汽車汙染排放與油耗檢測知多少?揭開 ARTC 排氣污染檢測的神秘面紗!

2016/04/06 01:12

如果要針對去年世界車壇最引人注目、影響最大的事件作出評選,Volkswagen 集團的EA189柴油引擎排汙事件絕對會是前三名,也因為影響層面過於廣大,甚至後續還造成許多歐洲車廠也都有著污染超標的問題,讓人不禁懷疑是否測試流程有嚴重的瑕疵。

為了嚴防未來其他車廠再度爆出相同問題,歐盟也宣布在 2017年 9月開始採行更為嚴格的車載量測系統(Portable Emission Measurement systems, PEMS)道路實車測試研究調查機制,如此一來能夠取得更接近實際上路時車輛所排放的污染物結果。 而本站 7car<小七車觀點>也受 ARTC 財團法人車輛研究測試中心的邀請前往彰濱工業區實驗中心來深入了解汽車汙染排放測試的流程,以及未來世界各國針對汙染排放測試的趨勢。

首先的課題:重量法測試由環保能源部 環能驗證課課長黃松郁主持。

首先在各國(區域)污染測試法規部分,依照測試方法不同分成重量法與濃度法,其中重量法為運用在新車認證上居多,也是目前台灣汽車市場新車汙染排放檢測項目的一環,主要是量測車輛廢棄行駛單位距離特定污染物的排放重量,不過此方法需要專業的大型檢驗器材(實驗室、動力計、取樣系統與廢棄分析儀)才能進行,由於是真正在開的狀況下測試,加上有嚴格的限制條件來全面標準化,如此一來測試出來的結果會較為接近實際上路的狀況。

至於濃度法則相對簡單,為量測車輛廢棄特地污染物的排放濃度,一樣適用於新車認證及一般正常使用下的車輛檢查,其檢驗方法很簡單,檢測人員會將一根細長的感測棒放入排氣管中,透過惰轉分析儀來量測車輛廢氣特定汙染物的排放濃度。

而由於本次會議的重點在於重量法,就此我們就來介紹重量法的污染檢測是如何進行的。ARTC針對車輛汙染檢測(重量法)測試流程,分成六個階段,從車輛檢查、更換用油、阻力設定、預備駕駛、車輛靜止與正式測試等,車輛檢查顧名思義就是在進行測試之前,ARTC 的人員會檢查車輛內外有沒有進行任何變更,預防有些車廠或是一般民眾送車檢驗時為了能夠達標進行排氣管鑽孔或是更換車上原有零件等變更,而在檢查車輛無虞之後,就會將車上原先所搭配的汽柴油全部漏光,換上標準測試用油來進行測試。

然後依照測試車的動力數據,將車體動力計先行調整來模擬汽車行駛阻力,之後再進行車況標準化的預備駕駛動作,也就是先行將車輛里程數統一、並讓測試操作人員在測試前一天先行駕駛車輛在 ARTC 場內的測試到進行試跑來熟悉車輛特性,如此一來也能讓 ECU行車電腦可以適應測試人員的油門反應、深淺等等,適應完畢之後再將車輛停放在濕度、溫度均標準化的恆溫空間中(一般設定在攝氏20~30度),最後才會在車體動力計上進行測試,交由獲得 ARTC 合格執照的專任測試員依照美規與歐規的測試駕駛曲線進行市區與高速路段模擬,不過台灣則是在 105年開始統一以歐規測試駕駛曲線來進行。

而說到這邊或許有人會好奇,測試駕駛曲線是怎麼得來的呢?事實上測試駕駛曲線是源自於預計 2017年起實施較接近車輛實際行駛型態的WLTP測試程序 (Worldwide harmonized Light vehicle Test Procedure),依照(1)馬力/車重比,(2)車輛最高速率,共區分為四種駕駛曲線 Class 1、Class 2、Class 3a 與 Class 3b ,而車輛如於動力計上高速段無法跟上行車曲線時,行車曲線須以最低限度的方式重新定義。

實驗室門口一覽。

再進去實驗室之前,可以看到門上關於背景濃度管制標準都有一定的規範,另外「4WD 測試間」則是代表著專門測試四輪驅動車型,另外還有前輪驅動與後輪驅動專屬的實驗室。

測試車架上車體動力計的狀態,前方為散熱風扇。

從這張照片可以看到,在進行重量法測試的時候測試員在車上不可碰觸方向盤,以免發生危險,所以採用握拳方式來表達。

ARTC 測試員依照測試駕駛曲線進行市區以及高速路段模擬。

由於在整套測試方法上最重要的就是要採集廢氣,所以測試車的排氣尾管均會接上取樣管線,收集車體動力計上行駛中所排放的氣體,之後藉由管路傳導至定容取樣系統,廢氣之後會稀釋並充分混合擾勻來避免水份遇冷凝結,此時系統會吸收固定留率來計算稀釋廢氣的總流量,之後維持比例抽取稀釋廢氣與背景環境空氣送進集氣袋,作為濃度分析之用。

定容取樣系統全貌。

依照排氣管大小不同會換上不同大小的文氏管與取樣管線接頭。

之後的任務就交給了廢棄分析儀,系統會抽取集氣袋的污染物氣體來分析各項管制污染物與 CO2 的濃度,至於污染物之排放重量的計算方式,則是依據定容取樣系統量測的稀釋廢氣總量所分析儀量測的濃度,再根據車體動力計量測的行駛里程,計算各管制汙染物每公里的排放量。

不只一般汽車,連重機也有在此進行排汙測試喔!

或許看到這邊有些讀者會產生不少疑慮,雖然在實驗室中進行車輛汙染排放測試有著標準化規格與流程,加上限定駕駛型態、操作環境固定等條件,雖然可以獲得量化的數值,但實際上車輛開在路上並不會完全與所謂的測試駕駛曲線相仿,如此一來還是會有不少誤差,加上各個車廠只要完全熟悉整套系統的流程,內部工程師就能尋找的漏洞來讓軟體進行偵測,就如同 Volkswagen 前陣子發生的排汙事件來切換系統以求達到汙染排放標準,所以使用車載型排放量測系統(PEMS Portable Emission Measurement Systems)就成為近期車輛排汙測試的新趨勢,這套系統會實際安裝於車輛上,同時會將車輛開到馬路上進行實車排放量測,如此一來軟體就無法依循固定流程對引擎系統進行變更,所測得的數據才不會失真。

第二個課題:車載型排放量測系統(PEMS Portable Emission Measurement Systems) 由環保能源部 莊志偉主持。

目前比較重要的工業大國如美國與歐盟針對使用中重型車輛汙染管制,已納入PEMS檢測方法,至於輕型車輛部分則正在研擬採用 PEMS 實車測試納入規範(又稱做 RDE 測試),預計2017年9月起逐步導入管制法規。台灣部分環保署於 2009 年便開始針對 PEMS 檢測方法進行研究,目前應用於傳統汽車與環保節能車的比較,並綜合不同受測車種、行駛條件與外在條件影響,來修正實際車輛於路上行駛所排放出的污染排放總量,進而評估實施道路測試可行性;至於 ARTC 部分則領先台灣環保署二年,於2007年開始進行 PEMS 實車測試,但測試面向與環保署針對「污染」的方向不同,反而是以能耗為主,來推規公路油耗、CO2排放量與交通策略改善等。

而究竟車載型排放量測系統(PEMS Portable Emission Measurement Systems) 包含了哪些東西呢?實際上整套系統分成9大類,分別是車載型排放量測設備、氣體鋼瓶與固定架、PITIT 式流量計、大氣感知器、電源供應模組、OBD 介面單元、緊急停止開關、主控電腦與GPS 天線等,上述配備都必須符合 RDE的草案(編號D040155/01)與聯合國規範(UN ECE R83),同時符合實車道路測試的測試條件。

介紹完所有系統之後,就要來進行實地上路測試,這個部分有四個步驟,分別是預備測試前置、驗證比對、進行路試與結果分析。首先預備測試前置顧名思義就是要確認上述9大類系統有沒有符合儀器規範,之後將9大類儀器搬到車上進行安裝,完成後進行系統測試,確認各系統無警告與故障訊號之後,就到下一個步驟。

測試車內一覽,在駕駛座下方有OBD 介面單元隱藏其中。

主控電腦,可以隨時監看測試數據。

氣體鋼瓶與固定架。

電源供應模組。

車載型排放量測設備。

車載型排放量測設備。

PITIT 式流量計。

接著來到第二個步驟:驗證比對,顧名思義就是將滿載裝置的車輛於實驗室中進行汙染排放測試,與實驗室中的排汙檢測設備數據進行比對,而兩者檢測數據誤差值必須要落在 10%~15%之內,如果落差太大就必須再重新進行測試。

如果數據相去不遠,就進行到第三階段:路試,不過這不是隨隨便便開上路就可以,而是必須遵循輕型車輛RDE 測試路線要求的規範,像是市區、郊區、高速、實驗長度與其他細項等,這些都是為了避免實驗車受到不同的道路車流、加減速狀況、不同測試員的駕駛行為與車輛負荷重量等影響。

測試車準備上路的狀況,測試車為 Toyota Camry Hybrid 。

道路試驗結束之後,會先行檢查車上所有儀器是否有故障馬或是警告訊號,之後就會將9大類儀器一一的紀錄量測數據,最後就進行到結果分析的階段,也就是資料處理與檢核,當中會參數時間校准對應,檢查車速/海拔高度等數據,最後會確認此趟測試旅程的污染物排量,最後再輸入電腦進行運送來得到最終結果。

介紹完 PEMS 實車測試之後,我們可以了解到受到實驗室測試有諸多限制,無法完全符合車輛實際使用情境,因此未來無論是歐洲或美洲,採行 RDE 測試都會是未來的方向,因此近期內國際法規也針對測試路線規劃、設備確認、測試結果檢核等項目列舉完整的規範及要求,來確保測試結果的有效性,杜絕車廠投機取巧的事件再度發生。

而台灣檢測單位如 ARTC 或是環保署方面在車載型排放量測系統的研究雖然與世界同步,ARTC 更早在 2007 年便進行研發,同時不斷的測試與修正,但基本上還是以研究能耗為主,環保署則是研究污染物為主,雙方實車道路測試的經驗比較不足,面對近期歐美地區將採行 RDE 測試的趨勢下,除了要建構更完整的檢測設備以外,同時也要與歐盟與北美環保檢測機關合作,吸取他們的實測經驗,才能讓台灣汽車市場汙染排放檢測能夠與世界同步,為民眾的生活把關。

 

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