CN112433026B - 一种非道路移动机械的排放测试及评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非道路移动机械的排放测试及评估方法，包括以下步骤：通过聚类得到各类非道路机械的特征工况和时间占比；根据待测试非道路机械的种类、结构特征和排气特征设计测量装置的布置方案；根据特征工况设计非道路机械的运行方案；测量得到非道路机械在不同特征工况下的运行参数、排气参数和排放参数；计算气态物排放因子和颗粒物排放因子，分析颗粒组分的变化特征；对非道路机械进行特征评估。与现有技术相比，本发明考虑了非道路机械的多源异构性，根据非道路机械的种类、结构特征和排气特征设计针对性较强的测量装置布置方案，根据非道路机械的排放特征设计更具代表性的运行方案，更符非道路移动机械的排放测试需求和实际应用情况。
Description
技术领域
本发明涉及非道路机械排放测试领域，尤其是涉及一种非道路移动机械的排放测试及评估方法。
背景技术
非道路移动机械包括工程机械、农业机械、场机械、船舶、飞机、铁路机车等大类，其中工程机械又包括挖掘机、装载机、推土机等多个子类；农业机械包括拖拉机、收割机等多个子类；场机械包括叉车、堆高机等子类；船舶包括内河船舶、近海船舶、远洋船舶等子类，各种非道路机械适用于不同的场景，结构复杂多样，具备典型的多源异构特征。
我国非道路机械排放标准相对滞后，排放控制水平较低。与欧美国家相比落后近8年，排放限值相当于欧美国家的7～12倍；与车用柴油机相比也存在近两代的差距，绝大多数在用非道路机械的排放在国二水平以下，在移动源中的排放总量占比显著凸显，成为重要的大气污染源。随着我国对非道路移动机械排放限值要求的不断加严，非道路移动机械的排放治理已迫在眉睫。
非道路移动机械排放治理的先决条件在于解析其排放水平，从而可以制定与之匹配而又行之有效的排放污染物治理方案。鉴于非道路移动机械多源异构的典型特征，迫切需要一种非道路移动机械的排放测试方法，能够解析各型非道路移动机械的排放水平，评估非道路移动机械的排放特征，制定有效可行的非道路移动机械排放污染物处理方案。
专利201811098352.X公开了一种非道路移动机械的大气污染统计方法、系统、存储介质、终端，包括以下步骤：基于使用性质、机械种类、燃料类型、发动机功率和排放标准对非道路移动机械进行分类；基于典型机械实测、科学文献和Nonroad模型附录排放因子建立各类非道路移动机械的大气污染物排放因子数据库；基于非道路移动机械的数据统计和典型调查获取各类非道路移动机械的活动水平；基于Nonroad模型、所述排放因子数据库和所述非道路移动机械的活动水平计算各类非道路移动机械的大气污染物排放量。但是，该专利基于统计学方法进行非道路移动机械的排放物测试，只是根据数据库中非道路机械的排放因子和统计获得的非道路机械活动水平计算得到污染物排放量，数据不够准确，未考虑非道路机械多源异构的特征，也没有考虑多源异构非道路机械的实际排放特征。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种非道路移动机械的排放测试及评估方法，考虑了非道路机械的多源异构性，根据非道路机械的排放特征，通过聚类得到不同种类的非道路机械的特征工况，根据待测试的非道路机械的种类、结构特征和排气特征设计针对性较强的测量装置布置方案，根据待测试的非道路机械的种类获取特征工况，设计更具代表性的运行方案，更符非道路移动机械的排放测试需求和实际应用情况。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种非道路移动机械的排放测试及评估方法，包括以下步骤：
S1：跟踪不同种类的非道路机械，获取各类非道路机械的日常运行工况，通过聚类分析得到各类非道路机械的特征工况和特征工况的时间占比；
S2：对于待测试的非道路机械，根据待测试的非道路机械的种类、待测试的非道路机械的结构特征和待测试的非道路机械的排气特征，设计测量装置的布置方案；
S3：对于待测试的非道路机械，确定待测试的非道路机械的种类，获取该类非道路机械的特征工况和特征工况的时间占比，设计待测试的非道路机械的运行方案；
S4：按照测量装置的布置方案布置好测量装置，启动待测试的非道路机械，按照运行方案运行待测试的非道路机械，测量得到待测试的非道路机械在不同特征工况下的运行参数、排气参数和排放参数；
S5：计算待测试的非道路机械在不同特征工况下的气态物排放因子和颗粒物排放因子，分析待测试的非道路机械在不同特征工况下颗粒组分的变化特征；
S6：对待测试的非道路机械的排放进行特征评估。
进一步的，所述非道路机械的种类包括：工程机械、农用机械和场内机械。
进一步的，所述步骤S1中，特征工况具体为能代表该类非道路机械的排放特征的日常运行工况。
进一步的，所述步骤S2包括以下步骤：
S201：根据待测试的非道路机械的类型，确定测量装置中是否设置气态物测试模块，确定测量装置中是否设置颗粒物测试模块；
S202：根据待测试的非道路机械的结构特征，确定测试装置的结构和安装位置；
S203：根据待测试的非道路机械的排气特征，确定测量点的位置。
进一步的，所述步骤S3中，待测试的非道路机械的运行方案具体为待测试的非道路机械何时在何种特征工况下工作多长时间。
进一步的，所述步骤S4中，待测试的非道路机械的运行参数包括发动机ECU读取到的转速、扭矩和油耗；待测试的非道路机械的排气参数包括排气温度和排气背压；待测试的非道路机械的排放参数包括CO、THC、NOx、CO2和NH3的含量，颗粒物的质量PM和颗粒物的数量PN，以及采用滤膜采集的颗粒排放物。
进一步的，所述步骤S5中，待测试的非道路机械在不同特征工况下的气态物排放因子的具体计算公式如下：
其中，i表示气态物的种类，包括CO、THC、NOx、CO2、NH3，j表示非道路移动机械的特征工况，EFi,j表示非道路移动机械在特征工况j下气态物i的排放因子，Ci表示气态物i的体积浓度，mi表示气态物i的分子量，Vi,j表示非道路移动机械在特征工况j下气态物i的排气流量，Pj表示非道路移动机械在特征工况j下的发动机功率。
进一步的，所述步骤S5中，待测试的非道路机械在不同特征工况下的颗粒物排放因子的具体计算公式如下：
其中，h表示颗粒物的数量PN或颗粒物的质量PM，j表示非道路移动机械的特征工况，EFh,j表示非道路移动机械在特征工况j下颗粒物的数量PN或颗粒物的质量PM的排放因子，Ch表示颗粒物的数量PN或颗粒物的质量PM的体积浓度，Vh,j表示非道路移动机械在特征工况j下的发动机排气流量，Pj表示非道路移动机械在特征工况j下的发动机功率，R表示颗粒物的数量PN或颗粒物的质量PM的测量稀释比。
更进一步的，所述步骤S5中，待测试的各类非道路机械在不同特征工况下颗粒组分的变化特征具体为采用滤膜采集的颗粒排放物的变化特征。
进一步的，所述步骤S6中特征评估具体为基于非道路机械排放标准规定的排放物限值，基于待测试的非道路移动机械的气态物排放因子、颗粒物排放因子、颗粒组分的变化特征，判断待测试的非道路移动机械的排放物排放量与排放物限值的关系。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)考虑了非道路机械的多源异构性，根据非道路机械的排放特征，通过聚类得到不同种类的非道路机械的特征工况，根据待测试的非道路机械的种类、结构特征和排气特征设计针对性较强的测量装置布置方案，根据待测试的非道路机械的种类获取特征工况，设计更具代表性的运行方案，更符非道路移动机械的排放测试需求和实际应用情况。
(2)对待测试的非道路移动机械进行不同特征工况下的排放测试和排放因子的计算，并且考虑了各特征工况下的颗粒组分变化特征，污染物评价方法更为全面、合理，为制定相应的减排技术和减排策略提供依据。
(3)基于非道路机械排放标准规定的排放物限值，判断待测试的非道路移动机械的排放物排放量与排放物限值的关系，为综合评价各种多源异构的非道路移动机械的排放特征、制定相适应的高效尾气治理技术提供可靠判据。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
一种非道路移动机械的排放测试及评估方法，包括以下步骤：
S1：跟踪不同种类的非道路机械，获取各类非道路机械的日常运行工况，通过聚类分析得到各类非道路机械的特征工况和特征工况的时间占比。
非道路机械的种类包括：工程机械、农用机械和场内机械。
挖掘机、推土机、装载机、起重机、压路机等的分类为工程机械；拖拉机、收割机、耕地机等的分类为农用机械；叉车、堆高机等的分类为场内机械。
特征工况具体为能代表该类非道路机械的排放特征的日常运行工况。
以挖掘机为例，日常运行工况包括行驶工况、怠速工况、挖掘、旋转、抬升等，以压路机为例，日常运行工况包括空车行驶、带载行驶、转向等，经过聚类，提取得到工程机械的特征工况，包括怠速工况、行驶工况和作业工况，确定各类特征工况的时间占比。
S2：对于待测试的非道路机械，根据待测试的非道路机械的种类、待测试的非道路机械的结构特征和待测试的非道路机械的排气特征，设计在排放物测量时测量装置的布置方案，步骤S2包括以下步骤：
S201：根据待测试的非道路机械的类型，确定测量装置中是否设置气态物测试模块，确定测量装置中是否设置颗粒物测试模块；
S202：根据待测试的非道路机械的结构特征，确定测试装置的结构和安装位置；
S203：根据待测试的非道路机械的排气特征，确定测量点的位置。
S3：对于待测试的非道路机械，根据待测试的非道路机械的种类，获取该类非道路机械的特征工况和特征工况的时间占比，设计在排放物测量时非道路机械的运行方案。
以挖掘机为例，根据特征工况和特征工况时间占比，设计运行方案，根据特征工况设计挖掘机如何运行，执行几种动作，根据各类特征工况的时间占比设计运行方案中各类工况的运行时间。
S4：按照测量装置的布置方案布置好测量装置，启动待测试的非道路机械，按照运行方案运行待测试的非道路机械，测量得到待测试的非道路机械在不同特征工况下的运行参数、排气参数和排放参数。
待测试的非道路机械的运行参数包括发动机ECU读取到的转速、扭矩和油耗；待测试的非道路机械的排气参数包括排气温度和排气背压；待测试的非道路机械的排放参数包括CO、THC、NOx、CO2和NH3的含量，颗粒物的质量PM和颗粒物的数量PN，以及采用滤膜采集的颗粒排放物。
S5：计算待测试的非道路机械在不同特征工况下的气态物排放因子和颗粒物排放因子，分析待测试的非道路机械在不同特征工况下颗粒组分的变化特征。
待测试的非道路机械在不同特征工况下的气态物排放因子的具体计算公式如下：
其中，i表示气态物的种类，包括CO、THC、NOx、CO2、NH3，j表示非道路移动机械的特征工况，EFi,j表示非道路移动机械在特征工况j下气态物i的排放因子，Ci表示气态物i的体积浓度，mi表示气态物i的分子量，Vi,j表示非道路移动机械在特征工况j下气态物i的排气流量，Pj表示非道路移动机械在特征工况j下的发动机功率。
进一步的，所述步骤S5中，待测试的非道路机械在不同特征工况下的颗粒物排放因子的具体计算公式如下：
其中，h表示颗粒物的数量PN或颗粒物的质量PM，j表示非道路移动机械的特征工况，EFh,j表示非道路移动机械在特征工况j下颗粒物的数量PN或颗粒物的质量PM的排放因子，Ch表示颗粒物的数量PN或颗粒物的质量PM的体积浓度，Vh,j表示非道路移动机械在特征工况j下的发动机排气流量，Pj表示非道路移动机械在特征工况j下的发动机功率，R表示颗粒物的数量PN或颗粒物的质量PM的测量稀释比。
颗粒组分具体为采用滤膜采集的颗粒排放物，包括有机碳OC、元素碳EC、无机离子、多环芳烃PAHs等，辨析各工况下的颗粒组分变化特征，为制定相应的减排技术和减排策略提供依据。
S6：对待测试的非道路机械的排放物进行特征评估，具体为基于非道路机械排放标准规定的排放物限值，基于待测试的非道路移动机械的气态物排放因子、颗粒物排放因子、颗粒组分的变化特征，判断待测试的非道路移动机械的排放物排放量与排放物限值的关系，为综合评价各种多源异构的非道路移动机械的排放特征、制定相适应的高效尾气治理技术提供可靠判据。
Claims (1)
1.一种非道路移动机械的排放测试及评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：跟踪不同种类的非道路机械，获取各类非道路机械的日常运行工况，通过聚类分析得到各类非道路机械的特征工况和特征工况的时间占比；
S2：对于待测试的非道路机械，根据待测试的非道路机械的种类、待测试的非道路机械的结构特征和待测试的非道路机械的排气特征，设计测量装置的布置方案；
S3：对于待测试的非道路机械，确定待测试的非道路机械的种类，获取该类非道路机械的特征工况和特征工况的时间占比，设计待测试的非道路机械的运行方案；
S4：按照测量装置的布置方案布置好测量装置，启动待测试的非道路机械，按照运行方案运行待测试的非道路机械，测量得到待测试的非道路机械在不同特征工况下的运行参数、排气参数和排放参数；
S5：计算待测试的非道路机械在不同特征工况下的气态物排放因子和颗粒物排放因子，分析待测试的非道路机械在不同特征工况下颗粒组分的变化特征；
S6：对待测试的非道路机械的排放进行特征评估；
所述步骤S1中，特征工况具体为能代表该类非道路机械的排放特征的日常运行工况；所述非道路机械的种类包括：工程机械、农用机械和场内机械；
所述步骤S2包括以下步骤：
S201：根据待测试的非道路机械的类型，确定测量装置中是否设置气态物测试模块，确定测量装置中是否设置颗粒物测试模块；
S202：根据待测试的非道路机械的结构特征，确定测试装置的结构和安装位置；
S203：根据待测试的非道路机械的排气特征，确定测量点的位置；
所述步骤S3中，待测试的非道路机械的运行方案具体为待测试的非道路机械何时在何种特征工况下工作多长时间；
所述步骤S4中，待测试的非道路机械的运行参数包括发动机ECU读取到的转速、扭矩和油耗；待测试的非道路机械的排气参数包括排气温度和排气背压；待测试的非道路机械的排放参数包括CO、THC、NOx、CO2和NH3的含量，颗粒物的质量PM和颗粒物的数量PN，以及采用滤膜采集的颗粒排放物；
所述步骤S5中，待测试的非道路机械在不同特征工况下的气态物排放因子的具体计算公式如下：
其中，i表示气态物的种类，包括CO、THC、NOx、CO2、NH3，j表示非道路移动机械的特征工况，EFi,j表示非道路移动机械在特征工况j下气态物i的排放因子，Ci表示气态物i的体积浓度，mi表示气态物i的分子量，Vi,j表示非道路移动机械在特征工况j下气态物i的排气流量，Pj表示非道路移动机械在特征工况j下的发动机功率；
所述步骤S5中，待测试的非道路机械在不同特征工况下的颗粒物排放因子的具体计算公式如下：
其中，h表示颗粒物的数量PN或颗粒物的质量PM，j表示非道路移动机械的特征工况，EFh,j表示非道路移动机械在特征工况j下颗粒物的数量PN或颗粒物的质量PM的排放因子，Ch表示颗粒物的数量PN或颗粒物的质量PM的体积浓度，Vh,j表示非道路移动机械在特征工况j下的发动机排气流量，Pj表示非道路移动机械在特征工况j下的发动机功率，R表示颗粒物的数量PN或颗粒物的质量PM的测量稀释比；
所述步骤S5中，待测试的各类非道路机械在不同特征工况下颗粒组分的变化特征具体为采用滤膜采集的颗粒排放物的变化特征；
所述步骤S6中特征评估具体为基于非道路机械排放标准规定的排放物限值，基于待测试的非道路移动机械的气态物排放因子、颗粒物排放因子、颗粒组分的变化特征，判断待测试的非道路移动机械的排放物排放量与排放物限值的关系。
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