（精密仪器及机械专业论文）车辆排气污染物测试技术研究与工程实现(精密仪器及机械专业优秀论文).pdf

摘要 车辆排气污染物测试技术研究与工程实现 研究生姓名：闵永军导师姓名：翟羽健教授 学校名称：东南大学 摘要 工况法汽车排气污染物测试技术严重制约着我国i m 制度的实施。本文通过理论与试验研究相 结合的方法，重点研究了在用汽车捧气污染物a s m 和v m a s 测试工况控制方面的相关理论，技术和应 用问题，研究成果不仅对a s m 和v m a s 测试工况的控制具有理论意义和工程应用价值，而且对同类其 它车辆、发动机试验台的控制也有重要参考价值。 本文构建了工况法汽车排放测试系统，通过汽车在底盘测功机上运行状态的动力学分析，建立 了汽车行驶阻力的底盘测功机模型。基于驱动轮转动动态特性相同的原理，建立了汽车惯量电模拟 概念，推导了惯量电模拟模型，为汽车行驶阻力的工况法测试和惯量的电模拟提供了理论依据。 通过理论分析和试验研究，阐明了风冷电涡流测功器吸收扭矩同时受励磁电流和转速影响，参 数非线性、时变和响应速度慢的性能特点，提出了风冷电涡流测功器控制用吸收扭矩的稳态和动态 特性模型，为控制方法的研究提供了必要的基础。 设计了a s m 和v m a s 汽车捧放污染物测试工况人机复合控制的具体方案：为降低转速变化对电涡 流测功器吸收扭矩控制的影响，提出了测试工况扭矩车速反馈预测补偿解耦控制方案。 应用模糊控制理论和技术。设计并开发了基于p f u z z y - p i 复合控制的a s m 测试扭矩控制器：提 出了通过规范驾驶操作，应用预测方法适时改变测功器加载扭矩的设定值，解决了惯量电模拟中汽 车瞬时加速度测量不准的问题。p + f u z z y + p i 复合控制不仅具有良好的动、稳态性能，而且系统的鲁 棒性强，解决了风冷电涡流测功器参数时变和非线性引起的控制难题；预测控制方法的应用明显地 提高了惯量电模拟扭矩的实际响应速度和惯量电模拟的精度。 应用预测控制和解耦控制理论和技术，设计并开发了基于d m c ，具有模型增益自校正和解耦功 能的v m a s 测试扭矩控制器。d m c 预羽i 控制提高了测功器扭矩控制的响应速度：模型增益的自校正改 善了控制的鲁棒性，提高了系统对被测车型和测试条件的适应性：采用车速反馈预测补偿解耦，有 效降低了v m a s 测试扭矩响应的最大冲击值。 研究了工况法汽车捧放测试中测功器加载扭矩的设定及其工程实现的方法。提出了开发大直径 工况法汽车捧放污染物测试用底盘测功机的机理。开发了基于车轮力传感器的底盘测功机上轮胎滚 动阻力( 系数) 的测试系统，为深入研究轮胎在滚筒上的滚动阻力提供了新方法。 开发了a s m 和v m a s 汽车排放污染物测试工况控制试验系统，试验结果表明，系统方案合理，总 体设计可行，解决了工况法汽车排放污染物测试的核心技术。 关键词：a s m & v m a s ，捧气测试，惯量模拟，工况控制，模糊控制，预测控制，滚动阻力，在用汽车 东南大学博士学位论文 r e s e a r c ha n de n g i n e e r i ga p p l i c a t i o no ft e s t t e c h n o l o g yf o re x h a u s tp o l l u t a n t sf r o mv e h i c l e s a p p l i c a n t ：m i ny o n g - j u ns u p e r v i s o r ：z h a iy u - j i a n s u b m i t t e dt o ：s o u t h e a s tu n i v e r s i t y a b s t r a c t t h e1 0 w l e v e lt e s t i n gt e c h n o l o g yf o rv e h i c l ee x h a u s tp o l l u t a n t su n d e rd r i v i n gm o d ec o n d i t i o nr e s t r i c t s b a d l yt h ei m p l e m e n to fi n s p e c t i o n m a l m e n e n c es y s t e mi no u rc o u n t r y t h et h e o w , t e c h n o l o g ya n d a p p l i c a t i o no fc o n 廿o la b o u ta s ma n d ”i 私sr u n n i n gm o d ea r er e s e a r c h e dt h e o r e t i c a l l ya n d e x p e r i m e n t a l l y t h er e s u l t sh a v et h e o r e t i cs i g n i f i c a n c ea n de n g i n e e r i n ga p p l i e dv a l u ef o rc o n t r o lo fn o t o n l ya s ma n dv m a s t c s tb u ta l s oo t h e rk i n d r e dv e h i c l e se n de n g i n et e s t - b e d s t h es c h e m eo f v e h i c l e se x h a u s tt e s t i n gs y s t e mu n d e rp r e s c r i b e dd r i v i n gm o d ec o n d i t i o ni sc o n s l ：r 1 i c t e 正 n em o d e lo fv e h i c l e sr u u n i n g 他s i s t e n c eo nc h a s s i sd y n a m o m e t e ri se s t a b l i s h e db ym e a n so fd y n a m i c s a n a l y z i n gf o rt h ev e h i c l e sr u n n i n g0 1 1r o a de n do l lt h ec h a s s i sd y n a m o m e t e r b a s e do nt h ep r i n c i p l et h a t r o t a t i n ga c c e l e r a t i o no fd r i v i n gw h e e lo nt h ec h a s s i sd y n a m o m e t e ri se q u a lo nr o a d , e l e c t r i c a ls i m u l a t i o n c o n c e p t i o no f v e h i c l ei n e r t i ai sp u tf o r w a r de n dt h ec o r r e s p o n d i n gm a t h e m a t i c a lm o d e li se s t a b l i s h e d t h e t h e o r e t i cb a s e so f e l e c t r i c a ls i m u l a t i o nf o rv e h i n l er u n n i n gr e s i s t a n c ee n di n e r t i aa r eo f f e r e d t h ep e r f o r m a n c ec h a r a c t e r so fa i rc o o l i n ge d d yc u r r e n td y n a m o m e t e ra r ea n a l y z e db yt h e o r e t i c a n a l y s i se n de x p e r i m e n tr e s e a r c h 1 1 1 er e l a t i o n s h i p sa m o n ga b s o r b i n gt o r q u e m a g n e t i z i n gc u r r e n te n d r o t a t i n gs p c c dm n o n l i n e a r , t i m e - v m y i n g 1 1 l ea b s o r b i n gt o r q u er e s p o n d i n gf o rm a g n e t i z i n gc u r r e n ti ss l o w , w h i c h o f f e r s t h e n e c e s s a r y h a s i s f o r r e s e a r c h i n g t h e m e t h o d so f r u n n i n g m o d e c o n t r 0 1 1 h ed e t a i l e dp r o j e c to fh u m a n - c o m p u t e rc o m p o u n dc o n w o i sa b o u ta s me n dv a m si sd e s i g n e d t 0 r e d u c et h ea b s o r b i n gt o r q u ei n t e r f e r e n c eo f e d d yc u r r e n td y n a m o m e t e rc a s e db yv a r i a b l er o t a t i n gs p e e d , t h e d a c o u p l i n gc o n 口o lp r o j e c to fc o m p e n s a t i o nt o r q u ei sp u tf o r w a r d , w h i c hc o m p e n s a t i o nt o r q u ei s d e t e r m i n e db yt h ef e e d b a c ke n dp r e d i c t i o no f v e h i c l es p e e do rt e s t i n gc o n d i t i o n s t h e 由m 蛐o m 锄ht o r q u ec o n t r o l l e ro fa s mi sd e s i g n e de n dd e v e l o p e db a s e do np - f u z z y - p i c o m p o u n dc o n t r 0 1 i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mt h a tv e h i c l ei n s t a n t a n e o u sa c c e l e r a t i o nc a nn o tb et e s t e x a c t l y , t h em e t h o da p p l y i n gt h ep r e d i c t i v em e t h o dt oc h a n g et h es e t t i n gv a l u eo f t h et o r q u el o a d e db yt h e d y n a m o m e t e rw i t hn o r m a t i v ed r i v i n go p e r a t i o ni su s e d , s ot h ev e h i c l ei n e r t i ac k l lb es i m u l a t e de l e c l r i c a h y p - f u z z y - p lc o m p o u n dc o n 船o l l e rh a sn o to n l yg o o dd y l l a m i ce n dh o m e o s t a t i cc a p a b i l i t yb u ta l s og o o d r o b u s t n e s s , w h i c hs o l v e st h ec o n t r o lp r o b l e m sa r o u s e db yt i m e - v a r y i n ga n dn o n l i n e a rp a r a m e t e r so fa i r c o o l i n ge d d yc u r r e n td y n a m o m e t e r b e s i d e s , t h ea p p l i a n c eo f p r e d i c t i v ec o n t r o li m p r o v e sa c t u a lr e s p o n s i v e s p e e d o f 血e t o r q u e e n d t h e p r e c i s i o n o f i n e r t i a e l e c t r i c a ls i m u l a t i o n g r e a t l y t h ed y n m n o m e t e rt o r q u ec o n t r o l l e ro fv m a si sd e s i g n e da n dd e v e l o p e db a s e do nd m ce n d d e c o u p h n gc o n t r 0 1 t h ed m cw i t hf u z z ys e l f - c o r r e c t i n gg a i nc o e f f i c i e n te n df e e d b a c kw e d i 曲v e c o m p e n s a t i o nd e c o u p l i n gi su s e d d m cp r e t i e t i v ec o n t r o li m p r o v e st o r q u er e s p o n s i v eo fd y n a m o m e t e r t h ef o = ys e l f - c o r r e c t i n go f m o d e lg a i ni m p r o v e st h er o b u s t n e s so f c o n t r o la n dt h ea d a p t a b i l i t yo f v e h i c l e t y p e st e s l e de n dt e s t i n gc o n d i t i o n s a tt h e & 皿et i m e t h ef e e d b a c kp r e d i c t i r ec o m p e n s a t i o nt o r q u e d e c o u p h n gf o rv e h i c l es p e e dr e d u c e st h em a x i m u mi m p a c t m gt o r q u ev a l u eo f v m a st e s t i n ge f f e c t i v e l y t h ee n g i n e e r i n gs e r i n gm e t h o d so f t h et o r q u el o a d e db yd y n a m o m e t e ro l lv e h i c l ee x h a u s tt e s tu n d e r d r i v i n gm o d ec o n d i t i o na l er e s e a r c h e d 1 1 艟m e c h a n i s mt od e v e l o pt h ec h e s s i sd y n a m o m e t e rw i t hb i g g e r d i a m e t e rr o l l e r si sp u tf o r w a r d an e wr o l l i n gr e s i s t a n c e ( c o e f f i c i e n t ) t e s ts y s t e mi sd e v e l o p e db a s e do n w h e e lt o r q u es e u s o r , w h i c ho f f e r san e wm e t h o df o rd 唧l yr e s e a r c h i n gt h er o l l j n gr e s i s t a n c eo f t h ew h e e l s o nt h er o l l e r s a ne x p e r i m e n t a ls y s t e mt h a tc 锄s i m u l a t ew o r k i n gm o d ec o n t r o lo f a s me n dv a m st e s ti sd e v e l o p e d t h ee x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h er a t i o n a l i t yo f t h es y s t e m i cp r o j e c te n dt h ef e a s i b i l i t yo f t h et o t a ld e s i g n , w h i c hs o i v c o r et e c h n o l o g yp r o b l e m so f v e h i c l ee x h a u s tt e s tu n d e rd r i v i n gm o d ec o n d i t i o n k e y w o r d s ：a s m & v m a s ；e x h a u s tt e s t ；i n e r t i as i m u l a t i o n ；d r i v i n gm o d ec o n t r o l ；f u z z yc o n t r o l ； p r e d i c t i v ec o n t r o l ；r o l l i n gr e s i s t a n c e ；i n - u s ev e h i c l e s 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 1 l ， 研究生签名：庄j 坚盖 导师签名： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 1 1 1 汽车排放对城市空气质量的影响 汽车改变世界的机器，汽车的出现推动了人类文明的发展，汽车工业和汽车运输业的发展 强有力地推动了经济的发展。近年来，我国汽车行业超常规发展，2 0 0 3 年我国汽车产量达到4 “4 万辆，汽车销量达到4 3 9 万辆，已成为世界上汽车第四大生产国和第三大消费国，汽车产业已成为 我国工业第五大支柱产业。2 0 0 4 和2 0 0 5 年我国汽车产销量继续快速增长，2 0 0 5 年生产汽车5 7 0 7 万辆，销售汽车5 7 5 8 2 万辆。随着汽车工业的快速发展，汽车保有量迅速增长，2 0 0 5 年底我国汽 车保有量超过3 0 0 0 万辆，汽车已成为当代中国社会最重要的交通运输工具，极大地改善了人们的出 行条件“1 。但随着汽车保有量的急剧增加，也带来不少社会问题，汽车排放污染问题就是全世界普 遍关注的焦点之一”。 汽车废气中含有2 0 0 多种有害物质，其中h c 、c o 、n o x 及颗粒是主要污染物。随着汽车保有量的 快速增加，机动车污染捧放已成为很多城市空气污染的主要来源，2 0 0 0 年前后，国内外部分城市机 动车捧放的c o 、眦和n 0 x 三种污染物，在各种来源的大气污染物中的分担率如图1 - i 所示”“。 2 0 0 4 年6 月国家环保总局公布资料显示，2 0 0 3 年全国机动车h c 、c o 和n o i 排放量已分别达到8 3 6 1 万吨、3 6 3 9 8 万吨和5 4 9 2 万吨，分别是1 9 9 5 年的2 5 l 、2 0 5 和3 0 1 倍；而同期其他主要大气 污染物如二氧化硫、烟尘和工业粉尘的排放总量则平均下降了1 5 左右。北京、上海、广州等大城 市机动车排放的c 0 和l j c 所占比例都在8 0 5 以上；身为第一批环保模范城市的深圳市机动车排放的 n 0 x 、h c 和c 0 分别占排放总量的6 4 9 、7 0 6 和9 4 矾；许多城市c 0 和n 0 x 浓度呈上升趋势，造成 城市n n 浓度上升的主要原因之一是汽车排气污染；今后随着城市煤烟型污染控制取得成效，城市机 动车排放污染对空气质量的影响将越来越突出。从环境变化的趋势分析，如果不能有效控制机动车 污染，到2 0 1 0 年，我国6 6 1 个大中城市中将有4 0 0 个城市的环境空气污染会从煤烟型转化为机动车 污染型。这种状况在1 0 0 万人口以上的大城市将表现得更为明显“”。 图i - 1 部分城市机动车排放污染物分担率图 研究表明，汽车排放是低空排放，汽车排出的高浓度c 0 和n n 主要出现在城市主要道路两侧和 交通密集区域，与行人的距离最近，同样的排放量，行人对汽车排放污染的摄入量是对电厂排放污 染摄入量的3 0 倍，因此汽车捧放对低空大气环境污染和人体健康危害更大。另外，汽车排出的h c 与n o - 在强烈的日光作用下会进一步发生化学反应，形成浅蓝色光化学烟雾，它包含有臭氧( 仍) 、醛 类、硝酸酯类( p a n ) 等多种复杂化合物，这些化合物都是光化学反应生成的二次污染物，毒性很 彖南大学博十学位论史 大，当遇不利于扩散的气象条件时，烟雾会积聚不散，造成大气污染事件“。据报道，1 9 9 5 年5 月。 成都出现国内首次光化学烟雾，紧接着1 9 9 5 年6 月，在卜海叉出现光化学烟雾，北京和南宁也分别 于1 9 9 8 年和2 0 0 1 年发生过光化学烟雾现象。 1 1 2 汽车排放污染防治技术政策 曰益严重的城市大气污染问题已成为我国，特别是城市经济发腱和社会进步的障碍，同时还影 响到我国的国际形象，我国政府对汽车排放造成的城市环境问题十分重视，采取了r 系列措施：1 9 9 9 年4 月由科技部和国家环保总局领导启动以降低汽车排放污染，净化空气，改善环境为总目标的“清 洁汽车行动”：1 9 9 9 年6 月，国家环境保护总局、科学技术部和国家机械工业局联合发布机动车 排放污染防治技术政策；2 0 0 0 年4 月2 9 日修订通过的中华人民共和国大气污染防治法专列第 四章防治机动车船排放污染等。 中华人民共和国大气污染防治法提出：中国环境保护远景目标是重点城市应达到国家大气 环境质量二级标准。为尽快改善城r i 环境空气质量依据各城市大气污染分担率，在控制城市固定污 染源排放的同时，应加强对流动污染源的控制。由于绝大多数机动车集中于城市，应荸点控制城市机 动车的排放污染。 汽车排放污染控制是一项蕈大复杂的系统工程，就汽车技术而言，发达国家和我国部分城市汽 车排放污染治理的实践经验和教训表明，控制汽车排放污染最有效的措施丰要是两条：是制定严 格且可行的汽车排放法规推动汽车生产企业开发和应用汽车排放控制新技术，开发新能源动力汽 车，降低出厂新车的污染物排放量；二是对在用汽车执行严格的i m ( i n s p e c t i o n m a i n t e n a n c e = | 睑 测维护) 制度，确保在用汽车排放控制系统正常工作o “3 】“7 ”“。 减少汽车排放污染首先要从源头控制，即抓好新生产车的排放控制，这就要制定和实施排放法 规和强制性排放标准。目前美国、日本和欧洲的汽车排放法规是世界三个主要法规标准体系，许多 国家都不f 列程度地采用这些法规和标准。 美国是世界上汽车排放控制最早、也是最严格的国家，在6 0 年代中期，美国开始执行汽车污染 物排放标准。美国排放法规可分为联邦排放法规和加利福尼亚州排放法规。美国联邦排放法规落后 加利福尼亚州排放法规l 2 年。自2 0 世纪6 0 年代加州政府颁布世界上第一个车辆排放控制标准 后，美国联邦政府从1 9 7 0 年开始制订一系列车辆排放控制标准。从表1 一l 中可看出，美国联邦排放 法规越来越严格，目前执行的标准限值与控制前相比，单车排放的氧化碳、碳氢化合物和氮氧化 物分别降低9 8 ，9 9 和9 5 “”。 表1 - 1 美国联邦政府轿车、小客车排放法规( g m i l e ) 实施年限c oh cn o x 一1 9 7 08 4 l o ，6 4 1 1 9 7 1 1 9 7 23 44 1 无规定 1 9 7 3 1 9 7 42 83 0 3 1 1 9 7 5 1 9 8 01 51 53 1 1 9 8 1 7 9 9 43 4o 4 ll _ 0 1 9 9 5 2 0 0 53 40 2 50 4 2 0 0 5 -1 70 1 2 50 2 注：i m i l e = 1 6 0 9 k m 联合国欧洲经济委员会从1 9 7 0 年开始以e c e r l 5 法规的形式控制轻型汽油车排气污染物和曲轴 箱污染物排放，以后限值每3 4 年修订加严一次，到1 9 8 4 年，逐渐形成了e c e r l 5 - o i ，e c e r l 5 0 2 ， e c e r l 5 - 一0 3 ，e c e r l 5 一- 0 4 号限值。随着欧洲一体化进程的深入，自2 0 世纪9 0 年代始推行了更加严格 的排放法规，对汽车废气排放的限制越来越严厉，相继出台了欧洲i 号、号直至号标准。轻型 汽油车排放限值的变化情况如图卜2 所示。与欧洲i 号排放法规相比，欧洲号排放法规各种污染 物的排放限值分别降低了6 3 8 2 。 t s o 2 第一章绪论 l 辨62 0 2 a 盹2 8 实麓年限 图l - 2 欧洲轻型汽油车捧放限值的变化 我国汽车排放控制，始于上世纪8 0 年代初。白8 0 年代末起，我国的轻型汽车、重型柴油车、 摩托车捧放法规，移植采用了欧洲捧放标准体系。1 9 9 9 年，在汽车捧放法规方面，我国机动车= 日f 放污染防治技术政策明确提出：新生产轿车的捧放控制水平，在2 0 0 0 年达到欧洲第一阶段水平 ( 9 1 “1 髓c 和9 3 5 9 e e c ) ；最大总质量小于等于3 5 吨的轻型汽车，型式认证产品的排放控制水 平，在2 0 0 0 年后达到欧洲第一阶段水平：所有轻型汽车( 含轿车) ，于2 0 0 4 年前后达到欧洲第二阶 段水平( 9 4 1 2 e c 和9 0 6 9 e c ) ，2 0 1 0 年前后争取与国际捧放控制水平接轨：重型汽车( 最大总质 量大于3 5 吨) 与摩托车，于2 0 0 1 年前后达到欧洲第一阶段水平( 9 1 5 4 2 e e c ) 中第一阶段限值的要 求，2 0 0 5 年前后，柴油车达到欧洲第二阶段水平( 9 1 5 4 2 e e c ) 第二阶段限值的要求，2 0 1 0 年前后 争取与国际排放控制水平接轨。据此，1 9 9 9 年，国家质量技术监督局，批准发布了6 w p b1 - - 1 9 9 9 轻型汽车污染物捧放标准和g b l 4 7 6 l 1 9 9 9 轻型汽车排放污染物限值及测试方法2 0 0 1 年， 国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局，批准发布了6 8 1 8 3 5 2 1 - - 2 0 0 1 轻型汽车污染物 排放限值及测试方法( i ) ( 相当于欧i 标准) 和c , b 1 8 3 5 2 2 - - 2 0 0 l 轻型汽车污染物排放限值及测 试方法( ) ( 相当于欧i i 标准) 。这些标准等效采用欧洲经济委员会( e c e ) 汽车技术法规体系。明确 提出了轻型汽车污染物捧放阶段性目标限值，规定了轻型汽车排放污染物的型式认证和生产一致性 检查试验的捧放标准值、捧放控制装置的耐久性要求及测试方法。上述标准在全国范围内顺利贯彻 实旌，北京市和上海市分别于2 0 0 3 年1 月1 日和2 0 0 3 年3 月1 日提前实施了欧i i 标准。2 0 0 5 年4 月1 5 日，国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局批准发布了g b1 8 3 5 2 3 - - - 2 0 0 5 轻型汽 车污染物排放限值及测试方法( 中国i 、阶段) ，规定2 0 0 7 年7 月1 日开始实施。北京市已自2 0 0 5 年1 2 月3 0 日起，提前执行国家部分第三、四阶段机动车捧放标准。新的法规和标准的实施极大地 推动了排放控制技术在新生产汽车上的应用，使我国新生产汽车的排放控制水平发生了质的飞跃， 显著缩短了与发达国家的差距，保证了新投入使用汽车捧放污染得到有效控制。 新车排放控制水平的提高，对汽车捧放污染控制十分重要，但仅仅靠加严新车标准并不能够完 全控制汽车的污染排放，若不对在用车进行控制，汽车排放的劣化将会使控制新车排放的努力大打 折扣。因为汽车是一耐用消费品，在相当长的使用寿命内，随着汽车累计行驶里程( 或时间) 的增 加，由于汽车零部件的磨损、老化、结胶、积炭和调整维护不当等原因捧放控制系统的性能总体上 必然下降，导致汽车排放性能恶化，即汽车捧放性能劣化。排放控制性能劣化的汽车，若能得到及 时维修，则可使各排放控制系统性能恢复，有效减缓劣化趋势，反之则可能加速劣化。根据欧美发 达国家的研究，在用汽车中数量上占5 的的高排放汽车的污染物排放量占在用汽车污染物总排放量 的2 5 9 6 左右，1 嘶1 5 的高排放汽车的污染物捧放量占在用汽车污染物总排放量的5 册6 嘶。北京 市1 9 9 8 年年检结果显示，占轿车总数2 0 的怠速c o 高捧放车( 怠速c 0 浓度不低于麟) 的c o 丰| 放量 占轿车总排放量的5 0 以上。上海市轻型在用汽油车的统计分析结果是1 5 2 0 的高排放车污染量 占在用车污染物总污染量的6 嘣8 0 9 6 。显然，找出并治理好在用汽车中数量上占1 0 朴1 5 的高排放 3 3 5 2 5 l 右 8 2 1 n 童、)|i一氍楼枯 东南大学博十学位论文 汽车对汽车排放污染的总体控制具有重大意义，因此芙、欧、同等发达国家在上世纪八十年代初就 开始实施以治理高排放在用汽车为重点、以检测、维护和修理为主要手段的在用汽车排放控制i m 制度“。 我国机动车排放污染防治技术政策中明确规定：加强车辆维修、保养，使其保持良好的技术 状态，是控制在用车污染排放的摹本蟓则。在用汽车的排放控制应以强化i m 制度为主，并根据各城 市的具体情况采取适宜的鼓励车辆淘汰和更新措施。完善城市在用车i ，m 管理制度加强检测能力 和网络的建设强化对在用汽车的排放性能榆测，强制不达标车辆进行维修保养，保证车辆发动机处 于正常技术状态。逐步建立汽车维修企业的认可制度和质量保证体系，保证维修后的车辆排放污染物 达到国家规定的标准要求。汽车及其发动机生产企业，应在其产品使用说明书中，专门列出维护排放 水平的内容为在用车的i a i 制度提供技术支持。在机动车排放污染防治技术政策附件一机动 车排放污染防治技术指南中指出：实施车辆的i m 制度是最经济、合理、科学，有效的控制在用车 排放的措施。要大力加强在用车i m 制度，使车辆保持正常的技术状态，努力达到出厂时的排放水 平。 虽然i m 制度已被我国确定为实施在用汽车污染排放控制的幕本原则，在汽车i m 制度和汽车 排气污染物检测方法方面，北京、上海和广州等地也已从2 0 0 1 年前后开始进行有益的探索和推广应 用，但总体上，我国的理论研究和治理经验尚处起步阶段，要真正实现我国城市汽车排放污染的高 效控制，必须加强在用汽车i ，m 技术规范与管理体系的研究，在用汽车排放污染物测试技术是其中 的重要研究内容之一。 1 2i m 制度及汽车排气污染物测试方法 i 2 1i m 制度“”3 所谓汽车i m 制度，就是以汽车排放控制为核心的在用汽车检测与维护制度，其基本原则是抓 住1 0 1 5 的高排放汽车，强制进行维护和修理治理，使汽车排放控制装置保持良好的技术状况， 实现在用汽车排放污染的总体控制。i m 制度的作用主要表现在两个方面：一是通过一定的检测方 法识别出占在用车总数1 0 1 5 o 、排放控制系统状态不佳、排放明显超标的高排放汽车( 美国加 州汽车维修局认为超过标准2 倍的汽车即为高排放汽车) ；一是加强汽车( 重点针对高排放汽车) 排放 超标故障诊断，根据诊断结果采取相应的维护或修理措施，使这些汽车的排放水平达到或接近达到 原车最佳水平。保证在汽车的整个牛命周期中。排放控制系统能一。直正常发挥效用，充分发挥汽车 自身的排放净化能力。在i m 制度基本原则指导下，i m 制度排气污染物检测所采用的判断标准。 即所谓的排放限值，具有如下特点：每年通过检测本地区一批( 美国是1 5 0 0 辆左右) 在用汽车确定排 放限值，找出属_ f1 0 1 5 的高排放汽车，进行荤点维修治理。当这l o 1 5 的高排放汽车得到治 理后，再更新排放限值，并找出新的限值下属于1 0 1 5 的高排放汽车，对其进行重点维修治理。 在用汽车排放限值每年或每半年更新一次，不断收紧。i m 制度通过不断治理并不断收紧排放限值， 从而把在用汽车对大气的污染减小到最低限度。由f 城市汽车主要是汽油轿车和轻型卡车，目前i m 制度主要适用于汽油轿车和轻型卡车。发达国家汽车排放污染治理实践证明，实施i m 制度是目前 在用车排放治理最有效的方法。 i m 制度包括在用车排放污染的检测方法( 检测设备、检测工况及操作- 艺) ，排放限值的确定， 检测站资格认定，不合格车辆的维修，整个系统的网络管理和向公众宣传教育等一系列规范、标准、 程序和内容。其中以下两点是关键：是选择一一种适合本地区的科学、有效、经济且便于实施的汽 车排放检测方法，并根据采用的检测方法制定出科学合理的排放限值；二是确定合理的汽车排放控 制系统的维修作业规范。 i 2 2 在用汽车排气污染物测试方法 要使i m 制度的实施取得理想的汽车排放控制实际效果，准确且高效地捕捉出高排放在用汽车 4 第一章绪论 是关键。高排放在用汽车的识别有赖于汽车捧气污染物检测的方法。汽车捧气污染物的检测方法包 括检测工况、检测设备和操作工艺等。全世界公认汽车排放研究和法规美国领先，其i m 制度的排 放检测内容一般包括三大项：目视检查，功能检测和捧气污染物检测，三项检测中任一项不合格就 判定整个排放检测不合格；但捧气污染物检测是排放检测中最关键的项目，只有这项检测才能裁定 被检汽车是否是高排放汽车。 根据检测工况和参数不同，在用汽油车捧气污染物检测分为怠速和双怠速法、遥感检测法和工 况法三大类。 怠速法就是在发动机正常怠速运转工况下，测量捧气管排出的废气中c 0 ，h c 的容积排放浓度， 评价汽车的捧放性能，它是一种传统的废气检测方法。双怠速法是怠速法的改进方法，我国于1 9 9 9 年提出，分别测量被检汽车发动机处于正常怠速和高怠速( 额定转速的5 0 ) 工况下。排气管排出 的废气中c o 、h c 的容积排放浓度，并根据这两个工况下的测量结果。综合评定汽车的排放性能。自 上世纪8 0 年代中后期，我国开展在用汽车排放测试以来，全国大部分地区一直沿用怠速法，近年来， 少量城市开始采用双怠速法。怠速和双怠速法汽车排气检测方法，存在以下不足：检测工况与汽车 实际运行工况差别大，本质上只能评价怠速和高怠速工况下发动机的排放性能；从n o x 生成机理可知， 汽油发动机尾气中的n o x 主要是热力型n o ，根据前苏联泽尔多维奇( z e l 曲y i c h ) 1 9 4 6 年提出的反应机 理，其生成条件是高温( 大于1 6 4 ) 0 ) 和富氧( 过量空气系数为1 1 左右) 且持续一定的时间，因此， 怠速和双怠速法只能检测c 0 和h c ，不能检测n o , 的排放情况；对闭环电控发动机加三效催化转化器 汽车排放系统的性能不能正确评价等。因此，怠速或双怠速法不能满足目前我国i m 制度实施的要 求。 遥感检测法，是在一定宽度的道路两旁，放置废气检测设备并安置摄像机，自动不问断地检测 通过检测路段的汽车的排放状况，摄像机用于记录被检车辆车牌号，用于实施i m 管理。虽然遥感 检测法检测的汽车状态是实际行驶工况，检测结果与工况法有良好的相关性，且检测速度快( o 5 s ) ， 检测方便，但其检测精度低，只宜作为汽车进站检测的补充，用于捕捉严重超标的高排放汽车( 美 国将遥感检测的排放限值设置为工况法限值的l o 倍以上) 。 发动机捧气污染物择放数量。不仅与发动机采用的捧放控制技术水平及其技术状况有关，还与 发动机的运行工况( 如节气门开度、发动机转速、输出扭矩、温度等) 密切相关。为全面反映汽车在 实际使用中的污染物排放情况，汽车产品型式认证和生产一致性试验，都是在规定的工况循环下进 行测试的。对轻型汽车普遍采用整车试验，如美国的f i p 规程和欧洲的e c e r l 5 规程。 在用汽车数量大，检测周期相对较短，i m 制度的检测方法必须考虑检测功能、检测精度、设 备投资、日常费用和检测速度等诸多因素，力争做到功能齐全、设备投资和使用费用低、检测方便、 检测速度快、检测结果能够反映在用车的实际捧放水平，因此i 朋制度的检测方法，难以采用汽车 型式认证所用的多工况循环方法。 在实施i i i 制度的过程中，美、欧、日等发达国家开始探索简易工况检测方法。总体上，简易 工况法可分为稳态工况法和瞬态工况法两大类，上世纪8 0 年代中期开始，美国曾经使用过的简易工 况法有u s f e d e r a ls h o r tc y c l e 、n e wj e r s e y n e wy o r kc o m p o s i t ec y c l e 、b 1 ) i ) s 、c d h2 2 6 ， i m2 4 0 、b a r1 2 0 、u s f e d e r a l3 - m o d e ，c l a y t o nk e y - m o d e 、c a l v i p 、a s m 和v m a s 2 4 0 等。 目前美国应用较广泛的是i m2 4 0 、a s m 和v m a s 2 4 0 三种简易工况法，其中，a s m 是稳态工况法，i m 2 4 0 和v m a s 2 4 0 为瞬态工况法。 a s m 是加速模拟工况( a c c e l e r a t i o ns i m u l a t i o nm o d e ) 的简称，a 跚工况法是一种稳态工况法。 早在1 9 8 4 年，美国加州开始采用a s m 法检测在用汽车捧气污染物的试点工作，1 9 9 6 年，美国国家环 境保护局，批准发布了a s m 试验方法标准。美国a s m 工况法分为a s m s o l 5 和a 。s m 2 5 2 5 两种，其中a s m 5 0 1 5 的运行工况是：汽车以1 5 m i l e h ( 2 4 k m h ) 等速运行，稳态负荷是汽车以f t p 工况下的最大加速度 1 4 7 m s 2 加速运动的5 6 。a s m 2 5 2 5 的运行工况是：汽车以2 5 1 i l e h ( 4 0 k m h ) 等速运行，稳态负荷是 汽车以f t p 工况下的最大加速度1 4 7 m s 2 加速运动的2 5 。 a s m 工况检测法对底盘测功机和尾气分析仪要求低，整套系统投资约4 万美元，其设备投资和 5 东南大学博十学位论文 平时维持费用远低于t m 2 4 0 。与其他稳态工况相比，a s m 5 0 1 5 和a s m 2 5 2 5 组合起来的短工况与i m 2 4 0 有较好的相关性；高排放汽车识别正确率较高，美国和欧洲的研究分析表明，上述两种工况均可识 别8 0 的c 0 、h c 和n o x 的高排放汽车。因此a s m 工况法在美国及其他圉家得到广泛应用。但a s m 法 也存在以下不足，a s m 尾气污染成分检测采用浓度单位，检测结果不能全面地反映减速、怠速、加 速等的变化；与f t p 的相关性较差，相关系数仅为：c o _ _ 0 4 4 ，h c 叫4 9 ，n o _ 广_ 0 7 l 。 美国采用的瞬态工况法中，最常见的是i m2 4 0 。其试验工况建立在f t p 7 5 工况的前2 4 0 s 的基 础上。排气分析仪精度高，测定结果以汽车每行驶l k m 或i m i l e 的排气管排放物质量g k m 或g m i l e 表示。因此，i m 2 4 0 和f t p 试验结果呈