探討加載減速法檢測的統(tǒng)一性和安全性

開平市恒量汽車檢測站名師工作室 張郁森

我國2005年7月1日實(shí)施并沿用多年的《壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣可見污染物排放限值及測量方法》（GB 3847—2005）采用加載減速法（又稱LugDowm法）檢測柴油車尾氣排放光吸收系數(shù)，該檢測方法借鑒了香港特別行政區(qū)對(duì)抽查廢氣超標(biāo)在用柴油車維修后的檢測原理。隨著汽車制造技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，該檢測原理和方法已不再適合對(duì)現(xiàn)代柴油車的檢測。主要原因有：同一型號(hào)不同技術(shù)狀況的在用柴油車，檢測時(shí)最大輪邊功率與發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率比值在40%～75%，沒有統(tǒng)一的輪邊功率加載；另外，檢測方法沒有把光吸收系數(shù)修正在統(tǒng)一基準(zhǔn)溫度和氣壓下，即同一輛車在不同的環(huán)境溫度下檢測，廢氣排放溫度和氣壓不同會(huì)使檢測值有所不同，就好像不同試卷的考試得分沒有可比性一樣。

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物檢測，與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物檢測方法有所不同，參照國外在用汽油車無過加載廢氣檢測方法，無論是等速工況還是加速工況，檢測時(shí)，不管發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率如何有差異，不同車型相同基準(zhǔn)質(zhì)量在用車加載負(fù)荷均為一致，且加載負(fù)荷小于發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率以確保安全，檢測時(shí)采用規(guī)定力控制，不會(huì)出現(xiàn)過載，因而不易損壞發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛。我國新版《柴油車污染物排放限值及測量方法（自由加速法及加載減速法）》（GB 3847—2018）對(duì)舊版GB 3847—2005做了調(diào)整，即不評(píng)價(jià)最大輪邊功率車速對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，且最大輪邊功率與發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率之比限值由原來的50%下調(diào)為40%，從而降低了車輛在檢測中的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，新版標(biāo)準(zhǔn)還要求各檢測機(jī)構(gòu)采用OBD控制技術(shù)，以防止車主對(duì)加速踏板的限位。

本文通過將舊版GB 3847—2005和新版GB 3847—2018進(jìn)行比對(duì)，重點(diǎn)介紹了輪邊功率加載在檢測中的應(yīng)用，并例舉了2個(gè)檢測實(shí)例進(jìn)行說明。同時(shí)，筆者闡述了新版GB 3847—2018在檢測中的實(shí)用性，針對(duì)柴油車尾氣排放不透光煙度檢測，提出自己的見解，希望與同行們共同探討交流。

1 檢測時(shí)輪邊功率加載

柴油車檢測時(shí)，如何確定最大輪邊功率時(shí)轉(zhuǎn)鼓線速度（VelMaxHP），現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中有3種檢測方法。

（1）標(biāo)定法。VelMaxHP=最高轉(zhuǎn)鼓線速度×發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速/最大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，其缺陷是難以確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，且測量發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確性并不理想。

（2）動(dòng)態(tài)功率掃描法。對(duì)被測車逐步加載，尋求F×v（F為被測車發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給車輪的驅(qū)動(dòng)力，v為車輪線速度或滾筒線速度）最大值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的滾筒運(yùn)行線速度值為VelMaxHP，其缺陷是準(zhǔn)確性差，且長時(shí)間踩加速踏板在發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷工況下過加載，使大慣量系統(tǒng)減速存在不安全因素。目前，國內(nèi)機(jī)動(dòng)車檢測機(jī)構(gòu)多數(shù)采用該方法。

（3）《道路運(yùn)輸車輛綜合性能要求和檢驗(yàn)方法》（GB 18565—2016）柴油機(jī)穩(wěn)定調(diào)速率法，其原理見《道路運(yùn)輸車輛綜合性能檢驗(yàn)與技術(shù)等級(jí)評(píng)定》一書，VelMaxHP=0.86×最高轉(zhuǎn)鼓線速度（額度功率車速ve=0.86×va，va為變速器掛擋狀態(tài)下全加速踏板時(shí)臺(tái)架空載最高穩(wěn)定車速），無需測量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，也無需發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速參數(shù)，更無需極不安全的動(dòng)態(tài)功率掃描，大幅提高了確定VelMaxHP車速點(diǎn)的準(zhǔn)確性和安全性。

圖1 重型柴油車加載減速工況法曲線（截屏）

為了分析和比較上述3種方法，筆者以2輛柴油車實(shí)測時(shí)的曲線圖為例，圖1為一輛重型柴油車實(shí)測的加載減速工況法曲線圖，該車發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率為139 kW，額定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速等于0.67倍額定轉(zhuǎn)速，底盤測功機(jī)未加載時(shí)最高車速為59.3 km/h，該車穩(wěn)定調(diào)速率≤10%，最大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速≤1.1×發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。按標(biāo)定法，真實(shí)的VelMaxHP=59.3×1/1.1=53.9 km/h，而實(shí)際檢測是按動(dòng)態(tài)功率掃描法，尋找到的VelMaxHP=39.6 km/h，誤差為（39.6-53.9）/53.9=-26.5%，負(fù)偏誤差太大，不能準(zhǔn)確有效地檢測、評(píng)價(jià)和控制廢氣排放。如果按柴油車穩(wěn)定調(diào)速率法，VelMaHxP=0.86×59.3=51.0 km/h，誤差為-5.3%，基本保證了VelMaxHP的準(zhǔn)確性，由于加載時(shí)車輪半徑減小，發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速實(shí)際誤差更小。

檢測最大輪邊功率為98.4 kW，與發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率139 kW之比為70.8%，遠(yuǎn)大于限值的40%，輪邊功率限值為0.4×139=55.6 km/h，檢測輪邊功率比限值輪邊功率大98.4/55.6=1.77倍。顯然，當(dāng)最大輪邊功率98.4 kW時(shí)廢氣排放不合格，限位加速踏板減小輪邊功率時(shí)廢氣排放則減小反而合格，因此，加載負(fù)荷和廢氣檢測值沒有統(tǒng)一性。

圖2 輕型柴油車加載減速工況法曲線（截屏）

圖2所示為一輛輕型柴油車加載減速工況法曲線圖，按動(dòng)態(tài)功率掃描法，從車速和功率曲線估算，最大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)車速約為75 km/h，真實(shí)的VelMaxHP=75/1.1=68.2 km/h，檢測的VelMaxHP=60 km/h，誤差為（60-68.2）/68.2=-12.0%。動(dòng)態(tài)掃描最大輪邊功率約為30 kW，對(duì)應(yīng)車速為60 km/h，100%VelMaxHP車速點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)功率約為24.5 kW，過加載為（30-24.5）/24.5=22.4%，最大加載功率約為47 kW，最大過加載為（47-24.5）/24.5=91.8%，這種沖擊過加載容易損壞或損傷被檢車的發(fā)動(dòng)機(jī)，檢測中存在不安全因素。

采用穩(wěn)定調(diào)速率法和恒力加載檢測，主要針對(duì)VelMaxHP點(diǎn)、輪邊功率和評(píng)價(jià)K（光吸收系數(shù)）的檢測。檢測時(shí)，保持加速踏板踩到底位置，電渦流機(jī)按規(guī)定輪邊功率恒力加載，直至車速穩(wěn)定為vw（沒有過加載）。當(dāng)vw大于等于VelMaxHP，動(dòng)力性合格；繼續(xù)檢測，當(dāng)vw小于VelMaxHP，動(dòng)力性不合格，結(jié)束檢測，評(píng)價(jià)為不合格。如繼續(xù)檢測，當(dāng)車速在規(guī)定范圍穩(wěn)定10 s后，開始檢測并判斷K值的穩(wěn)定性，當(dāng)前的K值與前10 s的K值之差在±5%或±0.1 m-1（兩者取大值）范圍，判定發(fā)動(dòng)機(jī)和廢氣排放已處于穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)束該車速點(diǎn)檢測，取最后10 s內(nèi)的平均值作為檢測值（確保穩(wěn)態(tài)檢測）。

80%VelMaxHP點(diǎn)檢測，評(píng)價(jià)K值和NO排放，按《中小功率內(nèi)燃機(jī)第1部分：通用技術(shù)條件》（GB/T 1147.1）要求，車用的轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備率≥10%，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)轉(zhuǎn)速與標(biāo)定轉(zhuǎn)速之比≤70%。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)加速至80%VelMaxHP點(diǎn)時(shí)開始檢測，各種柴油車最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速約為65%額定轉(zhuǎn)速，最大轉(zhuǎn)矩約為115%額定功率點(diǎn)轉(zhuǎn)矩。假設(shè)最大加速踏板的輪邊驅(qū)動(dòng)功率等于規(guī)定輪邊加載功率，即vw=VelMaxHP，統(tǒng)計(jì)80%VelMaxHP點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩約等于1.08倍的VelMaxHP點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，可以在80%VelMaxHP點(diǎn)的加載力等于1.08倍VelMaxHP點(diǎn)的加載力，同樣保證了該點(diǎn)加載的統(tǒng)一性和安全性，此車速點(diǎn)是檢測發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低、驅(qū)動(dòng)力增加、供油量加大后的排放。操作上略微減小加速踏板力使發(fā)動(dòng)機(jī)減速過渡到較低車速（不是最大加速踏板過加載減速過渡），恒力控制很快就能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，然后調(diào)整加速踏板位置使車速穩(wěn)定在0.8VelMaxHP±1.5 km/h范圍內(nèi)，當(dāng)車速穩(wěn)定10 s后，開始判斷NO檢測值的穩(wěn)定性，當(dāng)前的NO值與前10 s的NO值之差在±3%或±50×10-6（兩者取大值）范圍內(nèi)，判定發(fā)動(dòng)機(jī)和廢氣排放已處于穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)束該車速點(diǎn)檢測，取最后10 s的平均值作為檢測值。

穩(wěn)定調(diào)速率法的優(yōu)點(diǎn)，因采用0.4Pe（Pe為發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率）輪邊功率來確定VelMaxHP車速點(diǎn)輪邊加載力，對(duì)所檢在用車加載力和檢測值是唯一的，確保了檢測和評(píng)價(jià)的一致性，所確定的加載負(fù)荷小于發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率，不僅把恒速控制改變?yōu)楹懔刂疲蚁藱z測過程中的過加載，提高了檢測和評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性，同時(shí)提高了操作安全性。

GB 3847—2018沒有80%VelMaxHP點(diǎn)最大加速踏板的功率限值，也沒有規(guī)范用OBD檢查和判斷最大加速踏板位置，筆者認(rèn)為，在該車速點(diǎn)測量光吸收系數(shù)和NO排放，標(biāo)準(zhǔn)不夠嚴(yán)謹(jǐn)有操作漏洞，引車員在100%VelMaxHP點(diǎn)檢測光吸收系數(shù)和最大輪邊功率合格后，松加速踏板，讓發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在小負(fù)荷下繼續(xù)檢測，使光吸收系數(shù)和NO排放減小而合格。筆者認(rèn)為，如果采用恒力加載不僅使加速踏板限位失去意義，檢測時(shí)也可消除操作上的漏洞。

2 探討光吸收系數(shù)修正

筆者從事機(jī)動(dòng)車檢測工作多年，通過分析認(rèn)為，柴油車尾氣排放不透光煙度檢測，K值容易受廢氣溫度和氣壓變化的影響。檢測中，不透光煙度計(jì)煙道腔體加熱70 ℃是防止廢氣冷凝，但抽取的廢氣溫度并非腔體內(nèi)的廢氣溫度，且各型柴油車排氣管長度有差異，排氣管內(nèi)的溫度和氣壓也有差異。柴油車排放的廢氣中炭顆粒為固體物，膨脹系數(shù)很小，因此，廢氣溫度和氣壓變化對(duì)炭顆粒影響不大，可忽略不計(jì)；而廢氣氣體體積VQ受溫度和氣壓影響，膨脹系數(shù)較大，不可忽略不計(jì)。為保證檢測和評(píng)價(jià)的統(tǒng)一性，應(yīng)把不同廢氣溫度、氣壓下所檢測的K值，按基準(zhǔn)溫度、氣壓進(jìn)行修正，否則檢測和評(píng)價(jià)沒有統(tǒng)一性和公正性。

筆者認(rèn)為，光吸收系數(shù)修正，可采用用氣體狀態(tài)方程PV=nRT（P是氣體壓強(qiáng)，V是氣體體積，n是氣體質(zhì)量，R是常數(shù)，T是開爾文溫度），以同一氣體質(zhì)量不變?yōu)榍疤幔?jì)算檢測狀態(tài)下廢氣中氣體體積為VQ，在基準(zhǔn)狀態(tài)下氣體體積為V0，變化的比值δ=V0/VQ=P×（273+t0）/［（273+t）×P0］（P、t是檢測廢氣的氣壓和溫度，P0、t0是修正廢氣氣壓和溫度的基準(zhǔn)值），按檢測環(huán)境溫度要求以0 ℃～40 ℃平均溫度來設(shè)定t0=20 ℃，P0=100 kPa。由于煙度計(jì)測量排放廢氣與大氣相通的距離很短，可以簡化用檢測環(huán)境狀態(tài)大氣壓來代替P0計(jì)算得到δ值，V0=δ×VQ。同一排放廢氣在不同溫度和氣壓下等于變化了VQ，從而影響光吸收系數(shù)K的檢測值。

如檢測廢氣時(shí)的氣壓相同P=P0而溫度不同，當(dāng)t大于t0時(shí)，δ小于1，檢測狀態(tài)體積相對(duì)基準(zhǔn)狀態(tài)體積增大，檢測K偏小，檢測值除以小于1的δ，修正增大了基準(zhǔn)狀態(tài)值。如溫度相同t=t0而氣壓不同，當(dāng)P大于P0時(shí)，δ大于1，檢測狀態(tài)體積相對(duì)基準(zhǔn)狀態(tài)體積減小，檢測K偏大，檢測值除以大于1的δ，修正減小了基準(zhǔn)狀態(tài)值。由于自由加速法是動(dòng)態(tài)檢測，廢氣氣壓變化很大，難以按穩(wěn)定的氣態(tài)方程修正，而加載減速法是穩(wěn)態(tài)檢測，檢測中系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)進(jìn)行修正。

3 探討穩(wěn)定調(diào)速率法的安全性

GB 18565—2016實(shí)施后，通過各機(jī)動(dòng)車檢測站的實(shí)際運(yùn)用，各檢測站一致認(rèn)為，采用統(tǒng)一輪邊功率恒力加載檢測會(huì)更安全，其實(shí)用性有以下幾點(diǎn)。

（1）按照GB 18565—2016要求，以柴油機(jī)穩(wěn)定調(diào)速率來確定最大輪邊功率，解決了標(biāo)定法準(zhǔn)確性不夠和操作性不好的缺陷，也克服了動(dòng)態(tài)功率掃描法準(zhǔn)確性差和全加速踏板過加載安全性差的缺陷。用穩(wěn)定車速vw來檢測和評(píng)價(jià)輪邊功率，如輪邊功率不合格則停止檢測，提高了檢測效率。

（2）將全負(fù)荷恒速控制改為無過加載且統(tǒng)一數(shù)值的部分負(fù)荷恒力控制，電渦流機(jī)恒力加載負(fù)荷相比全負(fù)荷恒速控制的過加載負(fù)荷減小了約50%，且風(fēng)冷電渦流機(jī)不會(huì)過熱，同時(shí)，也能避免被測車輛因過載而損傷。

（3）恒速控制以變化應(yīng)萬變，而恒力控制是以不變應(yīng)萬變，恒力控制不變，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)適應(yīng)恒力，而不是測功機(jī)去適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。恒速是模糊控制，恒力采用的是定量控制，可以使加載負(fù)荷有極短的調(diào)節(jié)時(shí)間，明顯提高了控制精度，尤其適應(yīng)NO的穩(wěn)態(tài)檢測。

（4）恒速控制不適合智能動(dòng)力控制車輛檢測，在發(fā)動(dòng)機(jī)短時(shí)輸出較大功率下，過加載檢測極易損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。恒力控制檢測，不在智能額外增加動(dòng)力負(fù)荷下檢測，也不會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)和產(chǎn)生檢測危險(xiǎn)，從而徹底消除了檢測站對(duì)這類車輛檢測時(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)。

（5）全負(fù)荷恒速控制不適合雨雪天檢測，即車輪在滾筒上滑轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)造成錯(cuò)誤的恒速控制而無法檢測；恒力控制的功率負(fù)荷無過加載，可適應(yīng)全天候檢測，且增加安全保護(hù)，當(dāng)連續(xù)幾秒實(shí)際加載力大于規(guī)定加載力10%時(shí)，可判定設(shè)備出現(xiàn)故障，電渦流機(jī)即停止工作。

（6）從原理上消除了加速踏板限位對(duì)檢測車輛的作假，如果加速踏板限位，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，VelMaxHP減小，統(tǒng)一輪邊功率所需恒力值和供油量增大，反而增加了廢氣排放值。