CN112485369A

CN112485369A - 一种pems的性能验证试验方法及其线性检查性能验证装置

Info

Publication number: CN112485369A
Application number: CN202011238556.6A
Authority: CN
Inventors: 关怀; 幸红光
Original assignee: Nanchang Intelligent New Energy Vehicle Research Institute
Current assignee: Nanchang Intelligent New Energy Vehicle Research Institute
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2021-03-12

Abstract

本发明公开了一种PEMS的性能验证试验方法，包括：第一步：系统充分热机后，检查PEMS分析仪的准确性、精度、噪音；第二步：检查PEMS的零点、量距点漂移；第三步：利用气体分配器来完成分析仪线性检查、NO_X转换效率检查；第四步：分析仪干扰效应检查；第五步：向PEMS设备取样口通入适量压力的量程气做分析仪上升时间及响应时间检查；第六步：利用测功机控制原排发动机作为单一排放源，PEMS与试验室直采排放设备同时采样分析，最终完成结果对比检查；第七步：通过底盘测功机完成道路工况模拟，以试验车辆为单一排放源，PEMS与全流稀释定容采样系统串联安装同时进行采样分析，最终对比排放结果。本发明还公开了一种PEMS线性检查性能验证装置。

Description

一种PEMS的性能验证试验方法及其线性检查性能验证装置

技术领域

本发明属于机动车排放污染物测试设备性能验证技术领域，具体涉及一种PEMS的性能验证试验方法及其线性检查性能验证装置。

背景技术

当前，台架试验工况不能涵盖实际道路工况和排放控制策略，且根据实验室排放测试型式认证的测试工况、测试条件可知，易于进行针对性标定；再用符合性检查规定的台架试验成本高，耗时长，难操作。

针对上述不足，需要引入可操作性高的汽车检测方法—PEMS测试方法，PEMS标准的提出有利于落实现有标准GB17691-2018重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）和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）相关要求，PEMS测试方法的实行，PEMS设备也被推上了行业的舞台。PEMS设备可测量排气污染组分有：CO、CO₂、总碳氢THC、NOx等，行业主流的PEMS设备供应商有：SENSORS、AVL、HORIBA等。GB17691-2018和GB18352.6-2016要求测试设备定期做检查，包括分析仪线性检查、准确度、精度、响应时间检查等，保证设备的准确性、测试数据的真实性。

线性检查为重要的验证设备状态的方式。现有试验方法的难点是：有些型号的PEMS无配套的气体分配器，故只能选用现有的气体分配器。当PEMS与不匹配的气体分配器无法完成通讯的情况下，需要借助直采排放设备与气体分配器通讯，手动完成对气体分配器的操作，从而达到可供给无匹配气体分配器的PEMS线性检查。

发明内容

本发明为了解决在无匹配线性分配器情况下的PEMS（3）设备的线性检查，并提供一种PEMS（3）性能验证试验方法，包括如下步骤：

第一步：PEMS（3）充分热机后，检查PEMS（3）的分析仪的准确性、精度、噪音；

第二步：继续向PEMS（3）通入高纯氮气，检查至少30s的时间段中，PEMS（3）分析仪对零气体的平均响应结果，并向PEMS（3）通入量程气，检查至少30s的时间段中，PEMS（3）分析仪对量程气体的平均响应结果；

第三步：利用气体分配器（2）来完成分析仪线性检查、NOX转换效率检查；

第四步：PEMS（3）分析仪干扰效应检查；

第五步：上述检查完成后，PEMS（3）设备进行充分反吹，向设备取样口通入适量压力的量程气做PEMS（3）分析仪上升时间及响应时间检查；

第六步：利用测功机（14）控制原排发动机（16）作为单一排放源，PEMS（3）与试验室直采排放设备（1）同时采样分析，同时对瞬态的排气成分进行取样分析，并对瞬时模态结果做对比分析，最终完成结果对比检查；

第七步：在环境模拟仓内通过底盘测功机完成道路工况模拟，以试验车辆为单一排放源，PEMS（3）与全流稀释定容采样系统串联安装同时进行采样分析，最终对比排放结果。

进一步地，分析仪线性检查的方法为：首先，在气体分配器的作用下将标准气用平衡气均匀稀释分配，依次向PEMS（3）通入11点以上线性气体浓度检查点，从而检查设备线性状态；标准要求NOx转化效率检查每月都实施，同样使用气体分配器进行。

进一步地，一种PEMS线性检查性能验证装置，用于一种PEMS性能验证试验方法，包括直采排放设备（1）、气体分配器（2）、PEMS（3）、标准气体气瓶（4）、气源（5）、通讯线（6）、线性分配后标气气管（7）、气管（8）、平衡气管线（9）和标准气管（10），所述直采排放设备（1）通过通讯线（6）与线性气体分配器（2）连接通讯，将标准气体气瓶（4）中的标准浓度气体通过标准气管（10）通入线性气体分配器（2），平衡气通过平衡气管线（9）进入线性气体分配器（2），标气与平衡气在线性气体分配器（2）充分混合、配合后通过线性分配后标气气管（7）进入PEMS（3）进行线性检查；气源（5）通过气管（8）通入直采排放设备（1）。

工作原理：先将PEMS（3、直采排放设备（1）、气体分配器（2）充分热机。热机完成对PEMS（3）进行泄漏检测、零点、量程点标定。然后将气体分配器（2）与直采排放设备（1）完成通讯，直采排放设备（1）通过通讯线（6）与气体分配器（2）连接通讯，将标准气体气瓶（4中的标准浓度气体通过标准气管（10通入气体分配器（2），平衡气通过平衡气管线（9）进入气体分配器（2），标气与平衡气在气体分配器（2）充分混合、配合后通过手动控制气体分配器（2），至少设定11个线性气体浓度检查点，并且设置合理的、较长的通气时间；最后，将在气体分配器（2）充分混合后的已知浓度的线性标准气体按顺序从线性分配后标气气管（7）进入PEMS（3）进行线性检查；因直采排放设备（1）与气体分配器（2）连接通讯，以上一系列操作系统会默认直采排放设备（1）在做线性检查，为保证直采排放设备（1）不报错，需再外接气源（5）通过气管（8）通入直采排放设备（1）。

进一步地，所述气源（5）包括CO₂或N₂气体。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

（1）本发明解决了在无匹配线性分配器的情况下的PEMS3的线性检查，保证PEMS3的准确性、测试数据的真实性。

（2）本发明实现了对气体分配器2的操作，从而达到可供给无匹配的气体分配器的PEMS3相应线性浓度标气的目的。

（3）本发明还提出了一种PEMS线性检查性能验证装置，实现了对PEMS3进行线性检查。

（4）本发明还提出了一种PEMS对直采排放设备的对比检查方法，对瞬态的排气污染物成分进行对比分析，解决了在与全流稀释定检查容采样系统做对比分析时，没有将PEMS分析后的排气补充回全流稀释定检查容采样系统内导致的结果偏差。

附图说明

图1为本发明一种PEMS的性能验证试验方法流程图；

图2为本发明一种PEMS线性检查性能验证装置结构原理图；

图3为本发明一种PEMS与直采排放设备对比验证的性能验证试验方法示意图。

附图标记：1、直采排放设备；2、气体分配器；3、PEMS；4、标准气体气瓶；5、气源；6、通讯线；7、线性分配后标气气管；8、气管；9、平衡气管线；10、标准气管；11、主电柜；12、变频柜；13、主控；14、测功机；15、联接器；16、原排发动机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明公开的一种PEMS的性能验证试验方法，步骤如下：

第一步：PEMS3准确度、精度、噪声检查具体实施方法

设备准确度：向PEMS3设备通入定浓度的标准气体，观察PEMS3内部的对应分析仪的稳定读数，稳定读数与通入的标准气体的偏差满足标准要求：不应超过读数的2%，或满量程的0.3%，取其中较大者。

精度：向PEMS3通入定浓度的标准气体，观察PEMS3内部的对应分析仪的稳定读数，精度需满足标准要求：一个给定校准或量距气的10次重复响应标准差的2.5倍，如果测量值范围大于或等于155ppm(或ppmC1)，精度不应超过满量程浓度的1%，如果测量值范围低于155ppm(或ppmC1)，精度不应超过满量程浓度的2%。

噪声：首先对PEMS3进行充分反吹，时间为10分钟以上，标准定义噪声为10个标准差均方根的两倍，以至少1.0Hz的固定记录频率测量对零信号响应30秒平均值为一个标准差，不应超过满量程的2%，10个测量周期之间应该有30秒的间断，间断期间PEMS3内部的分析仪暴露在适当的浓度的量程气中。

第二步：零点、量程点漂移检查具体实施方法

零点漂移：零点漂移，定义为至少30s的时间段中，PEMS3内部的分析仪对零气体的平均响应，并满足GB 18352.6-2016标准的要求。

量距点漂移：量距点漂移，定义为至少30s的时间段中，PEMS3内部的分析仪对量距气的平均响应，应满足GB 18352.6-2016标准的要求。具体的操作如下：首先将PEMS3设备充分热机，再对PEMS3进行标定。开始计时，设备待机或空采或反吹4个小时后，向设备通入零气、量距气稳定至少30s读数，进行结果检查。

第三步：线性检测、NOx转化效率检查的具体实施方法

采用一种PEMS线性检查性能验证装置，包括：直采排放设备1、气体分配器2、PEMS3、标准气体气瓶4、气源5、通讯线6、线性分配后标气气管7、气管8、平衡气管线9和标准气管10，先将PEMS3、直采排放设备1、气体分配器2充分热机。热机完成对PEMS3进行泄漏检测、零点、量程点标定。然后将气体分配器2与直采排放设备1完成通讯，直采排放设备1通过通讯线6与气体分配器2连接通讯，将标准气体气瓶4中的标准浓度气体通过标准气管10通入气体分配器2，平衡气通过平衡气管线9进入气体分配器2，标气与平衡气在气体分配器2充分混合、配合后通过手动控制气体分配器2，至少设定11个线性气体浓度检查点，并且设置合理的、较长的通气时间，最后将在气体分配器2充分混合后的已知浓度的线性标准气体按顺序从线性分配后标气气管7进入PEMS3进行线性检查；因直采排放设备1与气体分配器2连接通讯，以上一系列操作系统会默认直采排放设备1在做线性检查，为保证直采排放设备1不报错，需再外接气源5通过气管8通入直采排放设备1。

优选地，气源5包括CO₂气瓶或N₂，或其他无毒气体。

试验注意事项：1.设置线性气体浓度检查点，需要对应上PEMS3需求点顺序。2.设置较长的通气时间，保证PEMS3设备能够充分稳定后读数。整个验证过程不可影响直采排放设备1的内部性能、计算系数等重要参数，验证完毕需恢复直采排放设备1原有配置。

试验结论：PEMS3设备系统泄露检查：当N₂通入设备系统中，氧传感器所测得浓度稳定维持在0.01%左右，泄露检查通过。零点、量程点标定：将相对应的标准气体通入PEMS3内部各个分析仪中，进行零点、量程点标定。PEMS3内部分析仪读数与基准值之间偏差，没有超过满量程的0.3%，则判定通过。

NOx转换效率检查具体实施方法：如所需检验的PEMS3的NOx分析仪采用的是化学发光分析仪HCLD或化学发光法CLD，需要按照标准每月做NOx转化效率检查。具体的操作方案可以参考线性检测的具体实施方式，同样按照附图1的连接方式，区别有：除平衡气以外还需要由直采排放设备1提供给气体分配器2高纯氧气，NOx标准气体需要选用100ppm浓度以下的。要求NOx转换器的效率不低于95%。

第四步：PEMS3内部的CO分析仪干扰检查

将浓度为试验最大量程满刻度80%-100%的CO₂量程气在室温条件下通入水罐之后产生气泡，然后进入PEMS3内部的分析仪，记录分析仪的响应。按照标准，这时PEMS3内部的CO分析仪的响应不应超过正常道路测试所能达到的平均CO浓度的2%，或±50ppm中的较大者。

PEMS3内部的NOx分析仪熄光检查：NOx分析仪原理目前可分为：发光分析仪HCLD、化学发光法CLD、非分散紫外吸收法NDUV。HCLD、CLD分析仪关注的干扰气体为CO₂、H₂O，按照标准分别做CO₂、H₂O对NOx的熄光影响，最终CO₂与H₂O联合熄光百分比不得超过满量程的2%。

非分散紫外吸收法NDUV对H₂O、碳氢化合物的响应与NOx类似，因而会干扰其分析结果，检验干扰程度方法为：先按照实际排放测试的预期浓度进行分析仪零点、量距点标定，将试验中可能遇到的最大浓度NO₂的标准气体，以适量压力充满设备取样口处，记录30s以上时间内NOx的平均浓度值，记为NOx dry，停止NO₂标准气体的流动，使用一个将露点设置在50℃的露点发生器充满取样系统，并使其饱和。通过取样系统和冷却器对露点发生器的输出进行至少10分钟的取样，直到冷却器除掉恒定速率的水。再将试验中可能遇到的最大浓度NO₂标准气充满取样系统，待分析仪读数稳定记为NOx ref ,标准要求NOx dry应至少达到NOx ref的95%。

第五步：上升时间及PEMS3分析仪响应时间检查具体实施方案

PEMS3内部的分析仪响应时间及上升时间：进行分析仪响应时间检查时，PEMS3系统的设置、连接方式等应与日常工作时完全相同。首先设备充分热机，再对设备进行泄漏检查以及零点、量程点标定。将样气直接通过取样探头进入到分析仪内，用来进行试验的样气应至少引起分析仪60%满量程的浓度变化。标准定义延迟时间为从样气切换开始（t₀）到达最终读数10%响应（t₁₀）之间的时间间隔，定义系统的上升时间为最终读数10%与90%响应之间的时间（t₉₀-t₁₀）间隔，系统的响应时间（t₉₀）由分析仪的延迟时间和分析仪的上升时间组成。对设备所有组分和所有使用的量程范围，系统响应时间应≤12s，上升时间应≤3s。

第六步：PEMS3与直采排放设备1对标测试具体实施方法

在恒温恒湿的试验室中，将PEMS3与直采排放设备1串联连接，观察PEMS3与直采排放设备1瞬时测量浓度的趋势。

图3为设备布局实施例示意图：试验公共站房的强电引入到主电柜11，主要用于供应测功机14内部电机的运行，主控13通过变频柜12调制电流、电压等参数来达到控制测功机14的转速、扭矩。测功机14通过联接器 15与原排发动机16物理连接，即可控制原排发动机16按照主控13预先设定的循环进行试验。PEMS3与直采排放设备1串联在排气管上。

工作原理：试验室内控制恒定的温湿度，主控13通过测功机14对原排发动机16的控制，原排发动机16作为单一排放源，选取原排发动机16为测试源是由于污染物浓度较高方便排放设备结果对比。试验前需要将PEMS3、直采排放设备1充分热机，并对两套对比设备进行泄漏检查，零点、量程点标定，而后同时采集并分析原排发动机16排放出的污染物。本发明实施例以三次WHTC循环、三次WHSC循环、万有循环对比结果为例，对比结果误差在10%以内，定义为试验对比结果通过。值得注意的是，如PEMS3所测NOx结果为干基，需经过干湿基转换后再与直采排放设备1测量结果相比较。

第七步：PEMS3与全流稀释定容采样系统对比测试具体实施方法。

根据排放法规要求，对PEMS3设备与全流稀释定容采样系统进行对比试验，试验流程如下：将试验整车固定在底盘测功机上，底盘测功机通过加载负荷和改变转速来实现不同道路工况的模拟，试验整车的排放尾气可作为PEMS3与全流稀释定容采样系统同一排放源，再将PEMS3串联在全流稀释定容采样系统前端。PEMS3与全流稀释定容采样系统需要充分热机、泄漏检查、零点、量距点标定准备完毕后，进入采样模式，同时试验整车在底盘测功机行驶进入预先设定的循环。

本发明实施例为PEMS3与全流稀释定容采样系统进行的C-WTVC 对比循环，第一循环为整车负载为0%，为冷态循环，第二循环为整车负载为0% ，为热态循环，第三循环为整车负载为10% ，为热态循环。所有循环对比结果需全部满足标准要求。计算结果需统一循环总里程数，均以转毂里程数结果为准。

尽管已经描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种PEMS的性能验证试验方法，其特征在于：步骤如下：

第三步：利用气体分配器（2）来完成分析仪线性检查、NO_X转换效率检查；

第四步：PEMS（3）分析仪干扰效应检查；

2.根据权利要求1所述的一种PEMS性能验证试验方法，其特征在于：所述分析仪线性检查的方法为：首先，在气体分配器（2）的作用下将标准气用平衡气均匀稀释分配，依次向PEMS（3）通入11点以上的线性气体浓度检查点，从而检查设备线性状态；标准要求NOx转化效率检查每月都实施，同样使用气体分配器（2）进行。

3.一种PEMS线性检查性能验证装置，用于权利要求1或2所述的一种PEMS性能验证试验方法，其特征在于：包括直采排放设备（1）、气体分配器（2）、PEMS（3）、标准气体气瓶（4）、气源（5）、通讯线（6）、线性分配后标气气管（7）、气管（8）、平衡气管线（9）和标准气管（10），所述直采排放设备（1）通过通讯线（6）与线性气体分配器（2）连接通讯，将标准气体气瓶（4）中的标准浓度气体通过标准气管（10）通入线性气体分配器（2），平衡气通过平衡气管线（9）进入线性气体分配器（2），标气与平衡气在线性气体分配器（2）充分混合、配合后通过线性分配后标气气管（7）进入PEMS（3）进行线性检查；气源（5）通过气管（8）通入直采排放设备（1）。

4.根据权利要求3所述的一种PEMS线性检查性能验证装置，其特征在于：所述气源（5）包括CO₂或N₂气体。