元、废水和废气单元；样气处理单元包括依次串联的采样 管、冷凝管、除水器、样气栗；废水和废气单元包括废水管和废气管；采样管的入口与重型 汽车尾气管出口相通；除水器的出气口与样气栗的入口相通，其出水口与废水管相通；分 析系统包括控制阀单元、颗粒物过滤器、常规尾气分析仪；控制阀单元包括单向阀和三通 阀；单向阀的入口和零气或量距气气路相通；三通阀A、B、C 口分别与单向阀的出口、样气栗 的出口、颗粒物过滤器的入口相通；常规尾气分析仪的入口与颗粒物过滤器出口相通，其出 口与废气管相通；三通阀用于实现单一的A 口进C 口出或单一的B 口进C 口出，即用于切换 零气（或量距气）以及样气进入颗粒物过滤器；数据采集和处理系统包括OBD读码器、数据 存储器、数据处理和输出设备。
[0050] 尾气分析仪选择常用的汽车尾气五气分析仪（C02/C0/HC浓度测试采用不分光红 外方法（NDIR) ;Ν0χ和O2浓度测试使用电化学方法），采样频率为IHz，实时测试重型汽车 尾气污染物的浓度（〇)2为％，其余组分为ppm)。重型汽车简易车载排放系统原理示意图如 图3所示。相比法规PEMS系统简单很多，可以使用车载供电或体积较小的电池，也可以省 去图1中的尾气流量计、GPS等设备，并大大缩短仪器预热时间。
[0051] 本发明方法操作便捷，耗时短（~30min)，将能够更加便捷和快速地判断重型汽 车的NOx排放水平，筛选出尾气净化技术（如SCR)失效的高排放车，从而开展进一步的监 管（包括法规测试）和补救工作。
[0052] 本发明适用于装有OBD的重型汽车的简易车载排放测试方法可仅使用尾气NOx和 002浓度和发动机实时运行参数来测算以g/kWh为单位的NOx排放系数。与参考限值（如 DB11-965功基窗口法排放限值）对比，可初步判定被测重型汽车的尾气NOx净化装置工作 是否正常。例如对一辆国四重型柴油车，简易车载排放测试方法的NOx排放系数为10g/kWh 时，通过与国四重型柴油车功基窗口 NOx比排放的参考限值（DB11-965中为7g/kWh)比较， 可初步判断其尾气NOx净化装置工作不正常。与相对成熟的欧洲功基窗口法相比，省去了 对功基窗口的大小以及滑动平均的功基窗口比排放等的测算，大大简化了数据分析工作。
[0053] 考虑到发动机低负荷工作状态下的NOx比排放并不能真实反映排放水平的高低， 因此在计算NOx比排放时，需要将低负荷工况去除。车载排放测试方法的功基窗口法只将 窗口平均功率不低于20%的数据点作为有效数据。为了与功基窗口 NOx比排放进行比较， 本方法仍推荐发动机瞬时输出功率大于额定功率20%的数据为有效数据；鉴于城市车辆 日常多处于低速低负荷运行状态，故对其则推荐发动机瞬时输出功率大于额定功率15%的 数据为有效数据。
[0054] 适用于装有OBD的重型汽车的简易车载排放测试方法不仅可用于重型汽车NOx排 放控制水平的快速判断，还可以推广到非道路工程机械中，用于快速分析在用工程机械的 NOx排放控制水平，以加强非道路工程机械的NOx排放监管工作。
【主权项】
1. 一种适用于装有OBD的重型汽车的简易车载排放测试系统，包括气路系统、尾气分 析系统、数据采集和处理系统，其特征在于： 所述气路系统包括零气或量距气气路、样气处理单元、废水和废气单元； 所述样气处理单元包括依次串联的采样管、冷凝管、除水器、样气栗；所述废水和废气 单元包括废水管和废气管；所述采样管的入口与重型汽车尾气管出口相通；所述除水器的 出气口与样气栗的入口相通，其出水口与废水管相通； 所述尾气分析系统包括控制阀单元、颗粒物过滤器、常规尾气分析仪； 所述控制阀单元包括单向阀和三通阀；所述单向阀的入口和零气或量距气气路相通； 所述三通阀A、B、C 口分别与单向阀的出口、样气栗的出口、颗粒物过滤器的入口相通；所述 常规尾气分析仪的入口与颗粒物过滤器出口相通，其出口与废气管相通； 所述数据采集和处理系统包括OBD读码器、数据存储器、数据处理和输出设备； 所述OBD读码器读取重型汽车的发动机瞬时运行参数；所述数据存储器实时记录和存 储常规尾气分析仪测试所得的重型汽车尾气污染物浓度和OBD读码器读取的重型汽车发 动机瞬时运行参数；所述数据处理和输出设备提取数据存储器中的数据进行分析处理。2. 根据权利要求1所述的适用于装有OBD的重型汽车的简易车载排放测试系统，其特 征在于：所述常规尾气分析仪为常规的汽车尾气五气分析仪，其采样频率多1Hz，采用不分 光红外法测试C0 2/C0/HC浓度，采用电化学法测试NOx和O2浓度。3. 根据权利要求1或2所述的适用于装有OBD的重型汽车的简易车载排放测试系统， 其特征在于：所述三通阀用于实现单一的A 口进C 口出或单一的B 口进C 口出。4. 根据权利要求3所述的适用于装有OBD的重型汽车的简易车载排放测试系统，其特 征在于：所述发动机瞬时运行参数包括但不限于转速、扭矩、燃油喷射速率；所述数据处理 和输出设备的分析处理包括数据甄选、自定义函数编辑、统计分析和测试结果判定。5. -种适用于装有OBD的重型汽车的简易车载排放测试方法，其特征在于：包括以下 步骤： 1)用简易车载排放测试系统测量被测重型汽车尾气污染物浓度以及发动机运行参数， 按公式（1)和（2)分别计算NOx瞬时排放速率和发动机瞬时输出功率；所述尾气污染物包 括NOx、C02、CO和HC ;所述发动机运行参数包括转速、扭矩和燃油喷射速率；式中：为重型汽车尾气ΝΟχ_时排放速率，g/s ; 和Me分别为勵2和C的摩尔质量，mol/g ;分别为重型汽车尾气NO x、C02、C0、HC瞬时体积排放浓 度，单位分别为ppm、％、ppm、ppmC ; FC为燃油瞬时喷射速率，g/s ; Wc为燃油的含碳量，％;式中：P为重型汽车发动机的瞬时输出功率，kw ; Torq.为重型汽车发动机的瞬时净扭矩，N · m ; η为重型汽车发动机的瞬时转速，rpm ; 2) 利用NOx排放速率和发动机瞬时输出功率按公式（3)求出以g/kWh为单位的NOx排 mEFm)式中：为重型汽车尾气NOJ舜时排放速率的算术平均值，g/s ; P为重型汽车发动机的瞬时输出功率的算术平均值，kW ; 3) 对测试结果进行判定： 若NOx排放系数^^比功基窗口 NOx比排放的参考限值小，可初步判定被检重型汽车 的尾气NOx净化装置工作正常，否则工作不正常。6. 根据权利要求4所述适用于装有OBD的重型汽车的简易车载排放测试系统，其特征 在于：所述步骤1和/或步骤2还包括测试数据甄选环节： 若测量数据中存在发动机瞬时输出功率小于设定阈值的数据点，则认定为低负荷工况 点，该数据点不参与NOx排放系数胃的计算。7. 根据权利要求5所述适用于装有OBD的重型汽车的简易车载排放测试系统，其特征 在于：当被测重型汽车以城市道路为主要运行区域时，所述设定阈值为该车发动机额定功 率的15% ;其余被测重型汽车的设定阈值为该车发动机额定功率的20%。
【专利摘要】本发明涉及一种适用于装有OBD的重型汽车的简易车载排放测试系统及方法，该系统仅需尾气分析仪、OBD读码器和数据输出设备，该方法利用简易车载排放测试系统对重型汽车尾气中NOX、CO2、CO和HC浓度开展在线测试，同时读取发动机运行参数(转速、扭矩、燃油喷射速率)，基于以上数据计算以g/kWh为单位的NOx排放系数。本发明与相对成熟的欧洲功基窗口法相比，省去了对功基窗口的大小以及滑动平均的功基窗口比排放等的测算，大大简化了数据分析工作；能够便捷、快速、准确地判断国四及以后重型汽车的NOx排放水平，用于重型汽车排放的现场检查等。
【IPC分类】G01M17/007
【公开号】CN105181343
【申请号】CN201510271698
【发明人】胡京南, 鲍晓峰, 何立强, 解淑霞, 祖雷
【申请人】中国环境科学研究院
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年5月25日