（载运工具运用工程专业论文）在用汽油车排气污染物检测方法和标准研究.pdf

摘要 随着汽车工业的发展和汽车保有量的急剧增加，汽车排放污染己经成为大气污染的 主要污染源。为此国内外制定了相应的法规、标准、制度来改善日益恶化的大气环境， 保障人体健康。控制在用车的污染物排放是降低大气污染的有效方法之一。国内外对在 用车的排气污染物检测方法已经由原来的怠速法逐渐发展到双怠速法以及简易工况法。 在用车的排气污染物检测方法很多，各种检测方法的试验运转循环、气体分析原理、成 本、适用场合和精度等级均不一样。开展对在用车排气检测方法和排放标准的研究是环 境保护急需研究的课题。 本文介绍了汽车排放污染物的生成与危害和在用汽油车的排气检测方法，并对各种 检测方法进行了对比，调研了我国各省市的在用汽油车排气污染物检测标准以及实施情 况。 本文采用怠速、双怠速、a s m 稳态工况、i m l 9 5 瞬态工况对两用燃料出租车进行了 大量的实车排放检测试验。根据试验结果，分析了不同测试方法的排放合格率和排放有 效识别率，比较和分析了不同测试工况下出租车的排放特性、车辆排放水平与行驶里程 的关系，为各地区制定地方排放法规提供了科学依据。本文不仅研究了不同测试工况下， 行驶里程对车辆排放水平的影响，而且还对车辆排放水平与行驶里程的关系进行了多项 式回归，并进行了回归模型的显著性检验，更直观的呈现了行驶里程对车辆排放状况的 影响。本文通过采用更接近汽车实际运行工况的i m l 9 5 瞬态工况的对比试验，分析对比 了两用燃料出租车燃用汽油和c n g 的排放特性、车辆排放与行驶里程的关系、燃用不 同燃料对各种排放的影响。本文还对在用汽油车进行了大量的双怠速、a s m 排放检测 试验，依据试验结果，研究了双怠速与a s m 稳态工况的排放限值，并对a s m 5 0 2 5 和 a s m 2 5 4 0 的关联性进行了研究。 本文在大量实车试验的基础上，根据陕西省汽车及相关工业的发展状况以及机动车 污染控制的实际情况，制定了在用汽油车和天然气汽车的排气污染物检测标准。 关键词：汽车工程，在用汽车，两用燃料出租车，检测方法，排放特性，检测标准 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o b i l ei n d u s t r ya n das h a r pi n c r e a s eo fv e h i c l e s q u a n t i t y ， v e h i c l ee x h a u s te m i s s i o nh a sb e c o m eam a i ns o u r c eo fa t m o s p h e r ep o l l u t i o n h e r e b y ， c o u n t r i e sa l lo v e rt h ew o r l de s t a b l i s h e dr e l e v a n tr e g u l a t i o n s ，s t a n d a r d sa n dr u l e st oi m p r o v e a t m o s p h e r ee n v i r o n m e n td e t e r i o r a t e dg r a d u a l l ya n dp r o t e c th u m a n h e a l t h c o n t r o lo fe x h a u s t e m i s s i o no fi n u s ev e h i c l e si so n eo fm o s te f f e c t i v em e a n st od e c r e a s et h ea t m o s p h e r e p o l l u t i o n t e s tm e t h o d so fe x h a u s te m i s s i o no fi n u s ev e h i c l e sh a v e b e e nd e v e l o p e df r o m i d l e m o d et od o u b l ei d l em o d ea n ds i m p l i f i e dl o a d e dm o d eg r a d u a l l ya th o m ea n da b r o a d t h e r e a r em a n yk i n d so ft e s tm e t h o d so fe x h a u s te m i s s i o no fi n u s ev e h i c l e s t h e s et e s tm e t h o d si n c i r c u l a t i o nt e s t ，t h ep r i n c i p l eo fg a sa n a l y s i s ，t h et e s tc o s t ，a p p l i c a t i o na r e aa n dt e s ta c c u r a c y g r a d ea r ed i f f e r e n t h e n c e ，s t u d yo fe x h a u s ti n s p e c t i o nm e t h o d sa n de m i s s i o ns t a n d a r d sf o r i n u s ev e h i c l e sa r er e q u i r e du r g e n t l yi ne n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eg e n e r a t i o na n dh a r mo fe x h a u s te m i s s i o no fv e h i c l e sa n dt e s t m e t h o d so fe x h a u s te m i s s i o nf o ri n u s eg a s o l i n ev e h i c l e s ，a n dc o m p a r e st h et e s tm e t h o d s ，a n d a n a l y z e st h ei m p l e m e n t a t i o ns i t u a t i o no ft e s t s t a n d a r d sb a s e do nt h es u r v e yo fc o n t r o lo f e x h a u s te m i s s i o nf o ri n - u s eg a s o l i n ev e h i c l e sa l lo v e rt h ec o u n t r y t h i sp a p e rs t u d i e st h ee x h a u s te m i s s i o n so ff l e x i b l ef u e lt a x i e sb yt h em e a n so ff o l l o w i n g t e s tm o d e s ：i d l em o d e ，d o u b l ei d l em o d e ，a c c e l e r a t i o ns i m u l a t i o nm o d e ( a s m ) s t e a d ym o d e a n di n s t a n t a n e o u sm o d e ( i m ) 19 5 f i r s t l y ，b a s e do nt h er e s u l t so ft h et e s t s ，i tc o m p a r e st h e d i f f e r e n tt e s tr e s u l t su n d e rd i f f e r e n tt e s tm o d e sa n dc a l c u l a t e st h ev e h i c l ee m i s s i o n se f f e c t i v e r e c o g n i t i o nr a t i o so fi d l em o d e ，d o u b l ei d l em o d ea n da s mm o d e ，r e l a t i v e l yt oi m1 9 5 s e c o n d l y ，i tc o m p a r e se m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft a x i e su n d e rd i f f e r e n tt e s tm o d e sa n d a n a l y z e st h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e n t h ee m i s s i o nl e v e l so fc o ，h c ，n o xa n dv e h i c l e s d r i v i n g m i l e a g e s ，w h i c hp r o v i d e ss c i e n t i f i cb a s i sf o rd r a w i n gu pt h ee x h a u s tp o l l u t a n t ss t a n d a r do f i n - u s ev e h i c l e si nv a r i o u sp r o v i n c e s t h i r d l y ，i no r d e rt os h o wi n t u i t i v e l yt h ei n f l u e n c eo f v e h i c l e s d r i v i n gm i l e a g e so ne m i s s i o nv a l u e s ，i tn o to n l ys t u d i e st h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e n d r i v i n gm i l e a g e sa n de m i s s i o np o l l u t a n t s ，b u ta l s os e t su pp a r a b o l ar e g r e s s i o ne q u a t i o n s b e t w e e ne x h a u s te m i s s i o nv a l u e sa n dv e h i c l e s d r i v i n gm i l e a g e s ，a n di d e n t i f i e s t h e s i g n i f i c a n c e so ft h ee q u a t i o n s f o u r t h l y ，i tc a r r i e so u tt h ee x h a u s te m i s s i o nt e s t st of l e x i b l e f u e lt a x i e sb yt h em e t h o do fi n s t a n t a n e o u sm o d e ( i m ) 19 5 ，w h i c hi sc l o s et ot h er e a l o p e r a t i n gc o n d i t i o n so fv e h i c l e s ，a n dc o m p a r e se m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so fg a s o l i n ea n dc n g u n d e ri m19 5 ，t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h ee x h a u s te m i s s i o nl e v e l sa n dv e h i c l e s d r i v i n g m i l e a g e s ，a n dt h ei n f l u e n c eo fb u r n i n gd i f f e r e n tr u l e so ne x h a u s te m i s s i o n s l a s t l y , i tc a r r i e s o u tal o to ft e s t so nr e a li n u s eg a s o l i n ev e h i c l e su n d e ri d l em o d e ，d o u b l ei d l em o d ea n d a s m ， s t u d i e st h ep o l l u t a n t sl i m i t sf o ri n u s ev e h i c l e su n d e rd i f f e r e n tm o d e s ，a n dc o n c l u d e st h e i n s p e c t i n ga s s o c i a t i o nr u l eo fa s m 5 0 2 5a n da s m 2 5 4 0 b a s e do nl o t so fi n s p e c t i o nt e s t s ，t h i sp a p e rh a se s t a b l i s h e dt e s ts t a n d a r d so fe x h a u s t e m i s s i o no fi n u s eg a s o l i n ev e h i c l e sa n dn a t u r a lg a sv e h i c l e sa c c o r d i n gt od e v e l o p m e n ts t a t u s o fa u t o m o b i l ea n dr e l a t e di n d u s t r i e sa n da c t u a ls i t u a t i o no fc o n t r o l l i n ge x h a u s te m i s s i o n so f v e h i c l e so fs h a a n x ip r o v i n c e k e yw o r d s ：a u t o m o t i v ee n g i n e e r i n g , i n - u s ev e h i c l e s ，f l e x i b l ef u e lt a x i e s ，t e s tm e t h o d s ， e m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，t e s ts t a n d a r d s 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 王奉双 2 0 e 髫年门, , 92 0 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 艮安人学硕士学位论文 1 1 课题背景 第一章绪论 目前全世界的汽车总保有量约为8 5 亿辆，平均每8 人拥有一辆汽车。据公安部最 新公布的数据，截至2 0 0 7 年底，我国汽车保有量已达到5 6 9 6 多万辆，占世界8 5 亿辆 汽车保有量的6 7 ，每千人拥有汽车超过4 0 辆，大约每2 2 人一辆汽车。国家信息中 心发布预测称，我嫡从2 0 0 4 年起汽车保有量年均增长率达到1 6 以上，并由此预测， 到2 0 1 0 年我闷汽车保有量将在6 6 5 0 万辆以上，而到2 0 2 0 年，我国汽车保有量将超过 1 3 亿辆。目前我国已成为世界第二大汽车消费市场、第三大汽车生产国和世界汽车工 业的重要组成部分。 汽车是一个流动污染源，使用内燃机做为动力，常用的汽油、柴油等燃料在内燃机 中燃烧时可能产生：一氧化碳( c o ) 、二氧化碳( c 0 2 ) 、氮氧化物( n o x ) 、碳氢化合 物( h c ) 、二氧化硫( s 0 2 ) 和颗粒( p m ) 等有害排放物。 在城市中大气污染物来自不同的污染源，除汽车排放源外，还有工业源、生活源、 第三产业污染源，包括点源、线源和面源。汽车排气污染的分担率反映了汽车排污在 大气污染中所占的比重。已有的研究表明，即使是在汽车排气控制严格、技术水平先进 的发达国家，汽车排气也仍然是大气污染物的一个重要来源，它的分担率较高。据研究， 在大城市中，空气中的c o 、h c 、n o x 等有害气体分别有8 7 、6 1 、5 5 来自汽车排 气。美国大气中c o 的8 4 、h c 的7 0 、n o 、的4 2 来源于汽车的排气；在欧洲，c o 的7 6 、h c 的3 6 和n o x 的5 1 来源于汽车排气眩1 。对国内一些城市大气污染状况的 调查研究结果也得到类似的研究结论口“ 。随着汽车保有量的增加，汽车排气已成为城 市污染的主要污染源。 近年来随着我国经济的高速发展，汽车保有量以年均1 6 以上的速度增长，尤其在 一些中心城市，如北京、上海、广州等，汽车保有量增长速度更快，全国私人汽车的保 有量已达到3 5 3 3 多万辆，占汽车保有量的6 2 0 3 。尽管自上世纪九十年代年以来我国 不断加强了汽车排气污染防治，但由于汽车保有量的不断急速增长，在用汽车的排气对 我国，尤其是对我国中心城市的大气环境的污染同益加重，汽车的排气污染逐渐成为影 响大、中等城市环境质量的重要因素c 5 3 。据环保部门的测试结果表明一些中心城市的中 心区的主要交通道路上的大气污染物浓度严重超标，交通干线上c o 、h c 、n o x 和p m 第一章绪论 浓度均高于全市同期监测结果，市区空气中n o x 浓度在持续上升。目前我国的汽车工业 正以前所未有的速度高速发展，在国内很多大中城市汽车的排气己经成为城市污染的重 要污染源。 控制汽车的排气污染，保护城市空气生态环境已经成为国际汽车产业界耗费大量的 人力、财力、物力不断深入研究的重大课题和战略任务。因此采取有效的尾气排放控制 措施，制定相应的排放法规，研究有效的汽车排气检测方法和分析技术，对于经济的可 持续发展和城市环境治理有着重大的现实意义和深远影响。目前世界上普遍通过立法来 限制汽车排气，世界发达国家，如欧美、日本根据本国的车辆行驶工况、车辆排气总量 与车辆排气控制水平等制定适合自己的汽车排放法规与标准 6 3 0 为了有效地治理环境污 染，各国相继对大气中各种排气污染源的排气提出更严格的控制要求，以控制汽车污染 物排放量，各国在用汽车的排放限值也不断加严。国外已经实行比较有效的在用车的检 测与维护( i n s p e c t i o n m a i n t e n a n c e ，简称i m ) 制度来控制在用车的排气污染。这种制 度包括对各种车辆的定期年检，不定期的道路抽检，车辆使用者定期的维护保养，并对 车辆检测和维修制定出基本检测程序、规定检测装置的规格、规定质量评定方法和技术 能力等要求。i m 制度中，汽油车的排气检测方法有怠速法、双怠速法、加速模拟工况 法( a c c e l e r a t i o ns i m u l a t i o nm o d e ，简称a s m ) 、瞬态工况法( 蹦2 4 0 ) 、简易瞬态工况 法( v e h i c l em a s sa n a l y s i ss y s t e m ，简称v m a s ) 。欧洲和日本的在用车虽然还是实行无 负荷法，但欧洲从1 9 9 4 年8 月至1 9 9 8 年4 月，由希腊、德国、法国、英国、瑞士的有 关研究机构对在用车排气测试规程也进行了深入研究，包括法规认证工况法( n e w e u r o p ed r i v i n gc y c l e ，简称n e d c ) 、瞬态检测法( t o v - a ) 、简易稳态负荷法( 在5 0 k m h 匀速时加载7 k w ) 、无负荷法( 包括高低怠速法测试) ，遥感测试法等。刀。 近年来，针对在用汽车的排放控制和检测，我国相继颁布了有关国家标准和行业标 准。包括：国家标准g b1 8 2 8 5 2 0 0 5 “点燃式发动机汽车污染物排放限值及测量方法( 双 怠速法及简易工况法) ”、环境保护行业标准h j t 2 4 0 2 0 0 5 “确定点燃式发动机在用汽车 简易工况法排气污染物排放限值的原则和方法”等。我国比较完整的在用车排气检测方 法研究体系正在形成。g b l 8 2 8 5 2 0 0 5 中规定了在用车的排气检测方法，汽油车的检测 方法有怠速法、双怠速法、稳态工况法( a s m ) 、瞬态工况法( i m l 9 5 ) 、简易瞬态工况 法( i g l 9 5 ) 8 1 0 另外，我国各省级有关行政主管部门也根据当地实际情况，确定了在用 汽车排放监控方案，并制定了相应的地方在用车排气污染物排放标准。 国外发达国家已经形成比较完善的在用车排放控制体系，取得很多成功的经验。而 2 长安大学硕士学位论文 我国对在用车的排放控制起步较晚，我国的基本国情决定我们不能一蹦而就，因此如何 建立科学的、比较完善的在用车排放控制体系是当前乃至今后一段时间里急需解决的问 题。 1 2 本文的目的和意义 为贯彻中华人民共和国大气污染防治法，防治环境污染，保护和改善生活环境 和生态环境，保障人体健康，在提高新出厂汽车排放等级的同时，我国也加强了对在用 汽车排放的控制和检测。 虽然国家标准g b1 8 2 8 5 2 0 0 5 规定的实施日期为2 0 0 5 年7 月1 日，环境保护行业 标准h j t 2 4 0 2 0 0 5 规定的实施日期为2 0 0 6 年1 月1 日，但由于许多地方不具备检测条 件，没有适合当地可实施的地方限值，因此，这些标准在各地的执行均有所滞后。为了 使陕西省在在用汽车的排放控制和检测方面走在国内前列，有必要尽快制定适合本省具 体情况的在用汽车排放控制和检测的地方性法规。 长安大学承担了国家“8 6 3 ”课题“西安市典型工况下代用燃料汽车运行考核与应用 技术研究项目( 2 0 0 6 a a l1 a l c 9 ) ”之子课题“代用燃料汽车排放检测技术和排放限值设 定研究”的专项研究任务和陕西省环保局项目“在用汽车排气污染检测方法及标准研 究”，这两个课题研究的目的就是通过对国内外在用汽油车排气检测方法的对比试验， 掌握两用燃料汽车吟3 和其它的在用汽油车的排放水平，研究各种检测方法的特性，分 析研究各检测方法关联性、排放限值对我国城市在用汽油车排放检测的适用性。 本文研究的意义在于使得各地的在用汽车排放控制有据可依，研究得出的结论对各 地开展在用汽车排放控制工作，制定地方排放标准可以起到一定的借鉴作用。并可进一 步完善环境保护标准体系，对于促进陕西省节能减排工作顺利进行，改善陕西省环境质 量，推动陕西省汽车工业的发展有着不可忽视的意义。 1 3 本文的主要工作与创新 1 本文主要开展以下几方面的研究 1 ) 在用汽油车排气检测方法的研究 研究了国内外现有的各种在用汽油车排气检测方法，并通过试验对我国各种在用汽 油车的排气检测方法的相关性进行了对比研究。 2 ) 在用汽油车和两用燃料汽车排放特性的研究 3 第一章绪论 引入了新的分析方法开展对两用燃料出租车燃用不同燃料的排放特性以及车辆排 放水平随车辆行驶里程的变化规律的研究。研究在用轻型汽油车双怠速法、a s m 稳态 工况法排气污染物限值；a s m 5 0 2 5 和a s m 2 5 4 0 之间的关联性研究。 3 ) 在用汽油车排放标准的研究 着重研究了国内各地区的在用车排放标准，基于1 ) 、2 ) 中的研究结果对地方在用 车排放标准制定采用的检测方法和限值进行了探讨，提出了各地区在用车排放标准制定 采用的检测方法和限值的原则。 2 本文的主要创新 相关资料表明之前有学者n 们使用统计手法对在用车辆的排放特性展开过研究，但 是仅仅停留在对车辆排放水平与行驶里程的关系进行线性回归的基础上。本文不仅研究 了不同测试工况下，行驶里程对车辆排放水平的影响，而且还对车辆排放水平与行驶里 程的关系进行了多项式回归，并进行了回归模型的显著性检验，更直观的呈现了行驶里 程对车辆排放状况的影响。 本文还选用了典型工况对两用燃料出租车进行了试验，比较和分析了两用燃料出租 车燃用汽油和c n g 的排放特性、车辆排放水平与行驶里程的关系，得出了燃用不同燃 料对出租车排放的影响。可以作为各地制订地方两用燃料汽车排放标准的依据。 本文通过试验较系统地提出了在用汽车不同排气检测工况之间的相关性，得出了定 量结果。 4 长安大学硕i ：学位论文 第二章汽车排气污染物及在用汽油车检测方法研究 2 1 汽车排气污染物 2 1 1 汽车排气污染物的生成 1 c o 的生成机理和影响因素 c o 是含碳燃料未完全氧化而生成的一种中间产物。 c o 的生成条件：缺氧。对内燃机来说，c o 主要在浓混合气燃烧时形成。 在燃烧过程中，c o 这一中间产物又会进一步转换为c 0 2 。在碳氢燃料火焰中，通 常由于o h 浓度较高，c o 氧化成c 0 2 的速度比c o 的形成速度要慢。燃烧室中碳氢燃 料燃烧时生成的c o 含量高于排气中检测到的c o 。 2 h c 的生成机理和影响因素 h c 指未燃烃，是没有燃烧或部分燃烧( 未完全氧化) 的碳氢化合物的总称。 除排气中的未燃烃外，还包括燃料供给系统的蒸发排放及曲轴箱排出( 漏出) 的未 燃烃，但排气中的未燃烃在h c 的生成的总量中所占比例要大的多。 燃料供给系统的蒸发排放可通过活性碳吸附而有效控制，曲轴箱排出的未燃烃可通 过曲轴箱闭式通风而有效控制。 燃烧过程中的生成机理：烃的氧化反应不完全j 壁面激冷”或混合气分布不均， 导致火焰传播中断；狭缝导致的“火焰粹熄”；润滑油或积碳的吸附及释放。 燃烧过程中的生成条件：内燃机主要在浓混合气燃烧时形成。 3 n o 。的生成机理和影响因素 氮气( n 2 ) 和氧气( 0 2 ) 在高温高压下化合生成氮氧化合物。氮氧化合物有n o 、 n 0 2 、n 2 0 3 、1 4 2 0 、n 2 0 5 、n 2 0 4 等。主要是n o ，还有少量n 0 2 ，统称为n o x 。 燃烧过程中，n o 的生成有三种方式：热力型n o 、燃料n o 、瞬发n o 。热力型n o ( 也称热n o 或高温n o ) ，主要是由于火焰温度下大气中氮被氧化而成，当燃烧温度下 降时，高温n o 的生成反应会停止，即n o 会被“冻结”。主要来源于发动机等大多数燃 烧设备。燃料n o 是含氮燃料在较低的温度释放出来的氮所形成。主要来源于低温燃烧 条件下燃烧含有大量有机氮化合物的燃烧设备。瞬发n o 是形成热力n o 和燃料n o 以 外的其他机理所形成，主要是由于燃料产生的原子团与氮气发生反应所产生。主要来源 于最高温度不超过1 6 0 0 k 的湍流扩散火焰中瞬发产生。 5 第二章汽车排气污染物及在用汽油乍检测方法研究 n o 、生成三要素：高温、富( 剩余) 氧、高温持续时间。内燃机主要在稀混合气燃 烧时产生。 4 碳烟( 颗粒) 的生成机理和影响因素 颗( 微) 粒( p a r t i c u l a t em a t t e r ，p m ) ：稀释的排气在5 1 7 ( 1 2 5 下) 或以下通过 滤纸收集到的所有物质( 固态和液态) 。 内燃机的颗粒排放由以下几部分组成：残留物( 主要来自润滑油灰分) ；来自燃料 中的硫和水：来自未燃的燃料、润滑油、重碳氢、碳粒( 烟) 等。其中碳烟是微粒的主 要组成成份。 碳烟产生的条件是高温和缺氧。由于柴油机的混合气浓度极不均匀，尽管总体上是 富氧燃烧，但是局部的缺氧还是导致了碳烟的形成。排气中是否出现碳烟，很大程度上 取决于膨胀期间温度过分下降以前燃料是否能足够快地与空气混合和燃烧。 从形成机理上分析，减少碳烟和控制n o 。生成在一定程度上是矛盾的。 在进行排放检测时，颗粒用颗粒分析系统检测，丽碳烟用烟度计检测。新生产汽车 检测颗粒排放，而在用汽车检测碳烟排放。 2 1 2 汽车排气污染物的危害 1 c o 的危害 。c o 是无色、无味、无臭的易燃有毒气体。c o 和血红蛋白( 血液中输送氧气的载体) 的结合能力是氧气的2 4 0 倍。c o 使血液携带氧的能力降低而引起缺氧。空气中，c o 含 量超过o 1 时就会导致人体中毒。当7 5 的血红蛋白丧失输氧能力时，就会导致人窒 息。 2 h c 的危害 烷烃基本上无味，有麻醉作用，对人的口鼻粘膜有刺激。烯烃略带有甜味，有麻醉 作用，部分烯烃对人的口鼻粘膜有刺激，是造成烟雾的因素之一。 芳香烃具有特殊气味，对人的神经系统有害，1 到2 环的芳香烃有麻醉作用，更多 环的芳香烃被怀疑有致癌作用。 3 n o 。的危害 n o 是无色有毒气体。空气中的n o 含量超过1 5 x 1 0 。6 时，会和血红蛋白结合，若超 过2 0 1 0 ，会影响肺功能。空气中，n o 被氧化成n 0 2 。n 0 2 呈红褐色，具有强烈的刺 激味，n 0 2 对肺和心肌等都有很强的损害作用。 6 长安大学硕上学位论文 4 光化学烟雾的形成和危害 光化学烟雾指h c 和n o 、在阳光作用下发生化学反应而生成的刺激性产物。光化学 烟雾一般发生在逆温层和低风速、空气接近停滞状态，阳光充足的气象条件下。 光化学烟雾的危害： 第一，光化学烟雾中的甲醛、过氧化苯甲醛硝酸酯等对人的眼睛有刺激： 第二，光化学烟雾中的臭氧引起人的胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲倦等； 第三，光化学烟雾中的臭氧对有机物质有损害作用。 第四，哮喘病增多、植物毁坏。 5 碳烟( 颗粒) 的危害 柴油机排放物中的微粒大多小于0 3 u n ，可以被吸入肺叶，并在肺里滑动，造成肺 组织的摩擦损失。微粒碳核上吸附的其它有毒物质被人体吸入，也会对人体造成损害。 微粒还会遮挡阳光，影响气候。碳烟会降低能见度，造成交通不便一2 ，1 3 , m1 5 。 2 2 在用汽油车检测方法 世界在用车排气检测方法较多，大多是依据自己国家的实际情况制定出来的。当前 西方发达国家对在用车排气的治理是与新车排放水平控制相辅相成的，世界在用车排气 检测方法水平的高低与该国的车辆排气控制技术水平相一致。全球汽车排放法规主要有 三大体系，即美国体系、欧洲体系和同本体系。在用车的检测方法主要按有无负荷进行 分类，分为无负荷检测方法和有负荷检测方法两大类 1 6 j 。 美国、日本最早于2 0 世纪6 0 年代起开始控制汽车排气，美国排放法规要求最严，日 本一直紧跟美国。美国从上世纪7 0 年代末8 0 年代初开始对在用车实施i m 制度。现在美 国已经形成了一系列在用车排气检测方法，其中无负荷测试方法包括怠速法和双怠速 法；有负荷测试方法包括a s m 稳态工况法、i m 2 4 0 瞬态工况法、v m a s 简易瞬态工况法。 对于这些测量方法，具体实施哪种，由各州政府根据当地的经济情况及空气质量状况等 因素确定。一般情况是空气污染较严重的州采用工况法，空气质量一般的州采用怠速法 或双怠速法，空气质量优良的州甚至没有检测要求。另外，遥感监测方法和车载诊断系 统也被广泛使用在道路边的实际车辆排气监测中n 1 8 。 欧洲标准是由欧洲经济委员会( e c e ) 的排放法规和欧共体( e e c ) 的排放指令共 同加以实现的，欧共体( e e c ) 即是现在的欧盟( e u ) 。欧洲对于新车的型式认证已经 形成欧洲标准系列。虽然目前在在用车排气检测方面，欧洲、同本对汽油车主要还是采 7 第二章汽车排气污染物及番：用汽油车检测方法研究 取加测过量空气系数九的怠速法或者双怠速法，但欧洲的相关研究机构己研究出简易工 况( 嘶a ) 、汽油车的5 0 一7 ( v d n 测试方法) 等方法，同时进行了大样本数的遥感 测试( r e m o t es e n s i n g ) ，受检车辆超过8 0 ，0 0 0 辆n 6 1 。 我国自1 9 8 3 年开始实施汽车排气污染物的控制标准，之后经过不断的补充、修订和 加严，至1 j 1 9 9 3 年以后陆续颁布了7 项汽车排放标准和相应的7 项测量方法标准，初步形成 了我国的汽车排放标准体系。在在用汽油车排放标准方面，我国现阶段主要还是怠速法 和双怠速法。2 0 0 5 年7 月1 日国家环保部发布实施了g b l 8 2 8 5 2 0 0 5 等一系列排放标准。提 出了针对汽油车的双怠速法、稳态工况法( a s m ) ，瞬态工况法( i m l 9 5 ) 、简易瞬态工 况法( i g l 9 5 ) 等测试方法。 对国外己经形成的在用汽油车排气检测方法进行分类的话，可分为无负荷法，包括 怠速法、双怠速法，与有负荷法，包括a s m 稳态工况法、汽油车的5 0 7 ( v d t o v 稳态测 试方法) 工况法、i m 2 4 0 瞬态工况法、v m a s 简易瞬态工况法、t o v - a 瞬态工况法等。 在我国部分城市己经实行了在用汽油车有负荷测试法，包括a s m 、i g l 9 5 i 贝 试方法。这 些不同的测试方法之间有无对应关系，各种测试方法的优缺点，以及各种测试方法的工 作运转循环是车辆制造方、使用方、检测方、政府环保部门以及排放工作者都十分关注 的问题。 为配合新排放法规的实施，加大对在用车尾气治理的力度，方便广大尾气治理和研 究人员对在用车排气检测方法的了解，现就我国采用的几种在用轻型汽油车的排气污染 物检测方法作简单介绍。 2 2 1在用汽油车检测方法简介 1 无负荷法 1 ) 怠速法 在用车在怠速工况下，测量排气中c o 、h c 体积浓度的方法。它的特点是方法简单、 设备费用低、测试时间短。但怠速只是汽车道路行驶中的一种状况，所测得的结果与汽 车实际运行时所排放的尾气中的有害物质的含量有较大差异，特别是无法检钡1 n o x ，这 是因为n o x 是汽车处在大负荷运行时才产生的一种有害气体，在怠速时，由于排量较小 很难检测到。 2 ) 双怠速法 在用车在怠速工况和高怠速( 即5 0 额定转速) 工况下，测量排气中c o 、h c 体积 长安大学硕上学位论文 浓度的方法。它由国际标准化组织在i s 0 3 9 2 9 中提出，各国普遍认可并采用。国家环境 保护部在颁布的在用汽油车排放法规中，把双怠速法作为基本的测量方法，该方法等同 于欧盟9 2 5 5 愿e c 法规的标准。 双怠速法测量的主要污染物是c o 和h c ，g b1 8 2 8 5 2 0 0 5 规定用双怠速法测量污染物 使用不分光红外分析仪( n d r ) 。双怠速测量的主要优点是对测试仪器的要求不高， 简单易行，对高排放测量有一定的识别率。 无论是怠速法还是双怠速法在实际使用中都存在如下问题： ( 1 ) 怠速法和双怠速法在测试旧的、技术落后的车辆上会取得很好的效果；但在 测试电控汽车、装有三元催化转换器和氧传感器的车辆时，对高污染测量的识别率不高， 因为在三元催化转换器效率下降时，转速相对较低的怠速工况，转换效率可能仍然较高， 而转速相对较高的中、大负荷，转换效率急剧下降。 ( 2 ) 怠速法和双怠速法不适合测试n o x 的排放量。因为在怠速或高怠速时，n o x 排量小，很难检测到。 ( 3 ) 怠速法和双怠速法只是对汽车不具代表性的工况进行测试，不能反映汽车实 际工作时的排放情况。 ( 4 ) 怠速法和双怠速法给化油器车留下作弊机会。车主在检测前可通过调节化油 器怠速螺钉、节气门螺钉将混合气浓度降低，偏离正常的怠速浓混合气设计状态。检测 合格后，为保证车辆顺利起动，再调整恢复到原状态。 ( 5 ) 怠速法、双怠速法和工况法的相关性较差，对高排放车辆的识别率比较低。 2 有负荷法8 1 1 ) a s m 稳态工况法 为了满足对n o 。的排放控制要求，需采用有负荷的测试方法。最简单的有负荷测试 方法是a s m ( a c c e l e r a t i o ns i m u l a t i o nm o d e ，简称a s m ) 稳态工况法，它是1 9 8 8 年由美 国加州西南研究所和s i e r r a 研究所共同研究开发的一种由5 0 2 5 和2 5 4 0 两个稳态工况的组 合工况。 我国的排放标准提出了采用a s m 作为在用车排气检测的一种简易工况法，图2 1 是 该方法的测试规程，它包括a s m 5 0 2 5 和a s m 2 5 4 0 两个典型的等速有负荷运行工况。 9 第二章汽车排气污染物及在用汽油车检测方泫研究 专 4 l ， e j 治2 5 撩 a s m 2 5 4 0 侠速检查i ：况a s m 2 5 4 0 - a s m 5 0 2 5 快速检废i ：况a s m s ( 1 2 5 _ - _ _ _ i 气l52 59 1 ) l l5l52 5 ，j 时问s 图2 1a s m 测试规程 ( 1 ) a s m 5 0 2 5 工况 测试速度为2 5 k m h ，加速度为1 4 7 5 m s 2 ( f t p 7 5 循环中的最大加速度) 时的输出功 率的5 0 作为加载功率。为了实际操作方便，标准规定按试验车辆的基准质量加载，这 时加载功率p 5 0 2 5 _ 车辆的基准质量1 4 8 。 ( 2 ) a s m 2 5 4 0 工况 测试速度为4 0 k m h ，加速度为1 4 7 5 r n s 2 时的输出功率的2 5 作为加载功率。实际操 作时，按车辆的基准质量加载，加载功率p 2 s 4 0 = 车辆的基准质量1 8 5 。 a s m 是有负荷测试，能够测量、判别车辆n o 。排放的好坏，对高排放车辆的识别能 力要好于怠速法或双怠速法。但是a s m 方法的测试工况只有两个车速，工况单一，与汽 车实际行驶时的排放状况仍有差异。这两个工况下的排放即使合格，并不能保证其它工 况下的排放也合格。而且车辆在实际使用过程中排放较差的加速、减速工况所占的比例 较大，因此这种方法并不能判别加减速过程的排放优劣。 a s m 的另一不足之处是该方法基于污染物排放浓度而不是排放质量。发动机排量小 的车辆排放质量少，排量大的车辆排放质量多，但其排放浓度却有可能相回。因而a s m 对不同发动机排量的车辆是欠公允的。 2 ) 瞬态工况法 ( 1 ) 订2 4 0 瞬态工况 i m 2 4 0 试验工况采用美国联邦新车型式认证用测试规程f t p 曲线h i j 0 3 3 3 秒的两个 峰，经修改缩短为2 4 0 秒。测试设备的工作原理同新车试验的要求一致。 采样装置与分析仪器与新车试验一致。采样系统为定容稀释取样( c o n s t a n tv o l u m e s a m p l i n g ，简称c v s ) 。分析仪器为c o 用不分光红外分析仪( n d i r ) ，h c 用氢火焰离 1 0 k 安人学硕十学位论文 子分析仪( f d ) ，n o x 用化学发光分析仪( c l a ) 。最后的测试结果以g k i n 表示。 i m 2 4 0 特点测试结果与f t p 结果有很好的相关性。3 种污染物的相关因子可达到：c o 为9 1 8 ；h c 为9 4 7 ：n o x 为8 4 3 。同时，i m 2 4 0 对三种污染物的测试结果相对于f t p 结果的离散性很小，所以i m 2 4 0 的错判率很低。i m 2 4 0 是一种技术含量高的检测方法， 设备费用昂贵，维护比较复杂，检测时间较长，对检测人员有较高的要求。 ( 2 ) i m l 9 5 瞬态工况 国家环保部在新的在用车排放标准中提出了i m l 9 5 瞬态工况，i m l 9 5 瞬态工况与 g b l 8 3 5 2 1 2 0 0 i 轻型汽车污染物排放限值及测量方法( i ) 中规定的新车型式认 证工况的第一阶段的第一个循环工况完全相同，循环测试时间为1 9 5 s ，故称i m l 9 5 。它 包含了怠速、加速、减速、稳速等共1 5 种工况，较为全面地模拟了车辆在路面的行驶情 况。测试工况曲线见图2 2 。 5 01 0 01 5 0 肘间t ，基 图2 2我国瞬态工况法( 1 9 5 ) 运转循环 图2 2 中的剖面线表示换档，实线为理论工况线，虚线为检测车辆实际运行曲线。 除了试验循环，瞬态工况i m l 9 5 和i m 2 4 0 采用的气体分析原理和废气采样系统完全相 同。 3 ) 简易瞬态工况法 ( 1 ) i g 2 4 0 简易瞬态工况 i g 2 4 0 简易瞬态工况是相对于i m 2 4 0 瞬态工况来说的，i g 2 4 0 与i m 2 4 0 的试验循环完 全相同，两者不同的是采样系统和气体分析仪采用的原理不同。 i m 2 4 0 采用的是c v s 定容取样，i g 2 4 0 采用的是汽车排放总量分析系统( v e h i c l e 1 l d 0 5 2 o 5 o d 柏 豁 ； 加 埒m o 一711毫_一每磺矾刑 第二章汽车排气污染物及在用汽油车榆测方法研究 m a s s a n a l y s i ss y s t e m ，简称v m