指步骤4中计算得到的gERi、nERi或cERj；
X为瞬时车速(km/s)、瞬时功(kWh/s)或瞬时油耗(kg/s)；
T为污染物测试时间，s。
进一步地，所述步骤3.2)的参数选择具体为：
(a)第一类与第二类数据的时间对齐选用参数：CO2浓度和排气质量流量；
(b)第一类和第三类数据的时间对齐选用参数：CO2浓度和发动机燃油消耗率；
(c)第三类和第四类数据的时间对齐选用参数：来自于卫星导航定位系统的实时车速和来自于ECU数据读取设备的实时车速；
(d)第一类与第五类之间数据时间对齐，或者第五类各测试数据间的数据时间对齐选用参数：不同设备相关的测试参数，包括THC浓度和VOCs浓度，CO浓度和黑碳浓度，颗粒物质量排放浓度和黑碳浓度。
进一步地，所述步骤4之前，还包括重新检查两台不同测试设备测试数据起点的步骤，后续步骤4中计算排放结果时以x和y开始测试时间中最迟的时间为基准计算。
进一步地，所述步骤1中采用的颗粒物和挥发性有机污染物采样系统为分工况采样系统，包括均与所述控制主机相连的分工况VOCs离线采样仪、分工况PM和SVOCs离线采样仪；所述分工况VOCs离线采样仪包括第一分工况采样控制器和多个并行设置的VOCs采样通道；
所述第一分工况采样控制器用于获取瞬态车速/尾气流量，根据所获取的信息控制所述VOCs采样通道的启闭；
每个VOCs采样通道的入口端均通过第一分工况采样控制器与所述等比例采样稀释系统连通，每个VOCs采样通道的出口端均连接有VOCs真空采样罐；每个VOCs采样通道上均设置有与所述控制主机相连的流量控制阀；
所述分工况PM和SVOCs离线采样仪包括颗粒物预分级器、第二分工况采样控制器，以及多个并行设置的PM和SVOCs采样通道；
所述第二分工况采样控制器用于获取瞬态车速/尾气流量，根据所获取的信息控制所述PM和SVOCs采样通道的启闭；
每个PM和SVOCs采样通道的入口端均通过第二分工况采样控制器与所述颗粒物预分级器的出口端连通，颗粒物预分级器的入口端与所述等比例采样稀释系统连通，所有PM和SVOCs采样通道出口处均设置有真空气泵，或者所有PM和SVOCs采样通道出口汇聚于同一管路，所述管路上设置有真空气泵；所述真空气泵与所述控制主机相连；
每个PM和SVOCs采样通道上还设置有PM和SVOCs采样单元以及与所述控制主机相连的流量控制器，并位于所述颗粒物预分级器和真空气泵之间；
所述第一分工况采样控制器和第二分工况采样控制器均与所述控制主机相连。
进一步地，所有PM和SVOCs采样单元都设置在温控箱内；所述温控箱与所述控制主机相连。
进一步地，所述VOCs采样通道有三个，分别对应低速、中速、高速三个车速段，或者分别对应低、中、高三个尾气流量段；所述PM和SVOCs采样通道有三个，分别对应低速、中速、高速三个车速段，或者分别对应低、中、高三个尾气流量段。
进一步地，所述PM和SVOCs采样单元包括沿气流方向依次设置的装有颗粒物采样滤膜的滤膜托架和装有PUF的SVOCs滤芯筒。
本发明的优点：
1、本发明通过建立机动车尾气污染物全组分车载排放测试平台，在该平台基础上首先通过数据时间对齐，然后计算各污染物的瞬态排放结果，可以实现机动车污染物的全组分测试。
2、本发明建立的机动车尾气污染物全组分车载排放测试平台中，对PM、VOCs和SVOCs可以同时开展离线和在线采样，利用离线数据修正在线数据，能够更准确的评估机动车实际道路的瞬态排放特征。
3、本发明可对PM、VOCs和SVOCs进行分工况同步采样，基于该采样的测试结果能很好的反映车辆在不同工况下的排放特征。
附图说明
图1是现有机动车第六阶段排放标准要求的车载排放测试系统示意图；
图2是本发明机动车尾气污染物车载排放测试平台示意图；
附图标记说明：
1-机动车第六阶段排放标准要求的车载排放测试系统；11-环境参数传感器；12-卫星导航定位系统；13-ECU数据读取设备；14-常规气体分析仪；15-排气流量计；16-固态颗粒物粒数测试仪；161-颗粒物计数器；162-挥发性颗粒物去除器；163-颗粒物预分级器；
2-非常规气体分析系统；21-CH4分析仪；22-N2O分析仪；23-NH3分析仪；
3-在线颗粒物测量系统；31-固定流量采样稀释器；32-黑碳分析仪；33-在线颗粒物质量浓度测量仪；34-颗粒物粒径谱仪；
4-离线组分采样系统；
41-分工况VOCs离线采样仪；411-VOCs真空采样罐；412-流量控制阀；413-第一分工况采样控制器；
42-分工况PM和SVOCs离线采样仪；421-真空气泵；422-流量控制器；423-颗粒物预分级器；424-第二分工况采样控制器；425-PM和SVOCs采样单元；4251-SVOCs滤芯筒；4252-滤膜托架；426-温控箱；427-压力传感器；
43-等比例采样稀释系统；
5-VOCs和SVOCs在线分析仪；6-加热采样管线；7-机动车尾气排气管；8-控制主机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步说明。
本发明提供的基于时间对齐原理的车辆尾气全组分排放测试方法，包括以下步骤：
步骤1、搭建如图2所示的机动车尾气污染物全组分车载排放测试平台；
该测试平台包括污染物车载排放测试系统和控制主机8两部分。
一、污染物全组分车载排放测试系统
污染物全组分车载排放测试系统包括通过加热采样管线6(采用加热采样管线可避免碳氢化合物和水蒸气在采样管中冷凝)并行设置且与机动车尾气排气管7相连通的机动车第六阶段排放标准要求的车载排放测试系统1(结构如图1所示)、VOCs和SVOCs在线分析仪5、非常规气体分析系统2、离线组分采样系统4以及在线颗粒物测量系统3。
非常规气体分析系统2包括并列设置的通过加热采样管线6与机动车尾气排气管7相连通的CH4分析仪21、N2O分析仪22和NH3分析仪23。
离线组分采样系统4包括等比例采样稀释系统43、颗粒物和挥发性有机污染物采样系统；等比例采样稀释系统43的输入端通过加热采样管线6与机动车尾气排气管7相连通，输出端与颗粒物和挥发性有机污染物采样系统的入口端相连通。等比例采样稀释系统43应确保从加热采样管线6中按照一定排气流量比例取样。
本实施例中颗粒物和挥发性有机污染物采样系统为分工况采样系统，包括均与控制主机8相连的分工况VOCs离线采样仪41、分工况PM和SVOCs离线采样仪；
分工况VOCs离线采样仪41包括与控制主机8相连的第一分工况采样控制器和多个并行设置的VOCs采样通道，图2中为三通道，对应不同车速/尾气流量段；在其他实施例中，也可以有三个以上的VOCs采样通道，其分别对应的车速段/尾气流量段可根据实际采样需求细分；第一分工况采样控制器用于从辅助设备(例如卫星导航定位系统、汽车ECU数据读取设备或便携式车载测试系统)获取瞬态车速/尾气流量，根据所获取的信息控制三个VOCs采样通道的开启与关闭；每个VOCs采样通道的入口端均与等比例采样稀释系统43的出口端连通，每个VOCs采样通道的出口端均连接有VOCs真空采样罐；每个VOCs采样通道上均还设置有与控制主机8相连的用于调节采样流量大小的流量控制阀；每个流量控制阀上均安装有压力表，所述压力表与VOCs采样通道的采样管路连通；当VOCs真空采样罐开启后，通过压力表示数变化，可以检查VOCs采样通道采样管路的气密性；
工作时，经等比例采样稀释系统稀释后的尾气，从分工况VOCs离线采样仪进气口进入三个VOCs采样通道，尾气中的VOCs被相应VOCs真空采样罐411收集，实现三个车速/流量段同时采集。
分工况PM和SVOCs离线采样仪包括颗粒物预分级器423、与控制主机8相连的第二分工况采样控制器424，以及多个并行设置的PM和SVOCs采样通道，图2中所示为三通道，对应不同车速/尾气流量段；在其他实施例中，也可以有三个以上的PM和SVOCs采样通道，其分别对应的车速段/尾气流量段可根据实际采样需求细分；
第二分工况采样控制器424用于从辅助设备(例如卫星导航定位系统、汽车ECU数据读取设备或便携式车载测试系统)获取瞬态车速/尾气流量，根据所获取的信息控制PM和SVOCs采样通道的开启与关闭；每个PM和SVOCs采样通道的入口端均通过颗粒物预分级器423与等比例采样稀释系统43的出口端连通，所有PM和SVOCs采样通道上靠近出口处均设置有用于提供采样动力的真空气泵421；在其他实施例中，所有PM和SVOCs采样通道出口汇聚于同一管路，该管路上设置有与控制主机8相连的真空气泵421；每个PM和SVOCs采样通道上还设置有PM和SVOCs采样单元425(包括装有石英纤维滤膜的滤膜托架4252和装有PUF的SVOCs滤芯筒4251)及均与控制主机8相连的用于调节采样流量大小的流量控制器422以及用于检漏的压力传感器427，PM和SVOCs采样单元425及流量控制器422位于颗粒物预分级器423和真空气泵421之间；第二分工况采样控制器424与控制主机8相连。
PM和SVOCs采样单元425包括沿气流方向依次设置的装有颗粒物采样滤膜的滤膜托架4252和装有PUF的SVOCs滤芯筒4251；
考虑到气、固相SVOCs会随着温度的变化而改变SVOCs的相分布(例如气相SVOCs转变为固相SOVCs)，因此，本实施例将分工况PM和SVOCs离线采样仪三个采样通道上的PM和SVOCs采样单元425都设置在与控制主机8相连的温控箱426内，通过温控箱426将SVOCs采集单元内温度恒定在某一范围内，以避免SVOCs在采样后随着温度的变化而改变SVOCs的相分布。另外，还可以通过改变温控箱426内的温度，研究不同采样温度对PM和SVOCs采样结果的影响。
工作时，真空气泵421以恒定流量抽取尾气，尾气从分工况PM和SVOCs离线采样仪42进气口进入三个PM和SVOCs采样通道，尾气中的PM颗粒物被颗粒物预分级器423从尾气中分离出来，截留在已知质量的石英纤维滤膜上，而气相SVOCs被装有PUF的SVOCs滤芯筒4251收集，从而实现三个车速/流量段PM和SVOCs同步采样。
在线颗粒物测量系统3包括固定流量采样稀释器31、颗粒物粒径谱仪34、黑碳分析仪32和在线颗粒物质量浓度测量仪33；固定流量采样稀释器31的输入端通过加热采样管线6与机动车尾气排气管7相连通，颗粒物粒径谱仪34、黑碳分析仪32和在线颗粒物质量浓度测量仪33并列设置且与固定流量采样稀释器31的输出端相连通。
二、控制主机8
本实施例控制主机8具有触摸显示屏，且装载有采样控制软件，具有人机交互功能，可通过其上的触摸显示屏输入采样指令，例如采样计时、延时采样、定时采样、查询采样数据等；还可通过控制主机设置进样序列、触发参数等以实现分工况采样控制。
控制主机8除了上述功能外，还具有数据采集分析功能和数据远程发送功能；控制主机8能够收集记录污染物车载排放测试系统的测试数据，并开展数据时间对齐和排放结果计算等一系列的数据分析处理工作，将对测试数据处理后的结果发送到远程终端服务器，以备科研人员和监管部门使用。具体的采集和处理过程如下：
步骤2、数据采集；
控制主机采集步骤1所搭建的全组分测试平台中各个测试模块的测试数据；
步骤3、控制主机将所述测试数据的对应的测试时间进行时间对齐；
对于上述全组分测试平台，由于数据采集分析系统采集的测量数据来自不同的仪器，所以在排放结果计算前需要将来自不同仪器的测试数据进行对齐处理。具体方法如下：
首先，将测试数据分成五类：
第一类，机动车第六阶段排放标准要求的车载排放测试系统1的测试数据；
第二类，排气流量计15的在线测量数据，包括排气质量流量、排气体积流量、排气温度、排气压力和排气密度；
第三类，发动机运行数据，包括扭矩、速度、温度、燃油消耗率以及来自于ECU数据读取设备13的实时车速；
第四类，卫星导航定位系统12收集的在线数据，包括实时车速、经度、纬度、海拔；
第五类，非常规气体分析系统2、在线颗粒物测量系统3、VOCs和SVOCs在线分析仪5的测试数据；
其次，参数选择；
每一个类别测试数据与其他类别测试数据的时间对齐优先选择共有的测试数据，或者选择相关性最高的测试数据作为相关性系数计算的参数；具体为：
(a)第一类与第二类数据的时间对齐选用参数：CO2浓度和排气质量流量；
(b)第一类和第三类数据的时间对齐选用参数：CO2浓度和发动机燃油消耗率；
(c)第三类和第四类数据的时间对齐选用参数：来自于卫星导航定位系统的实时车速和来自于ECU数据读取设备的实时车速；
(d)第一类与第五类之间数据时间对齐，或者第五类各测试数据间的数据时间对齐选用参数：不同设备相关的测试参数，包括THC浓度和VOCs浓度，CO浓度和黑碳浓度，颗粒物质量排放浓度和黑碳浓度。
最后，进行数据时间对齐；
步骤3.3.1同步开启测试平台中各测试仪器，进行初步数据时间对齐；
步骤3.3.2利用MATLAB中的函数R＝CORRCOEF(x，move_y)进行不同测试仪器间的数据对齐，其中x，move_y均为一个n*1的列向量，分别代表两台设备共有或相关的瞬态测试数据，所述n为测试时长，单位为s；
步骤3.3.3以x为基准，与move_y±15s的测试数据分别进行数据相关性分析，当相关性最大时数据时间达到最终对齐。
数据对齐后，y测试数据起点位置可能会发生改变(向前或向后移动)，因此在计算排放结果前，需要重新检查两台不同设备的测试数据起点，在计算排放结果时以x和y开始时间最迟的数据时间为基准计算。
步骤4、排放结果计算：
由于车载测试方法相比实验室试验的测试条件要复杂得多，而且目前PM、VOCs和SVOCs的在线测量设备尚不成熟，因此PM、VOCs和SVOCs在线数据的可靠性存疑。故本发明同时开展PM、SVOCs和VOCs的离线采样和在线测试，利用离线数据修正在线数据，能更准确的评估机动车实际道路的瞬态排放特征。
具体方法如下：
步骤4.1气态污染物瞬态排放结果计算：
排气在标准状态(0℃和101.3kPa)下下的密度为1.293kg/m3，利用下列公式计算:
式中：
i为CO2、CO、NO、NO2、THC、CH4、N2O或NH3；
gERi为气态污染物i的瞬时质量排放速率，g/s；
Mi为气态污染物i的摩尔质量，g/mol；
Cgi为车辆原始排气中气态污染物i的瞬时排放浓度，ppm；所述车辆原始排气是指未稀释的车辆尾气；
Fm为车辆瞬时排气质量流量,kg/h；
步骤4.2颗粒物粒数瞬态排放结果计算：
式中：
nERi为颗粒物粒数的瞬时排放速率，#/s；
为稀释排气的颗粒物粒数浓度，并校正至标准状态(0℃和101.3kPa)#/cm3；
DF为样气相对于原始排气的稀释倍数，无量纲；
Fv为瞬时排气体积流量，L/s。
步骤4.3PM、SVOCs、VOCs及其组分的瞬时排放结果计算：
4.3.1利用下式计算修正系数k0j：
4.3.2利用下式计算修正后的污染物j的瞬时排放质量cERj：
式中：
j为PM、SVOCs或VOCs及其组分；
k0j为修正系数，无量纲；
mj为试验期间离线采样仪器采集得到的污染物j的质量，mg；
kj′为污染物j的等比例采样稀释系统43流量与离线采样设备采样流量比值，无量纲；
k″j为机动车尾气排放流量与等比例采样稀释系统43采样流量的比值；
Cmj为污染物j的瞬时质量排放浓度，mg/m3；
Qj为污染物j的瞬时采样流量，m3/min；
k1j为污染物j的固定流量采样稀释器31流量与在线测量设备采样流量比值，无量纲；
k2j为车辆尾气排放流量与固定流量采样稀释系统采样流量的比值，无量纲；
当在线测量设备从原始排气直接采样时k1j×k2j取值为1；
t为污染物j的离线设备采样时间，s；
cERj为校正后的污染物j瞬时排放质量，g/s；
步骤5、排放因子计算；
式中：
EF为污染物排放因子，单位根据X确定，为g/km，g/kWh或g/kg-fuel；
ER为步骤4中计算的污染物排放速率，具体指步骤4中计算得到的gERi、nERi或cERj；
X为瞬时车速(km/s)、瞬时功(kWh/s)或瞬时油耗(kg/s)；
T为污染物测试时间，s。
Claims (7)
1.机动车尾气污染物全组分排放测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、搭建机动车尾气污染物全组分车载排放测试平台；
所述机动车尾气污染物全组分车载排放测试平台包括控制主机(8)和均与控制主机(8)相连的、并行设置且与机动车尾气排气管(7)相连通的机动车第六阶段排放标准要求的车载排放测试系统(1)、VOCs和SVOCs在线分析仪(5)、非常规气体分析系统(2)、离线组分采样系统(4)以及在线颗粒物测量系统(3)；
所述非常规气体分析系统(2)包括并列设置的通过加热采样管线(6)与机动车尾气排气管(7)相连通的CH4分析仪(21)、N2O分析仪(22)和NH3分析仪(23)；
所述离线组分采样系统(4)包括等比例采样稀释系统(43)、颗粒物和挥发性有机污染物采样系统；等比例采样稀释系统(43)的输入端通过加热采样管线(6)与机动车尾气排气管(7)相连通，输出端与颗粒物和挥发性有机污染物采样系统的入口端相连通；
所述在线颗粒物测量系统(3)包括固定流量采样稀释器(31)、颗粒物粒径谱仪(34)、黑碳分析仪(32)和在线颗粒物质量浓度测量仪(33)；固定流量采样稀释器(31)的输入端通过加热采样管线(6)与机动车尾气排气管(7)相连通，颗粒物粒径谱仪(34)、黑碳分析仪(32)和在线颗粒物质量浓度测量仪(33)并列设置且与固定流量采样稀释器(31)的输出端相连通；
步骤2、控制主机(8)采集步骤1所搭建的机动车尾气污染物全组分车载排放测试平台中各测试模块的测试数据；
步骤3、控制主机(8)将所述测试数据所对应的测试时间进行时间对齐；
步骤3.1测试数据分类；
第一类，机动车第六阶段排放标准要求的车载排放测试系统(1)的测试数据；
第二类，排气流量计的在线测量数据，包括排气质量流量、排气体积流量、排气温度、排气压力和排气密度；
第三类，发动机运行数据，包括扭矩、速度、温度、燃油消耗率以及来自于ECU数据读取设备的实时车速；
第四类，卫星导航定位系统收集的在线数据，包括实时车速、经度、纬度、海拔；
第五类，非常规气体分析系统(2)、在线颗粒物测量系统(3)、VOCs和SVOCs在线分析仪(5)的测试数据；
步骤3.2参数选择；
每一个类别测试数据与其他类别测试数据的时间对齐优先选择共有的测试数据，或者选择相关性最高的测试数据作为相关性系数计算的参数；
步骤3.3数据时间对齐；
步骤3.3.1同步开启测试平台中各测试仪器，进行初步数据时间对齐；
步骤3.3.2利用MATLAB中的函数R＝CORRCOEF(x，move_y)进行不同测试仪器间的数据对齐，其中x，move_y均为一个n*1的列向量，分别代表两台设备共有或相关的瞬态测试数据，所述n为测试时长，单位为s；
步骤3.3.3以x为基准，与move_y±15s的测试数据分别进行数据相关性分析，当相关性最大时数据时间达到最终对齐；
步骤4、控制主机(8)计算瞬态排放结果；
步骤4.1气态污染物瞬态排放结果计算：
排气在标准状态(0℃和101.3kPa)下下的密度为1.293kg/m3，利用下列公式计算:
式中：
i为CO2、CO、NO、NO2、THC、CH4、N2O或NH3；
gERi为气态污染物i的瞬时质量排放速率，g/s；
Mi为气态污染物i的摩尔质量，g/mol；
Cgi为车辆原始排气中气态污染物i的瞬时排放浓度，ppm；所述车辆原始排气是指未稀释的车辆尾气；
Fm为车辆瞬时排气质量流量,kg/h；
步骤4.2颗粒物粒数瞬态排放结果计算：
式中：
nERi为颗粒物粒数的瞬时排放速率，#/s；
为稀释排气的颗粒物粒数浓度，并校正至标准状态(0℃和101.3kPa)#/cm3；
DF为样气相对于原始排气的稀释倍数，无量纲；
Fv为瞬时排气体积流量，L/s；
步骤4.3PM、SVOCs、VOCs及其组分的瞬时排放结果计算：
4.3.1利用下式计算修正系数k0j：
4.3.2利用下式计算修正后的污染物j的瞬时排放质量cERj：
式中：
j为PM、SVOCs或VOCs及其组分；
k0j为修正系数，无量纲；
mj为试验期间离线采样仪器采集得到的污染物j的质量，mg；
kj′为污染物j的等比例采样稀释系统(43)流量与离线采样设备采样流量比值，无量纲；
kj″为机动车尾气排放流量与等比例采样稀释系统(43)采样流量的比值；
Cmj为污染物j的瞬时质量排放浓度，mg/m3；
Qj为污染物j的瞬时采样流量，m3/min；
k1j为污染物j的固定流量采样稀释器(31)流量与在线测量设备采样流量比值，无量纲；
k2j为车辆尾气排放流量与固定流量采样稀释系统采样流量的比值，无量纲；
当在线测量设备从原始排气直接采样时k1j×k2j取值为1；
t为污染物j的离线设备采样时间，s；
cERj为校正后的污染物j瞬时排放质量，g/s；
步骤5、排放因子计算；
式中：
EF为污染物排放因子，单位根据X确定，为g/km，g/kWh或g/kg-fuel；
ER为步骤4中计算的污染物排放速率，具体指步骤4中计算得到的gERi、nERi或cERj；
X为瞬时车速(km/s)、瞬时功(kWh/s)或瞬时油耗(kg/s)；
T为污染物测试时间，s。
2.根据权利要求1所述的机动车尾气污染物全组分排放测试方法，其特征在于：
所述步骤3.2)的参数选择具体为：
(a)第一类与第二类数据的时间对齐选用参数：CO2浓度和排气质量流量；
(b)第一类和第三类数据的时间对齐选用参数：CO2浓度和发动机燃油消耗率；
(c)第三类和第四类数据的时间对齐选用参数：来自于卫星导航定位系统的实时车速和来自于ECU数据读取设备的实时车速；
(d)第一类与第五类之间数据时间对齐，或者第五类各测试数据间的数据时间对齐选用参数：不同设备相关的测试参数，包括THC浓度和VOCs浓度，CO浓度和黑碳浓度，颗粒物质量排放浓度和黑碳浓度。
3.根据权利要求1所述的机动车尾气污染物全组分排放测试方法，其特征在于：所述步骤4之前，还包括重新检查两台不同测试设备测试数据起点的步骤，后续步骤4中计算排放结果时以x和y开始测试时间中最迟的时间为基准计算。
4.根据权利要求1所述的机动车尾气污染物全组分排放测试方法，其特征在于：所述步骤1中采用的颗粒物和挥发性有机污染物采样系统为分工况采样系统，包括均与所述控制主机(8)相连的分工况VOCs离线采样仪(41)、分工况PM和SVOCs离线采样仪(42)；所述分工况VOCs离线采样仪(41)包括第一分工况采样控制器(413)和多个并行设置的VOCs采样通道；
所述第一分工况采样控制器(413)用于获取瞬态车速/尾气流量，根据所获取的信息控制所述VOCs采样通道的启闭；
每个VOCs采样通道的入口端均通过第一分工况采样控制器(413)与所述等比例采样稀释系统(43)连通，每个VOCs采样通道的出口端均连接有VOCs真空采样罐(411)；每个VOCs采样通道上均设置有与所述控制主机(8)相连的流量控制阀(412)；
所述分工况PM和SVOCs离线采样仪(42)包括颗粒物预分级器(423)、第二分工况采样控制器(424)，以及多个并行设置的PM和SVOCs采样通道；
所述第二分工况采样控制器(424)用于获取瞬态车速/尾气流量，根据所获取的信息控制所述PM和SVOCs采样通道的启闭；
每个PM和SVOCs采样通道的入口端均通过第二分工况采样控制器(424)与所述颗粒物预分级器(423)的出口端连通，颗粒物预分级器(423)的入口端与所述等比例采样稀释系统(43)连通，所有PM和SVOCs采样通道出口处均设置有真空气泵(421)，或者所有PM和SVOCs采样通道出口汇聚于同一管路，所述管路上设置有真空气泵(421)；所述真空气泵(421)与所述控制主机(8)相连；
每个PM和SVOCs采样通道上还设置有PM和SVOCs采样单元(425)以及与所述控制主机(8)相连的流量控制器(422)，并位于所述颗粒物预分级器(423)和真空气泵(421)之间；
所述第一分工况采样控制器(413)和第二分工况采样控制器(424)均与所述控制主机(8)相连。
5.根据权利要求4所述的机动车尾气污染物全组分排放测试方法，其特征在于：所有PM和SVOCs采样单元(425)都设置在温控箱(426)内；所述温控箱(426)与所述控制主机(8)相连。
6.根据权利要求4或5所述的机动车尾气污染物全组分排放测试方法，其特征在于：所述VOCs采样通道有三个，分别对应低速、中速、高速三个车速段，或者分别对应低、中、高三个尾气流量段；所述PM和SVOCs采样通道有三个，分别对应低速、中速、高速三个车速段，或者分别对应低、中、高三个尾气流量段。
7.根据权利要求4或5所述的机动车尾气污染物全组分排放测试方法，其特征在于：所述PM和SVOCs采样单元(425)包括沿气流方向依次设置的装有颗粒物采样滤膜的滤膜托架(4252)和装有PUF的SVOCs滤芯筒(4251)。
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