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摘 要：依据GB3847-2005的规定，压燃式发动机在用汽车排气烟度可采用加载减速法进行检测。本文从加载减速法的检测设备、检测参数、检测流程入手，分析了该方法的适用范围，并提出了相应对策。
关键词：压燃式发动机；在用汽车；排气烟度；加载减速法；探析
Analysis of lug down mode for exhaust smoke from vehicles equipped with compression ignition engine
ZHANG Xueli
（Shaanxi College of Communication Technology， Automotive Engineering Department， Xi’an ，710021，China ）
Abstract ：According to GB3847-2005， lug down mode can be chosen to test exhaust smoke from in-use vehicles equipped with compression ignition engine . The paper introduce equipments requirements， inspection parameters and testing process ， analyze limitations of application scope and raise measures .
Keywords：Compression ignition engine； in-use vehicles ；exhaust smoke ； lug down mode； analysis
近年来，我国机动车排气污染物排放总量随着汽车保有量的增长而同步持续攀升，尤其近两年全国雾霾天气的频繁出现，使得相关部门对治理机动车排放污染越来越重视，实行严格的汽车尾气排放标准对于机动车污染治理、实现国家节能减排目标具有重要意义。
柴油车排出的PM分为碳烟颗粒和可溶性有机组分（SOF，Soluble organic fraction，即未燃烧的液态HC）。碳烟颗粒（PM）中的有害物质可致癌，并降低空气能见度。碳烟颗粒越小（直径小于0.3μm），悬浮在空气中的时间越长，进入人体后的危害越大，柴油车是PM2.5的主要来源。
为了限制柴油车排气污染物的排放量，我国对压燃式发动机汽车排气污染物检测执行的现行有效标准为GB 3847-2005《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》，要求全国压燃式发动机在用汽车排放监控采用自由加速法，在机动车保有量大、污染严重的地区也可采用加载减速法。该标准出台后，北京市、辽宁、江苏、浙江、广东、山东、宁夏、陕西等省市已开展采用加载减速法进行尾气检测，还有很多省市都在酝酿当中，那么是不是所有压燃式发动机汽车都可采用加载减速法？本文从加载减速法的检测设备、检测流程入手，对其适用范围的局限性进行了分析。
1 加载减速法
柴油车加载减速法（Lug Down Mode）是指柴油车油门处于全开位置，通过对柴油车驱动轮强制加载迫使柴油车减速运行的工况，标准规定用底盘测功机对被检车辆车速最接近 70.0km/ h的档位加载测量，在三个加载测试点对柴油车排放进行检测，三个测试点为VelMaxHp、90%VelMaxHp、80%VelMaxHp（其中VelMaxHp为最大轮边输出功率对应的轮边转速）。
1）检测标准
加载减速法主要依据以下标准：GB 3847-2005 《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》规定了加载减速工况测量方法；HJ/T292-2006 《柴油车加载减速工况法排气烟度测量设备技术要求》规定了底盘测功机、不透光度计等设备的技术要求；HJ/T241-2005 《确定压燃式发动机在用汽车加载减速法排气烟度排放限值的原则和方法》规定了排放限值的确定原则和方法。
2）检测设备及参数
①检测设备
加载减速法需要配置的设备有不透光度计、底盘测功机及发动机转速传感器。根据所检车型配置底盘测功机的不同，加载减速工况法分轻型车和重型车两种检测系统。轻型车检测系统基于轻型车（总质量为3500kg以下的压燃式发动机汽车），应能测试最大单轴轴荷为2750kg的车辆。重型车检测系统基于重型车（总质量为3500kg以上的压燃式发动机汽车），最大单轴轴荷为8000kg的车辆或最大总质量为14000kg的车辆。
②检测参数
加载减速法的检测参数为三个测试点（VelMaxHp、90%VelMaxHp、80%VelMaxHp）的光吸收系数及实际最大轮边功率。
3）加载减速法检测流程
加载减速法检测流程由三部分组成：安全检查、检测系统检查及实施检测。
① 安全检查
车辆安全检查用于确定车辆是否适合进行加载减速法测试。检测员应彻底检查车辆的状况。如果出现表1所示情况或缺陷，均不能进行检测。
②检测系统检查
检测系统检查的目的是为了判断底盘测功机是否满足待检车辆的功率要求，同时检查检测系统的工作状态是否正常。
车辆通过安全检查后，检测员继续按照下列步骤进行检测系统的检查：
a 将驱动轮置于底盘测功机的转鼓中央位置，缓慢驾车使受检车辆的车轮与试验转鼓完全吻合，用挡车器将非驱动轮楔住，系扣车辆安全限位装置，打开车辆散热风扇 。 b连接好发动机转速传感器。起动发动机，变速器置空挡，逐渐加大油门踏板直到开度最大，并保持在最大开度状态，控制系统获取这时发动机的最大转速，然后松开油门踏板，使发动机回到怠速状态。
c使用前进挡驱动被检车辆，选择合适档位，使油门踏板处于全开位置时，测功机指示的车速最接近70 km/h，但不能超过100 km/h。
d计算机对按照上述步骤获得的数据自动进行分析，计算机自动判断是否可以继续进行检测，所有判定不合适检测的车辆都不允许进行加载减速烟度检测。
③实施检测
在加载减速法整个检测循环中，全部由计算机控制系统自动完成对底盘测功机加载减速过程的控制，步骤如下：
a 检测员将不透光度计取样探头插入受检车辆的排气管中，探头的插入深度不得低于400mm。
b 检测员将油门踏板全开，车速应尽可能接近70 km/h。发动机转速稳定后，控制程序将此时的发动机转速设定为最大发动机转速（ MaxRPM）。
c自动控制系统采集三组检测状态下的检测数据，三组数据分别在真实的VelMaxHP点，90%的VelMaxHP点和80%的VelMaxHP点获得。在每个检测点，在读数之前转鼓速度应至少稳定3s，光吸收系数k、发动机转速和轮边功率数据需在转鼓速度稳定后读取5s内的平均值。
4） 测量结果判定
①采用加载减速工况法进行排放检测时，如果在3个工况点（即VelMaxHP点、90%VelMaxHP点和80%VelMaxHP点）测得的光吸收系数k中，有一项超过规定的排放限值，则判定受检车辆排放不合格。
②如果受检车辆在功率扫描过程中测得的实际最大轮边功率值低于制造厂规定的发动机标定功率值的50%，也被判定为排放不合格。
2 加载减速法适用范围
依据GB3847-2005规定，加载减速法及自由加速法均适用于压燃式发动机在用汽车排气烟度的检测。这两种方法相比较，由于自由加速法在操作时人为影响因素较大，且自由加速法属于无负荷检测，不能反映汽车行驶的真实情况，而加载减速工况法相比自由加速法与实际道路的相关性较好些，因此很多省市纷纷采用加载减速法。但是加载减速法本身也有局限性，并不是适用于所有压燃式发动机在用汽车。下面从标准规定、设备配置、检测软件控制等几个方面进行对其适用范围分析。
1）标准规定
按照GB 3847-2005适用范围的规定，加载减速法只适用于压燃式发动机在用汽车（不包括低速汽车，即三轮汽车和低速货车），不适用于注册检验的车辆（即车辆进行注册登记号牌所进行的检验）。
2）设备配置
在我国，目前加载减速法所配置的底盘测功机均为双滚筒结构，双滚筒结构的底盘测功机可适用车型具有局限性，无法对四轮驱动的车辆、紧密型多驱动轴的车辆实施检测，否则会损坏这些车辆的差速锁、变速器等。
在加载减速法测试中，底盘测功机需对被检车辆进行加载，这样底盘测功机的功率吸收范围需能够在车速大于或等于70.0km/h时稳定吸收相应功率，因此车辆最大功率超过测功机的功率吸收范围的车辆无法进行检测。
3）检测软件控制
在加载减速法过程中，底盘测功机需根据计算机检测软件的控制自动对被检车辆自动加载，这样以下车辆在测试中就会达不到加载减速法要求的车辆测试速度70km/h，从而出现检测程序无法进行或损坏车辆现象。
①不能中断车上主动型制动功能和扭矩控制功能（自动缓速器除外）的车辆，如驱动防滑系统（ASR）或称“牵引力控制系统”不能中断的车辆、制动防抱死系统（ABS）不能中断的车辆、电子车身稳定程序（ESP）。
②不能关闭车上以发动机为动力和扭矩的附加设备、或不能切断其动力传递机构的车辆。如：吊车、消防车、工程车装有特种装备的车辆，油、气运输车辆等。
③适时四驱车辆。适时四驱（也称实时四驱）的车辆能自行识别驾驶环境，根据驾驶环境的变化控制两驱与四驱两种模式的切换。在城市路面等较平坦的路况上，车辆会自行切换为两轮驱动，而在颠簸、多坡多弯等附着力低的路面，车辆自动设定为四轮驱动模式。在加载减速法测试时，由于车辆轮胎与底盘测功机转鼓之间的附着系数也会变化，因此实时四驱车辆随时有可能在四驱模式与两驱模式来回转换。
④发动机后置后轮驱动的客车。在加载减速法实际操作中，发动机后置后轮驱动的客车因散热障碍也无法采用加载减速法，否则会造成发动机过热甚至拉缸。
3 结论
对于加载减速工况法不能检测的车辆，各省市应继续选择自由加速法进行排气烟度的检测，而不是盲目淘汰自由加速法。针对加载减速法的检测流程及适用范围的局限性，笔者建议：
1）研制并推广四轮驱动底盘测功机
虽然目前已有科研单位研制出四轮驱动底盘测功机，但都未进入批量生产阶段。而目前配置的双滚筒式底盘测功机无法进行检测的柴油车辆却越来越多，如保有量不断增大的柴油版SUV或柴油版越野车等。这种情况下，即使已开展加载减速法的省市仍有大量柴油在用车只能使用自由加速法，这样检测参数“光吸收系数”限值要比加载减速法规定限值宽松很多，无法在真正意义上识别出高排放的在用柴油车，也达不到监控排放的目的。
2）开发抗振动干扰能力强的发动机转速传感器
在加载减速法实施过程中，计算机控制检测流程最关键的第一步是准确测量被检车辆的发动机转速，从而确定被检车辆VelMaxHp（最大轮边输出功率对应的轮边转速），否则继续进行检测测得的数据会毫无意义。目前市场上使用的发动机转速传感器为振动式，靠底部磁铁的吸力吸附在发动机气缸盖上，通过测量气缸内振动脉冲得出发动机转速。这种发动机转速传感器安装较方便，但在操作过程中却经常出现松动或脱落现象，从而无法准确测量发动机转速，导致影响柴油车排放烟度及最大轮边功率数据的真实性。
参考文献：
[1]GB3847-2005， 车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法. 北京：中国标准出版社，2005
[2]HJ/T241-2005， 确定压燃式发动机在用汽车加载减速法排气烟度排放限值的原则和方法.北京：中国标准出版社，2005
[3] HJ/T292-2006， 柴油车加载减速工况法排气烟度测量设备技术要求. 北京：中国标准出版社，2006
[4] DB61/440-2008， 在用压燃式发动机汽车加载减速法排气烟度排放限. 西安：陕西省质量技术监督局
关键词：压燃式发动机；在用汽车；排气烟度；加载减速法；探析
Analysis of lug down mode for exhaust smoke from vehicles equipped with compression ignition engine
ZHANG Xueli
（Shaanxi College of Communication Technology， Automotive Engineering Department， Xi’an ，710021，China ）
Abstract ：According to GB3847-2005， lug down mode can be chosen to test exhaust smoke from in-use vehicles equipped with compression ignition engine . The paper introduce equipments requirements， inspection parameters and testing process ， analyze limitations of application scope and raise measures .
Keywords：Compression ignition engine； in-use vehicles ；exhaust smoke ； lug down mode； analysis
近年来，我国机动车排气污染物排放总量随着汽车保有量的增长而同步持续攀升，尤其近两年全国雾霾天气的频繁出现，使得相关部门对治理机动车排放污染越来越重视，实行严格的汽车尾气排放标准对于机动车污染治理、实现国家节能减排目标具有重要意义。
柴油车排出的PM分为碳烟颗粒和可溶性有机组分（SOF，Soluble organic fraction，即未燃烧的液态HC）。碳烟颗粒（PM）中的有害物质可致癌，并降低空气能见度。碳烟颗粒越小（直径小于0.3μm），悬浮在空气中的时间越长，进入人体后的危害越大，柴油车是PM2.5的主要来源。
为了限制柴油车排气污染物的排放量，我国对压燃式发动机汽车排气污染物检测执行的现行有效标准为GB 3847-2005《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》，要求全国压燃式发动机在用汽车排放监控采用自由加速法，在机动车保有量大、污染严重的地区也可采用加载减速法。该标准出台后，北京市、辽宁、江苏、浙江、广东、山东、宁夏、陕西等省市已开展采用加载减速法进行尾气检测，还有很多省市都在酝酿当中，那么是不是所有压燃式发动机汽车都可采用加载减速法？本文从加载减速法的检测设备、检测流程入手，对其适用范围的局限性进行了分析。
1 加载减速法
柴油车加载减速法（Lug Down Mode）是指柴油车油门处于全开位置，通过对柴油车驱动轮强制加载迫使柴油车减速运行的工况，标准规定用底盘测功机对被检车辆车速最接近 70.0km/ h的档位加载测量，在三个加载测试点对柴油车排放进行检测，三个测试点为VelMaxHp、90%VelMaxHp、80%VelMaxHp（其中VelMaxHp为最大轮边输出功率对应的轮边转速）。
1）检测标准
加载减速法主要依据以下标准：GB 3847-2005 《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》规定了加载减速工况测量方法；HJ/T292-2006 《柴油车加载减速工况法排气烟度测量设备技术要求》规定了底盘测功机、不透光度计等设备的技术要求；HJ/T241-2005 《确定压燃式发动机在用汽车加载减速法排气烟度排放限值的原则和方法》规定了排放限值的确定原则和方法。
2）检测设备及参数
①检测设备
加载减速法需要配置的设备有不透光度计、底盘测功机及发动机转速传感器。根据所检车型配置底盘测功机的不同，加载减速工况法分轻型车和重型车两种检测系统。轻型车检测系统基于轻型车（总质量为3500kg以下的压燃式发动机汽车），应能测试最大单轴轴荷为2750kg的车辆。重型车检测系统基于重型车（总质量为3500kg以上的压燃式发动机汽车），最大单轴轴荷为8000kg的车辆或最大总质量为14000kg的车辆。
②检测参数
加载减速法的检测参数为三个测试点（VelMaxHp、90%VelMaxHp、80%VelMaxHp）的光吸收系数及实际最大轮边功率。
3）加载减速法检测流程
加载减速法检测流程由三部分组成：安全检查、检测系统检查及实施检测。
① 安全检查
车辆安全检查用于确定车辆是否适合进行加载减速法测试。检测员应彻底检查车辆的状况。如果出现表1所示情况或缺陷，均不能进行检测。
②检测系统检查
检测系统检查的目的是为了判断底盘测功机是否满足待检车辆的功率要求，同时检查检测系统的工作状态是否正常。
车辆通过安全检查后，检测员继续按照下列步骤进行检测系统的检查：
a 将驱动轮置于底盘测功机的转鼓中央位置，缓慢驾车使受检车辆的车轮与试验转鼓完全吻合，用挡车器将非驱动轮楔住，系扣车辆安全限位装置，打开车辆散热风扇 。 b连接好发动机转速传感器。起动发动机，变速器置空挡，逐渐加大油门踏板直到开度最大，并保持在最大开度状态，控制系统获取这时发动机的最大转速，然后松开油门踏板，使发动机回到怠速状态。
c使用前进挡驱动被检车辆，选择合适档位，使油门踏板处于全开位置时，测功机指示的车速最接近70 km/h，但不能超过100 km/h。
d计算机对按照上述步骤获得的数据自动进行分析，计算机自动判断是否可以继续进行检测，所有判定不合适检测的车辆都不允许进行加载减速烟度检测。
③实施检测
在加载减速法整个检测循环中，全部由计算机控制系统自动完成对底盘测功机加载减速过程的控制，步骤如下：
a 检测员将不透光度计取样探头插入受检车辆的排气管中，探头的插入深度不得低于400mm。
b 检测员将油门踏板全开，车速应尽可能接近70 km/h。发动机转速稳定后，控制程序将此时的发动机转速设定为最大发动机转速（ MaxRPM）。
c自动控制系统采集三组检测状态下的检测数据，三组数据分别在真实的VelMaxHP点，90%的VelMaxHP点和80%的VelMaxHP点获得。在每个检测点，在读数之前转鼓速度应至少稳定3s，光吸收系数k、发动机转速和轮边功率数据需在转鼓速度稳定后读取5s内的平均值。
4） 测量结果判定
①采用加载减速工况法进行排放检测时，如果在3个工况点（即VelMaxHP点、90%VelMaxHP点和80%VelMaxHP点）测得的光吸收系数k中，有一项超过规定的排放限值，则判定受检车辆排放不合格。
②如果受检车辆在功率扫描过程中测得的实际最大轮边功率值低于制造厂规定的发动机标定功率值的50%，也被判定为排放不合格。
2 加载减速法适用范围
依据GB3847-2005规定，加载减速法及自由加速法均适用于压燃式发动机在用汽车排气烟度的检测。这两种方法相比较，由于自由加速法在操作时人为影响因素较大，且自由加速法属于无负荷检测，不能反映汽车行驶的真实情况，而加载减速工况法相比自由加速法与实际道路的相关性较好些，因此很多省市纷纷采用加载减速法。但是加载减速法本身也有局限性，并不是适用于所有压燃式发动机在用汽车。下面从标准规定、设备配置、检测软件控制等几个方面进行对其适用范围分析。
1）标准规定
按照GB 3847-2005适用范围的规定，加载减速法只适用于压燃式发动机在用汽车（不包括低速汽车，即三轮汽车和低速货车），不适用于注册检验的车辆（即车辆进行注册登记号牌所进行的检验）。
2）设备配置
在我国，目前加载减速法所配置的底盘测功机均为双滚筒结构，双滚筒结构的底盘测功机可适用车型具有局限性，无法对四轮驱动的车辆、紧密型多驱动轴的车辆实施检测，否则会损坏这些车辆的差速锁、变速器等。
在加载减速法测试中，底盘测功机需对被检车辆进行加载，这样底盘测功机的功率吸收范围需能够在车速大于或等于70.0km/h时稳定吸收相应功率，因此车辆最大功率超过测功机的功率吸收范围的车辆无法进行检测。
3）检测软件控制
在加载减速法过程中，底盘测功机需根据计算机检测软件的控制自动对被检车辆自动加载，这样以下车辆在测试中就会达不到加载减速法要求的车辆测试速度70km/h，从而出现检测程序无法进行或损坏车辆现象。
①不能中断车上主动型制动功能和扭矩控制功能（自动缓速器除外）的车辆，如驱动防滑系统（ASR）或称“牵引力控制系统”不能中断的车辆、制动防抱死系统（ABS）不能中断的车辆、电子车身稳定程序（ESP）。
②不能关闭车上以发动机为动力和扭矩的附加设备、或不能切断其动力传递机构的车辆。如：吊车、消防车、工程车装有特种装备的车辆，油、气运输车辆等。
③适时四驱车辆。适时四驱（也称实时四驱）的车辆能自行识别驾驶环境，根据驾驶环境的变化控制两驱与四驱两种模式的切换。在城市路面等较平坦的路况上，车辆会自行切换为两轮驱动，而在颠簸、多坡多弯等附着力低的路面，车辆自动设定为四轮驱动模式。在加载减速法测试时，由于车辆轮胎与底盘测功机转鼓之间的附着系数也会变化，因此实时四驱车辆随时有可能在四驱模式与两驱模式来回转换。
④发动机后置后轮驱动的客车。在加载减速法实际操作中，发动机后置后轮驱动的客车因散热障碍也无法采用加载减速法，否则会造成发动机过热甚至拉缸。
3 结论
对于加载减速工况法不能检测的车辆，各省市应继续选择自由加速法进行排气烟度的检测，而不是盲目淘汰自由加速法。针对加载减速法的检测流程及适用范围的局限性，笔者建议：
1）研制并推广四轮驱动底盘测功机
虽然目前已有科研单位研制出四轮驱动底盘测功机，但都未进入批量生产阶段。而目前配置的双滚筒式底盘测功机无法进行检测的柴油车辆却越来越多，如保有量不断增大的柴油版SUV或柴油版越野车等。这种情况下，即使已开展加载减速法的省市仍有大量柴油在用车只能使用自由加速法，这样检测参数“光吸收系数”限值要比加载减速法规定限值宽松很多，无法在真正意义上识别出高排放的在用柴油车，也达不到监控排放的目的。
2）开发抗振动干扰能力强的发动机转速传感器
在加载减速法实施过程中，计算机控制检测流程最关键的第一步是准确测量被检车辆的发动机转速，从而确定被检车辆VelMaxHp（最大轮边输出功率对应的轮边转速），否则继续进行检测测得的数据会毫无意义。目前市场上使用的发动机转速传感器为振动式，靠底部磁铁的吸力吸附在发动机气缸盖上，通过测量气缸内振动脉冲得出发动机转速。这种发动机转速传感器安装较方便，但在操作过程中却经常出现松动或脱落现象，从而无法准确测量发动机转速，导致影响柴油车排放烟度及最大轮边功率数据的真实性。
参考文献：
[1]GB3847-2005， 车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法. 北京：中国标准出版社，2005
[2]HJ/T241-2005， 确定压燃式发动机在用汽车加载减速法排气烟度排放限值的原则和方法.北京：中国标准出版社，2005
[3] HJ/T292-2006， 柴油车加载减速工况法排气烟度测量设备技术要求. 北京：中国标准出版社，2006
[4] DB61/440-2008， 在用压燃式发动机汽车加载减速法排气烟度排放限. 西安：陕西省质量技术监督局