磨合对生产一致性车辆排放结果的影响

棉花糖

随着国家第6阶段排放法规征求意见稿的发布，汽车整机企业应对排放法规的压力骤然增加，尤其为改善大气质量，ZF部门今后监管的中心也会由型式核准转向生产一致性和在用车，其中新车的生产一致性是车辆流入市场后的第一步监管，作用重大。
一般而言生产一致性车辆均会在试验室转鼓上进行磨合，而磨合工况/磨合时间等都会对实际的排放测试结果产生较大影响已经是汽车产业界的普遍常识；但开展怎样的磨合效果更好，还缺乏统一规范，尤其生产一致性监管过程中的磨合流程规范。
根据目前GB 18352.5-2013中7.1.3.2中规定：如果制造厂要求磨合汽车，则样车均须进行磨合。对于装点燃式发动机的汽车，磨合里程应小于3000km。于是，大部分制造厂会对一致性车辆采取不同的方式进行磨合，对比不同磨合方式车型磨合前后的排放数据，总结磨合方式并研究不同磨合方式对排放结果的影响，为ZF部门今后在生产一致性监管方面提供一些规范的磨合流程。
1 试验设备及方法
1.1 试验用设备及样车
生产一致性车辆均在试验室转鼓上进行磨合和排放测试。试验用到的主要设备见表1所示。所有车辆排放试验均按GB18352.5-2013中Ⅰ型试验的要求进行，测试循环采用NEDC（New European Driving Cycle），工况曲线见图1：
1.2 试验方案
对A、B两款不同车型的六辆生产一致性新车进行初始排放试验。设计了两种不同的磨合方式，如表3所示。然后对三辆A型号车进行第一种方式的磨合，对三辆B型号车进行第二种方式的磨合。磨合结束后对这六辆车进行排放试验。对比分析磨合前、后排放结果的变化。
2 试验结果与分析
2.1 A车型采用第一种磨合方式前、后排放结果如表4所示：
2.1.1 对THC、NMHC的影响
如表4所示，A车型磨合前THC、NMHC的排放水平相对较高，甚至出现了超过限值的现象，在100km/h匀速磨合2小时后，车辆排放有了很大的降低，样车1的NMHC降幅最大，超过了50%。
图2是三辆样车THC的排放值乘以国五推荐劣化系数后的排放结果对比。如图所示，高速磨合后三辆样车的THC排放都有明显降低。国五排放标准中THC限值为0.1g/km，三辆样车磨合前的THC结果都比较高，且一致性不好，其中样车1超过了标准限值。磨合之后，三辆样车THC排放结果都降到了限值一半，且三辆样车THC排放一致性很好。
如图3所示，三辆样车的NMHC排放结果在磨合前均超过了国五限值0.068g/km，并且结果一致性差，通过磨合，三辆样车NMHC排放结果都有了很大幅度降低，均能达到法规限值要求，并且一致性良好。
为直观分析磨合对THC的影响，通过对一辆新车磨合过程中的尾气行连续采样测量，得到THC整个磨合过程中的瞬态排放浓度。如图4所示，随着磨合时间的增加，THC的浓度呈直线下降。未经磨合的车辆排气系统中确实存在一些可燃烧物质产生THC，最初浓度高达400ppm，随后排气中THC浓度维持在100ppm到200ppm附近。经过20分钟的高速磨合，最终能将THC浓度降低到50ppm以下。
可以初步得出，磨合对A车型生产一致性新车降低THC和NMHC排放有着很好的效果。主要原因是新车生产下线后，在整个排气管路、后处理、消声器内可能存在不少涂层或杂质，也就是我们俗称的“脏东西”。如果不进行高温清理，新车在进行排放检测时，这些“脏东西”会发生反应或燃烧后排出，导致新车THC和NMHC排放结果超标。
同时选取A车型中的一辆试验车，对比磨合前后冷启动THC排放模态分布。
如图5所示，磨合前的冷启动THC排放在第一个城市循环中（195秒）出现了两次较大波动，由于冷起动阶段排气温度未能达到催化剂起燃温度，起初THC排放浓度达到约220ppm，但是在第一个城市循环中THC排放仍不稳定，再次增长超过了50ppm，直到在第二个城市循环中大约300秒，THC排放才趋于平缓，逐渐稳定。
如图6所示，第一个城市循环结束后，THC浓度就已经逐渐稳定，并且在随后的试验中，THC浓度未出现较大波动。
2.1.2 对NOX的影响
图7是三辆样车NOX的排放值乘以国五推荐劣化系数后的排放结果对比，磨合前后NOX的排放结果均低于标准限值，磨合后的排放结果波动更小，并且均低于磨合前的排放结果，更加具有代表性。
2.1.3对CO、CO2的影响
如图8和图9所示，磨合前后的CO、CO2排放量并没有明显变化。
2.2 B车型采用第二种磨合方式前、后排放结果如表5所示：
表5给出的是B车型的三辆新车在采用第二种高怠速方式磨合前、后的排放试验结果。可以看出生产一致性新车排放PM结果出现了严重超标，第二辆样车甚至超过法规限值的3倍多。为了保证生产一致性车辆的里程数（控制在50以内），对每辆车均进行了2000n/min怠速8小时的磨合。完成磨合后的排放结中PM值均降到了限值以内，并且结果波动较小，一致性良好。
图10是三辆样车磨合前后颗粒物排放结果对比。可以看出，高怠速磨合后三辆样车的PM排放都有明显降低，其中2号样车降幅最大，为83.5%，1号和3号样车也下降超过50%。
2.3 对统计量的影响
2.3.1 生产一致性统计量计算方法
样车数量最少为三辆，采样规程是这样规定的：当一批产品中有40%带有缺陷，其通过试验的概率为0.95 （生产厂的风险= 5%），当一批产品中有65%带有缺陷，其被接受的概率为0.1 （消费者的风险=10%）。
I型试验中的各种污染物，采用下列规程，其中取：
L — 污染物限值的自然对数，
xi — 第i辆样车的某种污染物试验结果的自然对数，
s — 生产标准偏差的估计值（试验结果取自然对数后），
n — 当前样车数量。
将对限值的标准偏差的总和进行量化，计算出样车的试验统计量，定义为：
如果试验统计量大于或等于表1中样车数量对应的通过判定临界值，则该污染物通过。如果试验统计量小于表6中样车数量对应的不通过判定临界值，则该污染物不通过；否则，加抽一辆样车进行试验，并按多一辆样车数重新计算统计量。
当对制造厂的生产标准偏差表示不认可或者制造厂没有相关记录时，则采用下述的步骤来确认是否达到Ⅰ型试验的生产一致性要求。
样车数量最少为三辆，采样规程是这样规定的：当一批产品中有40%带有缺陷，其通过试验的概率为0.95 （生产厂的风险=5%），当一批产品中有65%带有缺陷，其被接受的概率为0.1 （消费者的风险=10%）。
考虑到国五标准中给定的污染物的测量值呈正态分布，因此首先应取其自然对数进行变换。设m0和m分别代表最小和最大样车数量（ m0=3和m=32），并设n代表当前样车数。
如果样车测量值的自然对数分别为x1， x2.....，xj，而L是污染物限值的自然对数，于是定义：
2.3.2 统计量结果对比
1）磨合前后THC统计量
磨合前THC统计量介于合格临界值与不合格临界值之间，所以要抽取另一辆样车进行试验并重新进行计算。
磨合后THC统计量大于合格临界值，则该污染物排放合格。
2）磨合前后NMHC统计量
磨合前NMHC统计量介于合格临界值与不合格临界值之间，所以要抽取另一辆样车进行试验并重新进行计算。
磨合后NMHC统计量大于合格临界值，则该污染物排放合格。
3）磨合前后PM统计量
因磨合前排放PM结果均超出限值，所以判定该污染物排放不合格。磨合后PM统计量大于合格临界值，则该污染物排放合格。
3 结论
1. 本试验车辆数据表明：
1.1 非缸内直喷车型，短时间的高速运行磨合可以有效降低THC、NMHC排放量，因为初期阶段发动机内混合气过浓或过稀，会导致上述排放量增加。通过高速磨合，能完成自学习，并尽快燃烧掉排气系统中留存的这些物质，能迅速降低THC排放，有效保障生产一致性的达标。
1.2 缸内直喷车型，高怠速磨合可以有效的减少PM值。
2.厂家应针对车型制定出不同的磨合方法，在一致性排放检查前，进行合理方式的磨合使车辆达到良好的工作状态，磨合后的排放结果才会具有良好的一致性，复现性，才能够体现出车型真实的排放水平。