重型氢燃料内燃机汽车 污染物排放测量方法

ICS43.02

CCST43

团体标准

T/CICEIA/CAMSXX-20XX

重型氢燃料内燃机汽车污染物排放测量方

法

Heavy-dutyvehiclespoweredbyhydrogenfueledinternalcombustionengines-

Measurementmethodsforpollutants

（征求意见稿）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

中国内燃机工业协会

发布

中国机械工业标准化技术协会

T/CICET/CICEIA/CAMSXX—20XX

重型氢燃料内燃机汽车污染物排放测量方法

1范围

本文件规定了氢燃料内燃机汽车污染物排放的测量方法。

本文件适用于装用氢燃料内燃机的M2、M3、N1、N2和N3类及总质量大于3500kg的M1类汽车。氨/氢、

氨/柴等氨燃料内燃机汽车可参考本文件执行。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T15089机动车辆及挂车分类

GB17691-2018重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）

GB18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）

GB/T27840重型商用车燃料消耗量测量方法

GB/T37244质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气

GB/T38146.2中国汽车行驶工况第2部分重型商用车辆

3术语和定义

GB17691-2018界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

氢燃料内燃机hydrogenfueledinternalcombustionengine

使用氢气为燃料的往复活塞式内燃机。

3.2

未燃氢气（H2）unburnedhydrogen

氢燃料内燃机尾气中排放的氢气。

3.3

粒子数量（PN）particlenumber

按照GB17691-2018附件CC中所描述的试验方法，在去除了挥发性物质的稀释排气中，所有粒径超

过23nm的粒子总数，或根据后续相关标准规定测量的粒子总数。

3.4

排放物emissions

氢燃料内燃机尾气排放的气态组分和颗粒物，本文件指的排放物主要包括：一氧化碳（CO）、二氧

化碳（CO2）、氮氧化物（NOX）、氧化亚氮（N2O）、未燃氢气（H2）、水（H2O）、氨气（NH3）和颗粒物

等。

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3.5

污染物pollutants

本文件指的污染物主要为排放物中的一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOX）、氧化亚氮（N2O）、氨气

（NH3）和粒子数量（PN）。

4试验设备、仪器

4.1底盘测功机

底盘测功机应能准确模拟车辆的道路行驶阻力、加减速工况和试验车辆最大设计总质量状态下的

当量惯量。底盘测功机应符合GB/T27840-2021附录F的要求，应至少每年进行一次标定。

4.2排放物取样和分析

4.2.1取样

CO、CO2测量时排气取样可直接从原始排气中取样，也可从稀释排气中取样，可通过连续采样和气

袋采样两种方式采样测量。

NOX和N2O测量时排气取样可以直接从原始排气中取样，也可从稀释排气中取样。NOX仅可通过连续采

样测量，N2O可通过连续采样和气袋采样两种方式测量。

H2、H2O和NH3测量时排气取样应从原始排气中连续取样测量。

PN测量时排气取样可直接从原始排气中取样，也可从稀释排气中取样。取样探头的安装位置应靠近

气体污染物的取样探头，但其距离应确保不会产生干扰。

直接从原始排气取样时，取样探头安装位置应符合GB17691-2018附件CB3.10的要求。

从稀释排气中取样时，车辆排气尾管和稀释系统之间的连接管应尽可能短，连接管内径应不小于车

辆排气管内径，若连接管总长度超过6m，则必须进行保温处理。

4.2.2氮氧化物（NOX）的测定

NOx测量共有两种测量方法。只要满足下述的相应标准，可采用其中任一方法。按照GB17691-2018

附件C.3.2确定不同测试系统等效性，只允许采用化学发光检测器（ChemiluminescentDetector，CLD）

为基准。

a）化学发光检测器

如采用干基测定，氮氧化物分析仪应采用CLD或具有NO2/NO转换器的加热型CLD（Heated

ChemiluminescentDetector，HCLD）。如采用湿基测定，应采用具有温度保持在55℃以上转换器的CO2

和H2O综合熄光检查符合要求的HCLD（不超过满量程的±2%）。无论CLD和HCLD，取样通道内壁温度应保

持在55℃-200℃；对于干基测量，保温取样管路至转换器，对于湿基测量，保温取样管路应至分析仪。

b）不分光紫外探测仪（Non-DispersiveUltra-Violet,NDUV）

氮氧化物可采用NDUV测定。如NDUV只测量NO，应在NDUV分析仪上游安装NO2/NO转换器。NDUV应保持

一定的温度，以防止水汽冷凝；除非在NO2/NO转换器（如采用）上游或分析仪的上游安装取样干燥器。

对于NOX干基测量时，应采用取样干燥器去除会对NOX测量产生干扰的水分。取样干燥器应使CLD湿度

保持在每kg干燥空气中含水量不超过5g（大约含水量约为0.8%），即3.9℃和101.3kPa时相对湿度为

100%。在取样干燥器中残留的液态水会去除样气中的NO2。如果取样干燥器与上游不带NO2/NO转化器的

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NDUV分析仪组合使用，也会在NOX测定前从样气中去除NO2。NO2最大预期浓度，取样干燥器应能测量NO2总

量的至少95%。

4.2.3氧化亚氮（N2O）的测定

N2O测量共有两种测量方法。

a）GC-ECD法

用气相色谱仪和电子捕获检测器（GC-ECD）联用仪测量稀释排气中N2O的浓度。该方法分别对排气

和环境气袋中的样气进行取样分析。

b）红外吸吸收光谱法

所使用的分析仪为激光红外光谱仪，即调制的高分辨率窄带红外分析仪（比如：量子级联激光器联

用仪QCL）。也可以使用非分光红外或傅里叶变换红外分析仪，但应充分考虑水、一氧化碳和二氧化碳

的干扰问题。在有异议时，以GC-ECD方法测定结果为准。

4.2.4未燃氢气（H2）的测定

未燃H2可采用电子轰击质谱法（ElectronImpactMassSpectrometry,EIMS）。分析仪应满足GB

17691-2018附件表CB.1规定的线性化要求。至少每12个月或当系统维护或更改可能影响标定时，按照GB

17691-2018附件CB.2.3进行线性化检查。所需标定气为H2和N2混合气或H2和He混合气，其实际浓度应在

标称值的±3%内，且应符合国家或国际标准，H2浓度应以体积浓度表示（%或ppm）。

4.2.5氨气（NH3）的测定

NH3可采用二极管激光光谱仪（LaserDiodeSpectrometer，LDS）测定或傅里叶变换红外线光谱

法（FourierTransformInfraredSpectrometry,FTIR）。分析仪的技术参数和标定应满足GB17691-

2018附件CH.4的要求。

4.2.6水（H2O）的测定

H2O可采用傅里叶变换红外线光谱法（FTIR）测定。分析仪的技术参数和标定应满足GB17691-2018

附件CH.4的要求。

4.2.7一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）的测定

CO和CO2可采用不分光红外线吸收型（NonDispersiveInfraRed,NDIR）分析仪测定。

4.2.8粒子数量（PN）的测定

粒子数量PN测量可采用GB17691-2018附件CE.3.1所述的部分流稀释系统或附件CE.3.2所述的全流

稀释系统连续取样测定，或根据后续相关标准规定测量。

4.3排气质量流量的测定

4.3.1原始排气流量测定

排气质量流量使用GB17691-2018CA.5.1描述的方法之一确定，可以直接测量得到，或者通过进气

和燃料流量测量值计算，示踪法或进气和空燃比测量值计算。

4.3.2稀释排气流量的测定

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稀释排气流量通过定容取样系统（CVS）测量，该系统可以选用容积泵（PDP）、临界文丘里管（CFV）

及带或不带流量补偿的亚音速文丘里管（SSV）。整个循环内的总稀释排气流量（kg/test）可按照GB

17691-2018CA.6.1所描述的方法之一，使用整个循环的测量值和相应的流量测量仪器设备的校正系数

计算得到。

4.4车辆ECU数据读取设备

车辆ECU数据读取设备应能够以至少1Hz的频率记录发动机转速、发动机净扭矩或发动机实际扭矩

百分比、摩擦扭矩百分比和参考扭矩，其可以根据SAEJ1939、SAEJ1708或ISO15765-4等标准协议访

问并获得测试车辆的ECU数据。

5试验方法

5.1试验室环境条件

a）环境温度应在5℃~35℃之间，推荐环境温度为23℃±5℃；实际环境温度应在试验记录中注

明；

b）相对湿度应小于95%；

c）大气压力应处于91kPa~104kPa之间；

d）试验室应具备氢气浓度监测报警装置及通风装置。

e）在开展极限环境试验时，环境温度、湿度及大气压力可不受上述环境条件要求限制，但应在试

验报告中注明试验环境条件参数。

5.2试验循环

按照GB/T27840-2011中附录F所述的C-WTVC或GB/T38146.2-2019中附录Ａ规定的中国重型商用车

辆行驶工况（CHTC）测量车辆的排放物。其中：

a)货车采用CHTC-LT（最大设计总质量GVW≤5500kg）或CHTC-HT（GVW＞5500kg）行驶工况；

b)普通客车采用CHTC-C行驶工况；

c)半挂牵引车采用CHTC-TT行驶工况；

d)自卸汽车采用CHTC-D行驶工况；

e)城市客车采用CHTC-B行驶工况。

5.3车辆准备

5.3.1总体要求

重型氢燃料内燃机汽车整车应满足以下要求：

a）试验车辆的机械状况应良好；

b）发动机和汽车控制装置的设定应符合车辆制造厂的规定；

c）车辆应证明ECU数据流的可获得性和符合性，满足GB17691-2018附录K.7的要求；

d）车辆应使用符合GB/T37244及其他后续相关国家标准规定的氢燃料内燃机汽车用燃料。

5.3.2磨合

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试验车辆应经过不超过10000km的磨合。

5.3.3轮胎

试验轮胎应为该车型厂定原装轮胎；如果该车型可选装几种不同规格的轮胎，则从中选择滚动阻力

最大的一种进行试验。试验开始前，对照轮胎最大试验载荷和最高试验车速按车辆生产企业的建议对轮

胎进行充气。

轮胎花纹深度应为初始花纹深度的90%~50%，也可采用与车辆同时磨合过的新轮胎。

5.3.4行驶阻力测定

按GB/T27840-2021附录C测定车辆等速行驶阻力。按GB/T27840-2021附录D的规定记录试验用车

辆参数和试验数据。若车辆生产企业同意，可按照GB/T27840-2021附录Ｅ规定的行驶阻力系数推荐值

作为替代方法确定行驶阻力。

5.4分析仪准备

5.4.1CLD、HCLD及NDIR准备

试验前分析仪应预热至最佳运行温度范围内，待状态正常后，根据GB17691-2018附件CB.3.4所述

规定，在排放采样开始前8h内，进行泄漏检测。手动选取合适的分析仪量程，带有自动切换量程的分

析仪无需选择量程。使用满足GB17691-2018附件CB.3.3所述技术要求的可溯源的标准气体确定分析仪

的零气和量距气响应。

5.4.2FTIR准备

排放测试前，首先选择分析仪量程。允许使用具有自动或手动量程切换功能的分析仪，但在试验过

程中，不应切换分析仪的量程。

若GB17691-2018附件CH.3.4.2的规定不适用于仪器，应确定零气和量距气的响应时间。对于量

距气的响应，应采用符合GB17691-2018附件CH.4.2.7的NH3标准气和符合GB18352.6-2016附件

CD.6.2的N2O标准气。允许使用包含NH3量距气的基准测试间。

5.4.3EIMS准备

排放测试前，选取合适的测量量程。试验前应使用H2标准气确定分析仪的零气和量距气响应，使其

满足仪器生产企业的规范。所需标准气为H2和纯氮混合气，其实际浓度应在标称值的±3%内，且应符合

国家或国际标准，H2浓度应以体积浓度表示（%或ppm）。

5.5试验规程

5.5.1按照GB/T27840-2021附录C.2.2.1放置车辆并连接流量计、排气取样系统等测试设备，确认排气

管路无泄漏可正常运行。

5.5.2按照GB/T27840-2021附录C.2.2或C.3.2调整底盘测功机。

5.5.3试验时，只允许为驱动车辆所必需的设备工作。车辆载荷状态应确保车辆在试验过程中不打滑。

对牵引车，应在鞍座位置垂直加载。

注：如试验部门能证明不会出现明显影响测量结果的打滑现象，经车辆生产企业同意后可不加载。

5.5.4将底盘测功机设置为道路阻力模拟模式，并连接好数据采集系统和司机辅助驾驶系统。

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5.5.5试验时，同步运行道路模拟冷却风机、车速记录、时间记录、流量测量、污染物取样及测量和ECU

数据读取等相关设备。正式试验前，宜进行1~2个完整的C-WTVC或CHTC行驶工况或采用其他方法对试验

车辆和底盘测功机进行充分预热。

5.5.6试验时，换挡策略应由车辆生产企业和检测机构共同确定。下列款项可用于换挡策略的确定：

a)应根据车辆特点选择相应挡位，换挡过程应迅速平稳；

b)当车辆在某一较高挡位下不能达到C-WTVC或CHTC行驶工况规定车速且速度偏差超过6.4.1规定

值时，可降低一挡继续试验，并在车辆重新进入能使用较高挡位行驶的匀速状态时再次换入较高挡位进

行试验；

c)具有节能驾驶指示功能的车辆，可根据相应指示进行换挡操作。

5.5.7减速行驶时，应适当放开加速踏板，继续保持离合器接合状态，直至试验车速降至该挡位最低稳

定车速时再分离离合器、降挡或停车。必要时，可使用车辆的制动器及辅助制动装置进行减速。

5.5.8车辆试验应运行三个完整的C-WTVC或CHTC行驶工况，并在每个完整的C-WTVC或CHTC行驶工况结

束后分别记录试验结果。

5.5.9在相邻的两个完整C-WTVC或CHTC行驶工况之间，车辆及相关设备应继续运行或采用其他方法以

保持热机状态。

5.6试验偏差

5.6.1如测试选用C-WTVC循环，则试验偏差应满足GB/T27840-20115.5要求。

5.6.2如测试选用CHTC循环，则试验偏差应满足GB/T27840-20215.5要求。

5.6.3任何超过行驶工况偏差的状况都应在试验记录中注明。

6数据处理与试验结果

6.1数据采集与处理步骤

数据记录可通过自动采集系统或手工方式进行。自动采集系统应能以不小于1Hz的采样频率实时

连续记录污染物排放浓度、发动机转速、发动机净扭矩（或发动机实际扭矩百分比、摩擦扭矩百分比和

参考扭矩）、排气流量。

每个完整的行驶工况结束时，所记录的排放物浓度及排气质量流量应按照GB17691-2018C.2.1定

义的转换时间对齐，并按6.2所述的方法计算驾驶循环的污染物比排放。若测试时采用C-WTVC循环，需

要分别计算C-WTVC市区、公路、高速部分的比排放以及综合比排放。

6.2排放计算

6.2.1CO、CO2、NOX和N2O排放质量计算

若未以湿基进行测量CO、CO2和NOX排放浓度，测得的浓度应参考GB17691-2018附件CA.2换算至湿

基。

由于NOX的排放和大气状态有关，NOX浓度应根据GB17691-2018附件CA.3.1或CA.3.2中湿度系数进

行校正。

如果采用气相色谱-电子捕获检测器（GC-ECD）测量N2O，应按照下列公式计算N2O浓度：

……（1）

CN2O=Ssample×RfN2O

6

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式中：

-6

N2O体积浓度，单位为百万分率（1×10）；

CN2O——

Ssample——样本峰面积；

按照下列公式计算：

RfN2O

C

N2O,standard……………（2）

RfN2O=

Sstandard

式中：

Sstandard——标准峰面积。

对于直接从原始排气采样，CO、CO2、NOX和N2O排放质量采用公式（3）计算：

1

m=u×∑i=nc×q×（g/test）……（3）

gasgasi=1gas,imew,if

式中：

ugas——表1中排气组分密度和排气密度比；

-6

cgas,i——排气组分的瞬时体积浓度，单位为百万分率（1×10）;

qmew,i——瞬时排气质量流量，单位为千克每秒（kg/s）；

f——采样频率，单位为赫兹（Hz）;

n——测试次数。

表1原始排气的u值和排气密度

气体

COCO2NOXN2OH2H2ONH3

排气密度3

3ρgas[kg/m]

ρde[kg/m]

1.2501.96362.0531.9770.0890.6000.771

a)

ugas

1.18300.0010570.0016600.0017350.0016710.0000750.0005070.000652

a）在λ=2，干空气，273K，101.3kPa下。

CO、CO2、NOX和N2O排放质量也可按照GB17691-2018附件CA.5.2.4基于精确方程计算得出。

对于稀释采样测量，CO、CO2、NOX和N2O排放质量采用下列公式计算：

mgas=ugas×cgas×med（g/test）……………（4）

式中：

ugas——表2中排气组分密度和稀释排气密度比，假设稀释排气的密度等于空气密度；

-6

cgas——背景修正后的排气组分平均浓度，单位为百万分率（1×10）；

med——整个循环的总稀释排气质量，单位为千克（kg）。

表2稀释排气的u值和成分密度

气体

COCO2NOXN2OH2H2ONH3

排气密度3

3ρgas[kg/m]

ρde[kg/m]

1.2501.96362.0531.9770.0890.6000.771

a)

ugas

1.2930.0009670.0015190.0015880.0015290.0000690.0004640.000596

a）在λ=2，干空气，273K，101.3kPa下。

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CO、CO2、NOX和N2O排放质量也可按照GB17691-2018附件CA.5.2.4基于精确方程计算得出。

6.2.2NH3、H2O和未燃H2排放质量计算

NH3、H2O和未燃H2排放质量采用公式（3）计算或按照GB17691-2018附件CA.5.2.4基于精确方程

计算得出。

6.2.3粒子数量（PN）计算

粒子数量PN若采用部分流稀释系统取样，应按照GB17691-2018附件CC.4.2或后续相关标准规

定计算，若采用全流稀释系统，应按照GB17691-2018附件CC.4.3或后续相关标准规定计算。

6.2.4发动机循环功计算

发动机循环功W由发动机电控单元（ECU）读取的发动机转速和扭矩按公式（5）计算得到。

in×T

W=∫………………（5）

19550

式中：

W——发动机循环功，单位为千瓦时（kW·h）；

n——发动机转速，单位为转每分钟（r/min）；

T——发动机扭矩，单位为牛米（Nm）；

i——试验时间，单位为秒（s）。

6.2.5比排放计算

最终排放结果由公式（6）计算得到。

M

L=i………………（6）

iW

式中：

Li——某种排放物排放结果，单位为克每千瓦时（g/kW·h）；

Mi——某种排放物排放总质量，单位为克（g）。

若测试采用C-WTVC循环，最终排放结果按照GB/T27840-2011表1要求根据不同类别车型进行加权

平均。

7试验报告

按附录A的格式记录试验结果。

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附录A

（规范性）

试验记录表格

A.1试验结果记录

若测试选择C-WTVC循环，则测试结果按照表A.1记录。

表A.1试验结果记录（C-WTVC循环）

试验室温度试验室大气压力试验室相对湿度

（℃）（kPa）（%）

道路阻力系数A/NB/[N/(km/h)]C/[N/(km/h)2]

底盘测功机行驶阻力设定目标阻力

设定阻力

试验序号NOXN2OH2H2ONH3PNCOCO2

市区

市郊

1

高速

综合

市区

市郊

2

高速

综合

市区

市郊

3

高速

综合

其他说明（包括车辆能否达到循环最高车速、超差时间及次数等信息）：

若测试选择CHTC循环，则测试结果按照表A.2记录。

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表A.2试验结果记录（CHTC循环）

试验室温度试验室大气压力试验室相对湿度

（℃）（kPa）