点燃式发动机汽车简易瞬态工况法(顺序).ppt

2020 3 25 点燃式发动机汽车简易瞬态工况法排气污染物排放检测 VMAS 浙江浙大鸣泉科技有限公司吴勇 2020 3 25 背景 据环保部门的研究结果 城市空气污染中20 的CO2 60 70 的CO 40 的NOx和70 的HC来自于汽车尾气 无害物 CO2 H2O O2以及存留下的N2等 它们是燃料和空气完全燃烧后的产物有害排放物 不完全燃烧的产物和燃烧反应的中间产物 包括CO HC NOx SO2 固体颗粒等 汽油机中占5 柴油机中不到1 2020 3 25 排放的典型组成 发动机的废气主要是N2 CO2 有害排放物主要是指CO HC和NOx 通常指NO2和NO 2020 3 25 排气污染物对大气环境的影响 主要表现在烟雾 酸雨 臭氧 O3 层减薄和臭氧浓度过高以及温室效应烟雾的形成 是由各种排气扩散过程中的化学反应形成的 酸雨产生的主要原因是由于SO2和SO3在大气中而引起的雨水PH值的变化 排气污染物对臭氧的影响在大气对流层中 特别是在北半球 臭氧的浓度在增长 而在大气同温层中 臭氧的浓度在下降 出现了臭氧洞 除了对人体健康直接有害的排气污染物CO HC NOx和微粒外 发动机还排出温室气体 2020 3 25 温室气体排放 2020 3 25 国外尾气检测概况 第一阶段 西方发达国家对在用车的治理是与新车排放水平相辅相成的 汽车处于怠速工况时 其燃烧条件比较恶劣 怠速燃烧质量的稳定是其它工况燃烧质量稳定的前提条件 测量怠速工况下排气中各种排放物的浓度 可以判断发动机燃烧质量的好坏 怠速法分为单怠速法和双怠速法 双怠速法不仅能测量怠速污染物排放浓度 而且可以监控因化油器量孔磨损或催化转化器转化率下降而造成的汽车排放恶化 美国从1981年开始对装催化转化器的轿车和轻型车采用双怠速法测量 以达到大幅度加严排放限制的目的 2020 3 25 目前采用的方法 随着汽车工业的发展 法规 标准的不断加严 90年代以后 除采用双怠速法以外 还开发出更准确且复杂的工况法测量方法 如ASM加速模拟工况法 IM240瞬态工况法 VMAS简易瞬态工况法等 对于这些测量方法 具体实施哪种 由各州政府 根据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双怠速法 空气质量优良的州甚至没有检测要求 另外 一种遥感监测的方法也被广泛使用在道路边的实际车辆排放监测中 2020 3 25 试验结果 通过分析实际测试结果 得到以下几点结论 1 怠速法对于发现化油器轿车中的高排放车非常有效 而对于装备电子燃油喷射系统和三元催化转化器的轿车则效率明显降低 2 费用效益分析显示 随着装备三元催化转化器车辆比例的提高 简易工况法显示出很好的费用效益 3 在所有进行的测试中 瞬态简易工况测试被认为可以取得最大的环境效益 4 遥感测试法的优点是快速 高效 可以有效的发现行驶中的高排放车辆 是一种较理想的测试手段 其缺点是检测结果受车辆行驶工况的影响较大 测试技术尚不成熟 对评价城市车辆整体排放水平有一定的作用 对于准确判定车辆排放状况尚存在缺陷 2020 3 25 现有执行标准 国家环保总局已经在2005年颁布了GB18285 点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法 双怠速法和简易工况法 并于该年7月1日正式实施 双怠速法为标准实施后全国统一强制执行的在用车排气污染物检测方法 对于机动车空气污染确实严重的城市 经过国家环保总局同意 地方人民政府批准后 可以选择使用标准中推荐的工况法 对于三种工况测量方法 地方环保部门可以根据自身情况进行选择 对于已经实施工况法的车型 将不再执行双怠速法 对于实施工况法的地区或城市 可以根据辖区自身情况制定和调整工况法排放限值 经省级人民政府批准后执行 2020 3 25 浙江省地方标准 DB33 660 2008 在用点燃式发动机轻型汽车简易瞬态工况法排气污染物排放限值 由浙江省环境保护局提出并归口 起草单位 浙江省环境监测中心 杭州市环境保护局 主要起草人 邵卫伟 金鑫 高利 刘弘 刘长军 祝斌 叶旭红 黄芳 2008年10月1日起在杭州市先行试点实施 2010年10月1日起在国家确定的大气污染防治四个重点城市宁波 温州 绍兴 湖州实施 到2015年全省全部实施 2020 3 25 DB33 660 2008 按照GB18285 2005附录D中 简易瞬态工况法测量方法 的规定执行 排放检测所需设备的工作原理 测量精度必须满足GB18285 2005 HJ T290 2006对简易瞬态工况法检测系统的技术要求 GB18285 2005点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法 双怠速法及简易工况法 HJ T290 2006汽油车简易瞬态工况法排气污染物测量设备技术要求 2020 3 25 测 2000年7月1日起生产的第一类轻型汽车2001年10月1日起生产的第二类轻型汽车 2000年7月1日以前生产的第一类轻型汽车2001年10月1日以前生产的第二类轻型汽车 2020 3 25 市场容量 采用ASM工况法地区 北京 江苏 山西 陕西等采用VMAS工况法地区 辽宁 山东 河南 浙江等目前检测能力 一条环保线 VMAS 8 000 10 000辆ASM 1 1 2万辆浙江省的VMAS检测收费为65元 辆 2020 3 25 检测的目的 国内外调查研究证实 城市在用车队中有10 15 排放严重超标的车辆 其污染物排量占整个地区的在用车污染排放量的50 60 工况法检测就是要准确地找出这10 15 的高排放车 然后用维护 修理的办法使其恢复到接近出厂时的排放水平 这样仅治理10 15 的在用脏车 达到削减占排放总量50 60 的污染物 达到事半功倍的效果 因此 通过制定和提高排放标准 治理高排放在用车 可以有效减少在用车的排放污染总量 迅速改变全体在用车的排放状况 产生的净化大气效果十分可观 2020 3 25 发展趋势 浙大鸣泉科技有限公司基于国家环保要求 于2006年始和浙江大学合作 研发用于点燃式发动机汽车瞬态工况尾气排放测试系统的关键设备 流量分析仪和高精度的尾气分析仪 国家技术监督局发布了GB21861 2008 2009 6 1实施 机动车安全技术检验项目和方法 规定了实行环保标志的地区排放不再列入安全技术检验项目 与基于浓度排放测试的稳态加载工况法相比 VMAS能够直接获取汽车污染物的排放总质量 可以更为准确地模拟车辆的实际工作状态 更为客观 公正地判断车辆的排放状况 使用该测试方法来对数量巨大的在用车进行监督管理 已经成为未来几年内我国控制汽车排气污染物的必然趋势 2020 3 25 主要内容 常用测试方法比较VMAS的组成及工作原理VMAS测量的关键问题 2020 3 25 常用测试方法比较 怠速和高怠速 双怠速 加载模式瞬态 IM240 测试加载模式稳态 ASM 测试简易瞬态加载VMAS法 2020 3 25 怠速 高怠速测试法 采用直接取样法采用红外 NDIR 分析法 2020 3 25 直接取样法 2020 3 25 NDIR红外分析 电容法 2020 3 25 NDIR红外分析 热释电 2020 3 25 红外特征光谱 2020 3 25 怠速 高怠速测试法 目前不论是我国还是欧美等国家 不加载测试法即双怠速测试法还在一定范围内使用 成本低 设备简单 操作维护简单 适用范围广 在进行怠速测试时 对智能型发动机 由于怠速时发动机的运行模式和实际行驶时有较大的差异 对于化油器车留下作弊机会 检测超标的车本应通过维修 保养 使车况正常 从而降低CO HC浓度 浓度测量 无NOx监控 只能检测无负荷情况下的简单工况 因此 怠速法不太适合在用车排放的检测 特别是不适合污染情况比较严重的大城市和地区 2020 3 25 常用测试方法比较 怠速和高怠速 双怠速 加载模式瞬态 IM240 测试加载模式稳态 ASM 测试简易瞬态加载VMAS法 2020 3 25 瞬态加载 IM240 法 IM240测试设备及工作原理同新车试验要求一致底盘测功机要配备多点载荷设定的功率吸收装置和惯性飞轮组 采样系统为定容稀释取样 CVS 一氧化碳用非分散型红外分析仪 NDIR 碳氢化合物用氢离子火焰分析仪 FID 氮氧化物用化学发光分析仪 CLD 最后的测试结果以行驶每公里的污染物排放质量以g km表示 IM240测量精确 与新车认证检测结果关联性好 能有效检测NOx排放 但IM240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 2020 3 25 测试系统简图 2020 3 25 定容取样器 CVS 结构 2020 3 25 工况设计 2020 3 25 HC测量仪器 氢火焰离子化分析仪 FID 测定所有碳氢化合物浓度的仪器 2020 3 25 NOx测量仪器 化学发光分析仪 CLD 具有线形范围宽 在1000Oppm范围内输出特性呈线形关系 灵敏度高 抗干扰能力强 能够连续测量等优点 NO O3 NO2 O2NO2 NO2 hv 2020 3 25 常用测试方法比较 怠速和高怠速 双怠速 加载模式瞬态 IM240 测试加载模式稳态 ASM 测试简易瞬态加载VMAS法 2020 3 25 稳态加载加速模拟ASM法 为减少设备的投资和日常运行费用 提高检测效率 扩大检测范围 美国又提出了更为简单的工况法 ASM是使用较多 具有代表性的一种 1996年美国EPA认可了ASM 规定了试验方法 设备要求等 试验设备充分简化 可使用在怠速法中广泛使用的直接取样浓度分析仪 ASM所需的整套设备价格仅为IM240的30 左右 操作与维护都比IM240简单容易 测量稳定 技术成熟 操作较简便 能检测NO排放 2020 3 25 工况设置 该方法只有稳定的匀速过程 加载保持固定值 有两个等速工况段 ASM5025工况 车速为25公里 小时 按车辆加速度为1 47米 秒2时负荷的50 进行加载 故称为ASM5025工况 ASM2540工况 车速为40公里 小时 按车辆加速度为1 47米 秒2 实际为1 1米 秒2左右 时负荷的25 进行加载 故称为ASM2540工况 2020 3 25 污染物测量 污染物分析仪器采用下列原理 CO HC和CO2采用不分光红外法 NDIR NO和O2采用电化学法 排放结果以浓度表示 2020 3 25 工况要求 2020 3 25 ASM的问题 由于ASM是等速等负荷的稳态行驶工况 与新车试验的相关性较差 使得ASM方法误判率偏高 尤其是对电喷 三元催化器的车 误判率最高可达35 左右 准确率最差时可低到65 根据美国资料 以IM240的准确率为100 ASM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同 因而ASM对不同发动机排量的车辆是欠公允的 2020 3 25 常用测试方法比较 怠速和高怠速 双怠速 加载模式瞬态 IM240 测试加载模式稳态 ASM 测试简易瞬态加载VMAS法 2020 3 25 简易瞬态加载VMAS法 功能 成本折衷取了IM240瞬态工况 测量稀释排气量最终可得出污染物排放质量的优点 取了ASM直接利用简便式尾气分析仪就可对各个污染物浓度测试的长处 采用一个被称为 气体流量分析仪 的装置来测得汽车的排气流量 经稀释 经处理计算 最终也可得出每种污染物每公里的排放质量 2020 3 25 VMAS组成 2020 3 25 工况设计 2020 3 25 简易工况检测法优点 受检车辆带载荷运行 与无载荷检测方法相比 更能客观地反映车辆实际行驶时的排放特征 瞬态法检测结果为g km 这对于估算机动车污染物排放总量以及制定切实可行的机动车污染控制规划 具有重要意义 试验循环包含了怠速 加速 匀速和减速各种工况 能反映车辆实际行驶时的排放特征 能检测一氧化碳 碳氢化合物和氮氧化合物3种污染物 并以g km表示 有利于归纳排放因子 估算和统计某城市机动车污染物排放总量 对该城市制定机动车污染控制规划具有实际意义 2020 3 25 美国环境保护署 EPA 的态度 2001年认可了纽约州使用的VMAS检测方法 当VMAS采用与IM240相同的工况时 两者测试结果的相关性非常好 2020 3 25 主要内容 常用测试方法比较VMAS的组成及工作原理VMAS测量的关键问题 2020 3 25 VMAS的组成及工作原理 VMAS的组成VMAS的工作原理VMAS的典型工作过程 2020 3 25 VMAS的组成 2020 3 25 五气分析仪 五气分析仪由CO CO2 HC测量平台 NOX测量平台由电化学传感器 O2电化学传感等组成 其作用是用来测量汽车排出原始气体CO CO2 HC NOX O2的浓度 2020 3 25 2020 3 25 2020 3 25 2020 3 25 流量分析仪 流量分析仪由气体采集软管 风机 流量测量管 流量传感器 氧化锆传感器 温度传感器 压力传感器 气体废气软管组成 用来测量汽车排出气体和环境空气的混合气体的流量 温度 压力 稀释气体氧的浓度 2020 3 25 流量分析仪组成 2020 3 25 实物照片 2020 3 25 五气分析仪 流量 2020 3 25 底盘测功机 底盘测功机可以对车辆加速惯量和道路行驶阻力进行仿真模拟 使得待测车辆在测量时的发动机载荷和实际行驶时相近 2020 3 25 数据集成系统 数据集成系统 由计算机同步采集流量计 五气分析仪 底盘测功机各个时刻的数据 分析 计算排放气体污染物各成分的瞬时排放质量 2020 3 25 VMAS的组成及工作原理 VMAS的组成VMAS的工作原理VMAS的典型工作过程 2020 3 25 主要参数的测量 VMAS系统用底盘测功机模拟车辆在道路上行驶瞬态工况负荷 用高精度五气分析仪通过采样探头直接获取汽车原始排放气体 检测CO CO2 HC NOx O2浓度值 用流量分析仪测量经过风机抽入流量测量管稀释气体 由汽车尾气和环境空气混合而成 由于五气分析仪所需的气体流量极小 可以忽略不计 流量 压力 温度 稀释氧浓度 2020 3 25 流量测量的原理过程 参数测量 利用风机通过气体采集软管 将汽车排出全部剩余气体 除进五气分析仪的汽车尾气之外 和空气混合抽进流量测量气管 测出混合气体瞬间流量 温度 压力 稀释氧浓度 气体流量转换 按照国标要求 测得的气体流量都需要转化为标准状态下流量 利用气体状态方程 进行气体流量转化 稀释比K计算 测得的流量需要乘以稀释比 才能得到真正进入流量计的气体尾气排放量 计算得到标准状态下汽车排气的流量 汽车排气量包括两个部分 一部分是进入尾气分析仪的排气 另一部分通过稀释以后进入流量分析仪 要进一步对数据进行修正 以获得完整的排放气体总量 根据气体的浓度和尾气的流量 可测出汽油车尾气中排放污染物的含量 实时分析车辆在道路负荷工况下排气污染物的排放质量 2020 3 25 污染物排放质量的计算 通过测量汽车排出原始气体O2浓度和混合稀释气体O2浓度计算稀释前后稀释气体的稀释比 可以得到尾气实际流量结合NOx CO CO2 HC成份的浓度 得到在一定的负载和行驶速度条件下 单位路程内的污染物排放质量 检测结果为g km 2020 3 25 VMAS的组成及工作原理 VMAS的组成VMAS的工作原理VMAS的典型工作过程 2020 3 25 VMAS的典型工作过程 打开配电柜的电源 给变频器 电脑 涡流机 冷却风机和打印机供电 然后启动计算机 计算机启动完毕后 打开检测程序 输入用户名 密码 进入主程序后 首先进行设备预热程序 仪器自检通过后 系统准备工作完成 可以进行正常车辆检测工作 2020 3 25 自检内容 测功机预热自检 首先进行举升器升降自检 然后由变频器反拖台体至30km h运转20分钟 预热完毕后 传感器清零 进入加载滑行测试 测试区间为48 32km h 从0 15kw内任意选择一个加载负荷值 如果检测数据合格 进入下一个设备自检 废气仪自检 首先进行通讯测试 保证系统与仪器通讯正常 废气仪开机后先预热15分钟 然后执行调零操作 完毕后进行密封性检测 使用橡皮套封闭取样探头 通过测试后再打开取样探头 之后进行低流量检测 最后进行 O2 量程检测 通过后废气仪自检完毕 流量计自检 首先进行通讯测试 保证系统与仪器通讯正常 然后接通风机电源 进行低流量测试 最后进行流量计 O2 量程检测 通过后流量计自检完毕 电子环境参数仪自检 首先进行通讯测试 保证系统与仪器通讯正常 然后读取车间温度计 相对湿度计和大气压力计的读数 将信息输入到自检界面中 与电子环境信息仪的数据进行校正 2020 3 25 测量过程 测量登录测试准备 零点校正测量准备测量测量结束 2020 3 25 测量登录 当有车辆上线检测时 需车主提供行驶证 由操作员输入车辆基本信息 登录信息包括 车辆牌照号 车辆类型 绿色环保标志 登记日期 车架号 发动机号 里程表读数等 然后选择厂牌型号信息 确定检测相关参数 2020 3 25 测量过程 测量登录测试准备 零点校正测量准备测量测量结束 2020 3 25 测试准备 车辆上线前应完成清洁工作 保证车轮外部清洗干净 不容许轮胎花纹中夹有石粒 轮胎气压符合标准 引车员驶车上滚筒 应注意行车方向 避免斜向上滚筒 车辆上滚筒后应位于滚筒中间位置 并注意两侧车轮不与侧滑挡轮接触 若车辆斜上滚筒或与侧面滑动挡轮接触 应退下滚筒 重新摆正车位 车辆停稳后 举升器下降到位 引车员挂上前进档 让驱动轮在滚筒上缓缓旋转 使车辆在滚筒上自动找正位置安置 车辆在滚筒上安置好后 应用三角木垫到非驱动轮的前方 并用钢丝拉索将车辆固定 以防车辆突然冲出检验台 2020 3 25 测量过程 测量登录测试准备 零点校正测量准备测量测量结束 2020 3 25 零点校正 车辆定位同时 计算机控制软件控制废气分析仪完成自动零点校正 环境空气的 HC CO CO2 NO 测定背景气的 HC CO CO2 NO 测定 HC 残存浓度的测定分析仪的 O2 量程测定流量计稀释 O2 量程测定 2020 3 25 测量过程 测量登录测试准备 零点校正测量准备测量测量结束 2020 3 25 测量准备 正式进行排放测试之前 发动机处于怠速状态 变速器置于空挡位置 操作员将废气采样探头插入汽车排气口至少400mm深 如车辆为双排气管 操作员应把双取样探头分别插入两排气口将流量计集气椎管套在排气口 保证排放的废气能充分被采集 2020 3 25 测量过程 测量登录测试准备 零点校正测量准备测量测量结束 2020 3 25 测量 所有准备工作完成后 引车员按下遥控器开始工况排放检测 操作员在操作间可通过程序界