磨合對生產一致性車輛排放結果的影響

周猛　張潔　溫溢　朱慶功

摘 要：本文通過對兩款不同型號的生產一致性車輛進行不同方式的磨合，對比分析磨合前后排放結果的變化。得出：高速磨合，能盡快燃燒掉排氣系統中由于出廠下線過程中存在一些薄膜/涂層等的物質，能迅速降低THC排放，有效保障生產一致性的達標；缸內直噴車型，高怠速磨合可以有效的減少PM值。對監管部門及各整車企業都有一定的參考價值。

關鍵詞：磨合；生產一致性；排放；高怠速

中圖分類號：TK411+.5 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2016）06-0072-06

Abstract： In order to study the effect of running in the conformity of production （COP） vehicle emissions， we made experiment with two different type of （COP） vehicles in the condition of normal temperature on the chassis dynamometer with NEDC cycle. The experiment indicates that， high speed running in remove the impurity in the exhaust system and reduce THC emissions efficiently， guarantee the conformity of production standards. For the models of Gasoline Direct Injection（GDI）， high idle speed reduce Particulate Emissions efficiently. The results give certain reference value to regulators and the automobile enterprises.

Key Words： running-in； conformity of production； emission； high idle speed

前 言

隨著國家第6階段排放法規征求意見稿的發布，汽車整機企業應對排放法規的壓力驟然增加，尤其為改善大氣質量，政府部門今后監管的中心也會由型式核準轉向生產一致性和在用車，其中新車的生產一致性是車輛流入市場后的第一步監管，作用重大。

一般而言生產一致性車輛均會在試驗室轉鼓上進行磨合，而磨合工況/磨合時間等都會對實際的排放測試結果產生較大影響已經是汽車產業界的普遍常識；但開展怎樣的磨合效果更好，還缺乏統一規范，尤其生產一致性監管過程中的磨合流程規范。

根據目前GB 18352.5-2013中7.1.3.2中規定：如果制造廠要求磨合汽車，則樣車均須進行磨合。對于裝點燃式發動機的汽車，磨合里程應小于3000km。于是，大部分制造廠會對一致性車輛采取不同的方式進行磨合，對比不同磨合方式車型磨合前后的排放數據，總結磨合方式并研究不同磨合方式對排放結果的影響，為政府部門今后在生產一致性監管方面提供一些規范的磨合流程。

1 試驗設備及方法

1.1 試驗用設備及樣車

生產一致性車輛均在試驗室轉鼓上進行磨合和排放測試。試驗用到的主要設備見表1所示。所有車輛排放試驗均按GB18352.5-2013中Ⅰ型試驗的要求進行，測試循環采用NEDC（New European Driving Cycle），工況曲線見圖1：

1.2 試驗方案

對A、B兩款不同車型的六輛生產一致性新車進行初始排放試驗。設計了兩種不同的磨合方式，如表3所示。然后對三輛A型號車進行第一種方式的磨合，對三輛B型號車進行第二種方式的磨合。磨合結束后對這六輛車進行排放試驗。對比分析磨合前、后排放結果的變化。

2 試驗結果與分析

2.1 A車型采用第一種磨合方式前、后排放結果如表4所示：

2.1.1 對THC、NMHC的影響

如表4所示，A車型磨合前THC、NMHC的排放水平相對較高，甚至出現了超過限值的現象，在100km/h勻速磨合2小時后，車輛排放有了很大的降低，樣車1的NMHC降幅最大，超過了50%。

圖2是三輛樣車THC的排放值乘以國五推薦劣化系數后的排放結果對比。如圖所示，高速磨合后三輛樣車的THC排放都有明顯降低。國五排放標準中THC限值為0.1g/km，三輛樣車磨合前的THC結果都比較高，且一致性不好，其中樣車1超過了標準限值。磨合之后，三輛樣車THC排放結果都降到了限值一半，且三輛樣車THC排放一致性很好。

如圖3所示，三輛樣車的NMHC排放結果在磨合前均超過了國五限值0.068g/km，并且結果一致性差，通過磨合，三輛樣車NMHC排放結果都有了很大幅度降低，均能達到法規限值要求，并且一致性良好。

為直觀分析磨合對THC的影響，通過對一輛新車磨合過程中的尾氣行連續采樣測量，得到THC整個磨合過程中的瞬態排放濃度。如圖4所示，隨著磨合時間的增加，THC的濃度呈直線下降。未經磨合的車輛排氣系統中確實存在一些可燃燒物質產生THC，最初濃度高達400ppm，隨后排氣中THC濃度維持在100ppm到200ppm附近。經過20分鐘的高速磨合，最終能將THC濃度降低到50ppm以下。

可以初步得出，磨合對A車型生產一致性新車降低THC和NMHC排放有著很好的效果。主要原因是新車生產下線后，在整個排氣管路、后處理、消聲器內可能存在不少涂層或雜質，也就是我們俗稱的“臟東西”。如果不進行高溫清理，新車在進行排放檢測時，這些“臟東西”會發生反應或燃燒后排出，導致新車THC和NMHC排放結果超標。

同時選取A車型中的一輛試驗車，對比磨合前后冷啟動THC排放模態分布。

如圖5所示，磨合前的冷啟動THC排放在第一個城市循環中（195秒）出現了兩次較大波動，由于冷起動階段排氣溫度未能達到催化劑起燃溫度，起初THC排放濃度達到約220ppm，但是在第一個城市循環中THC排放仍不穩定，再次增長超過了50ppm，直到在第二個城市循環中大約300秒，THC排放才趨于平緩，逐漸穩定。

如圖6所示，第一個城市循環結束后，THC濃度就已經逐漸穩定，并且在隨后的試驗中，THC濃度未出現較大波動。

2.1.2 對NOX的影響

圖7是三輛樣車NOX的排放值乘以國五推薦劣化系數后的排放結果對比，磨合前后NOX的排放結果均低于標準限值，磨合后的排放結果波動更小，并且均低于磨合前的排放結果，更加具有代表性。

2.1.3對CO、CO2的影響

如圖8和圖9所示，磨合前后的CO、CO2排放量并沒有明顯變化。

2.2 B車型采用第二種磨合方式前、后排放結果如表5所示：

表5給出的是B車型的三輛新車在采用第二種高怠速方式磨合前、后的排放試驗結果。可以看出生產一致性新車排放PM結果出現了嚴重超標，第二輛樣車甚至超過法規限值的3倍多。為了保證生產一致性車輛的里程數（控制在50以內），對每輛車均進行了2000n/min怠速8小時的磨合。完成磨合后的排放結中PM值均降到了限值以內，并且結果波動較小，一致性良好。

圖10是三輛樣車磨合前后顆粒物排放結果對比。可以看出，高怠速磨合后三輛樣車的PM排放都有明顯降低，其中2號樣車降幅最大，為83.5%，1號和3號樣車也下降超過50%。

2.3 對統計量的影響

2.3.1 生產一致性統計量計算方法

樣車數量最少為三輛，采樣規程是這樣規定的：當一批產品中有40%帶有缺陷，其通過試驗的概率為0.95 （生產廠的風險= 5%），當一批產品中有65%帶有缺陷，其被接受的概率為0.1 （消費者的風險=10%）。

I型試驗中的各種污染物，采用下列規程，其中取：

L — 污染物限值的自然對數，

xi — 第i輛樣車的某種污染物試驗結果的自然對數，

s — 生產標準偏差的估計值（試驗結果取自然對數后），

n — 當前樣車數量。

將對限值的標準偏差的總和進行量化，計算出樣車的試驗統計量，定義為：

如果試驗統計量大于或等于表1中樣車數量對應的通過判定臨界值，則該污染物通過。如果試驗統計量小于表6中樣車數量對應的不通過判定臨界值，則該污染物不通過；否則，加抽一輛樣車進行試驗，并按多一輛樣車數重新計算統計量。

當對制造廠的生產標準偏差表示不認可或者制造廠沒有相關記錄時，則采用下述的步驟來確認是否達到Ⅰ型試驗的生產一致性要求。

樣車數量最少為三輛，采樣規程是這樣規定的：當一批產品中有40%帶有缺陷，其通過試驗的概率為0.95 （生產廠的風險=5%），當一批產品中有65%帶有缺陷，其被接受的概率為0.1 （消費者的風險=10%）。

考慮到國五標準中給定的污染物的測量值呈正態分布，因此首先應取其自然對數進行變換。設m0和m分別代表最小和最大樣車數量（ m0=3和m=32），并設n代表當前樣車數。

如果樣車測量值的自然對數分別為x1， x2.....，xj，而L是污染物限值的自然對數，于是定義：

2.3.2 統計量結果對比

1）磨合前后THC統計量

磨合前THC統計量介于合格臨界值與不合格臨界值之間，所以要抽取另一輛樣車進行試驗并重新進行計算。

磨合后THC統計量大于合格臨界值，則該污染物排放合格。

2）磨合前后NMHC統計量

磨合前NMHC統計量介于合格臨界值與不合格臨界值之間，所以要抽取另一輛樣車進行試驗并重新進行計算。

磨合后NMHC統計量大于合格臨界值，則該污染物排放合格。

3）磨合前后PM統計量

因磨合前排放PM結果均超出限值，所以判定該污染物排放不合格。磨合后PM統計量大于合格臨界值，則該污染物排放合格。

3 結論

1. 本試驗車輛數據表明：

1.1 非缸內直噴車型，短時間的高速運行磨合可以有效降低THC、NMHC排放量，因為初期階段發動機內混合氣過濃或過稀，會導致上述排放量增加。通過高速磨合，能完成自學習，并盡快燃燒掉排氣系統中留存的這些物質，能迅速降低THC排放，有效保障生產一致性的達標。

1.2 缸內直噴車型，高怠速磨合可以有效的減少PM值。

2.廠家應針對車型制定出不同的磨合方法，在一致性排放檢查前，進行合理方式的磨合使車輛達到良好的工作狀態，磨合后的排放結果才會具有良好的一致性，復現性，才能夠體現出車型真實的排放水平。

參考文獻：

[1]GB18352.5-2013 《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段）》.2013.09.17.

[2]李岳林； 張志永.車用汽油機HC生成機理及排放控制技術[J].上海汽車.2006.01.

[3]陸紅雨；孫大興；王益民.輕型汽車排放生產一致性檢查判定方法試驗研究[J].汽車工程.2008.02.

[4]張遠軍；張亞軍；杜紅云；劉海生. 機動車冷啟動排放試驗研究[J].汽車科技.2014.03.

[5]Particulate Matter Emissions and the Role of Catalytic Converter During Cold Start of GDI Engine [J]. Stephen Samuel， Ahmed Hassaneen and Denise Morrey Oxford Brookes Univ. SAE Paper 2010-10-25.