第三章 汽车排放标准及测试技术

汽车与环境邱兆文编著邓顺熙主审普通高等教育汽车服务工程专业教材Contents第一章绪论第二章燃油汽车主要污染物生成机理第三章汽车排放标准及测试技术第四章汽车排放污染物净化技术第五章电动汽车的环境影响第六章报废汽车的环境污染与控制第七章汽车和交通噪声污染与控制第八章道路交通排放评估方法第九章道路空气污染预测与暴露评估第三章汽车排放标准及测试技术第一节汽车排放标准体系概述第二节汽车排放污染物测试技术第三节

新车排放标准第四节在用车排放标准第一节汽车排放标准体系概述排放标准：排放标准也称为排放法规，当今世界主要有美国、日本和欧洲三大排放法规体系。

新车标准在用车标准轻型车标准重型车标准汽油车标准（包括装用点燃式发动机的其他燃料车）柴油车标准（包括装用压燃式发动机的其他燃料车）排放标准第二节汽车排放污染物测试技术整车台架测量系统工况模拟再现子系统：主要由冷却风扇、车况显示屏、底盘测功机及其控制模块等组成。排气污染物采样与分析子系统：主要由采样装置、流量控制装置、排气分析仪器和数据处理装置等组成。1.排放污染物测量系统第二节汽车排放污染物测试技术发动机台架测量系统主要设备为用于工况模拟的测功机。用于排放测试的发动机台架测量系统与常规发动机性能台架试验系统非常相似，只不过在开展排放测试时还需要额外的排气污染物采样和分析系统。1.排放污染物测量系统第二节汽车排放污染物测试技术实际行驶测量系统：也称为便携式排放测量系统（PortableEmissionsMeasurementSystems,PEMS），是一种车载排放测量装置主要功能是测试实际行驶条件下汽车排气中的气态污染物、颗粒物质量（PM）和颗粒物数量（PN）等。1.排放污染物测量系统第二节汽车排放污染物测试技术直接取样法：将取样探头直接插入排气管内，通过气泵抽取一定量的尾气样气，气样不经过稀释就直接进入分析仪器中进行成分分2.排放污染物取样方法第二节汽车排放污染物测试技术直接取样法：直接取样法设备简单、操作方便，适合于连续观察排气组成的变化，目前广泛用于新车排放测试中的气态污染物采样和在用车排放检查。但是该方法一般不用于针对颗粒物的排放试验。2.排放污染物取样方法第二节汽车排放污染物测试技术稀释取样法：对汽车排气进行稀释具有以下优点排气在稀释通道中被清洁空气稀释后再采样和分析，这一过程尽量模拟了排气从尾气管扩散到大气中的稀释和冷却过程，减少了尾气样气中出现的污染物凝集、吸附等问题引起的测量误差，使得后续的分析结果更接近实际状态。稀释后的排气温度可以下降到合理的温度（露点以上），因此不需要冷凝器就可以防止水蒸气的凝结以及其他挥发性气体凝聚带来的测量误差，取样更加合理。排气被稀释后降低了其中的颗粒物浓度，有效避免了直接取样法中颗粒物浓度过高对采样和分析仪器的伤害。2.排放污染物取样方法第二节汽车排放污染物测试技术全流稀释取样法：将全部排气引入稀释通道中，使用清洁空气进行稀释，并通过一定的限流装置形成恒定流量（定容）的稀释排气，因此又称为全流稀释定容取样法，简称为定容取样（ConstantVolumeSampling,CVS）法。2.排放污染物取样方法第二节汽车排放污染物测试技术部分流稀释取样法：按照一定的比例从排气中抽取部分气体进行稀释后再取样分析，很好地克服了CVS系统体积庞大，造价昂贵的不足。由于只抽取部分气体作为样气进行稀释，因此只需要很少的稀释空气，甚至可以实现采用零空气（如纯N2）作为稀释气体，这样将完全消除背景空气中污染物的干扰。2.排放污染物取样方法第二节汽车排放污染物测试技术非色散式气体分析法：非色散式分析仪采用的入射光不通过棱镜和衍射光栅等分开，即采用同一光源发出的光来测量气体成分。仪器工作原理为比耳-朗伯定律（亦称吸收定律）：当一束平行单色光通过测量容器时，单色光被待测气体吸收的光量与被测气体的浓度、容器中气柱长度以及入射光的强度等因素有关。按其工作波长区段不同可分为非色散红外分析仪和非色散紫外分析仪两类。3.排放污染物检测方法第二节汽车排放污染物测试技术非色散式红外分析仪（Non-dispersiveInfraredAnalyzer,NDIR）NDIR是目前测定CO的最好方法，是排放法规中规定的CO和CO2测试仪器。当测试精度要求不高时，也被普遍用于怠速时HC排放的测定；在测定HC时，测定的结果以正己烷当量浓度表示。3.排放污染物检测方法第二节汽车排放污染物测试技术非色散式紫外分析仪（Non-dispersiveUltravioletAnalyzer,NDUV）NDUV可以用于汽车排气中NO和SO2等可吸收紫外线污染物的测定，也是排放法规中规定的NOx测量仪器之一。3.排放污染物检测方法第二节汽车排放污染物测试技术氢火焰离子化分析仪（FlameIonizationDetector,FID）3.排放污染物检测方法FID基于大多数有机碳氢化合物在氢火焰中会产生大量电离现象的原理来测定排气中的HC浓度，所测HC浓度用碳当量体积分数（ppmC）来表示。在柴油车、车用柴油机或车用汽油机排气污染台架试验中，HC的测量应采用加热式氢火焰离子化分析仪(HeatedFlameIonizationDetector，HFID)。第二节汽车排放污染物测试技术化学发光分析仪（ChemiluminescentDetector,CLD）化学发光分析法是目前测定NOx的最好方法，也是汽车排放法规中规定的NOx测量方法之一。工作原理：NO和过量的O3在反应器中混合后，便产生电子激发态分子NO2*；当NO2*衰减到基态时就放射出光子；化学发光强度近似正比于NO的浓度。3.排放污染物检测方法第二节汽车排放污染物测试技术气相色谱分析仪（GasChromatography,GC）GC是建立在吸附、溶解、离子交换、分子间亲和力或分子大小等差异基础上的一种组分分离方法。3.排放污染物检测方法第二节汽车排放污染物测试技术傅里叶变换红外分析仪（FourierTransformInfraredAnalyzer,FTIR）FTIR通过测量红外区域的吸收光谱和多变量分析，可以同时且连续地测量在检测区域中吸收的多组分气体的浓度及其瞬态变化，从而得到不同气体吸收率随波数的变化图。不同气体的红外线吸收率对应的波数不同，基于气体吸收光谱和多变量分析方法即可计算出各组分的浓度值。3.排放污染物检测方法第二节汽车排放污染物测试技术颗粒物质量测量方法：滤纸称重法首先把全部或部分排气在稀释通道内用洁净空气进行稀释，然后用规定材质和规格的滤纸进行样气取样及过滤；PM的测量根据过滤前后滤纸的质量变化称量得到。滤纸的材质采用碳氟化合物涂层的玻璃纤维滤纸或以碳氟化合物为基体（薄膜）的滤纸，滤纸形状应是圆形且其过滤区域面积不小于1075mm2。称量一般使用微克级天平，精度至少为2μg，分辨率至少为1μg。3.排放污染物检测方法第二节汽车排放污染物测试技术颗粒物数量测量方法：微粒计数法排放法规规定对于颗粒物数量（ParticulateNumber,PN）的测量只采用微粒计数器检测固体微粒的数量。在检测之前需要对采集样气利用旋流器和挥发性粒子去除装置进行一定的处理。其中旋流器用于颗粒物的粒径选取，挥发性粒子去除装置用于去除颗粒物中的挥发性成分。3.排放污染物检测方法第二节汽车排放污染物测试技术烟度测量方法：不透光烟度法不透光烟度计又称为透光式烟度计、消光式烟度计等，其是利用透光衰减率来测量排气烟度。排气烟度的计量单位有两种：一种为光吸收系数K，范围为0～10m-1；另一种为不透光度N，范围为0～100%。3.排放污染物检测方法第三节新车排放标准目前我国轻型汽车执行的排放标准是《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（GB18352.6—2016），包括型式检验、生产一致性检查和在用符合性检查三部分内容。型式核准检验是汽车排放标准中最为关键的部分，生产一致性检查和在用符合性检查均需要参照其规定的测试方法和排放限值来开展。生产一致性检查用于检验批量生产汽车与型式核准定型时汽车的性能状态是否一致，从而判断批量生产汽车的排放是否达标。在用符合性检查是对已通过排放型式核准和生产一致性检查的车型，要求制造企业采取适当措施，确保其排放控制装置在正常使用条件下和汽车正常寿命期内始终有效运行。1.轻型汽车排放标准第三节新车排放标准型式核准检验：覆盖了汽车造成排放污染的各个方面，包括8个试验项目常温下冷起动后污染物排放试验（I型试验）实际行驶污染物排放试验（II型试验）曲轴箱污染物排放试验（III型试验）蒸发污染物排放试验（IV型试验）污染控制装置耐久性试验（V型试验）低温下冷起动后污染物排放试验（VI型试验）加油过程蒸发污染物排放试验（VII试验）OBD系统验证试验1.轻型汽车排放标准第三节新车排放标准目前我国重型汽车执行的最新排放标准是《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（GB17691—2018），该标准适用于市场占有率较高的柴油车和气体燃料车，包括型式检验、生产一致性检查和在用符合性检查三部分。2.重型汽车排放标准重型汽车的型式检验包括6个项目标准循环试验：分为发动机稳态工况试验和瞬态工况试验非标准循环试验：分为发动机非标准循环试验和整车车载法（PEMS）试验曲轴箱排放试验排放控制装置耐久性试验OBD系统验证试验NOx控制验证试验第四节在用车排放标准目前我国汽油车执行的排放标准是《汽油车污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）》（GB18285—2018）。该标准既适用于在用汽油车，同时也适用于其他装用点燃式发动机的汽车。标准规定在用车可以采用双怠速法、稳态工况法、瞬态工况法或简易瞬态工况法四种方法进行排放检测，其中后三种方法统称为简易工况法。1.汽油车排放标准第四节在用车排放标准双怠速试验怠速工况指汽车发动机处于无负荷运转状态，即离合器处于接合位置、变速器处于空挡位置、油门踏板处于完全松开位置。高怠速工况指满足上述（除最后一项）条件的情况下，用油门踏板将发动机转速稳定控制在50%额定转速或制造厂技术文件中规定的高怠速转速。轻型汽车一般为（2500±200）r/min，重型汽车为（1800±200）r/min。1.汽油车排放标准第四节在用车排放标准稳态工况试验ASM5025工况的设定车速为25km/h，测功机以加速度为1.475m/s2时输出功率的50%对被测车辆进行加载；ASM2540工况的设定车速为40km/h，测功机以加速度为1.475m/s2时输出功率的25%对被测车辆进行加载。1.汽油车排放标准第四节在用车排放标准瞬态工况试验采用的测试循环为ECE工况，共包含15个运行工况（怠速、加速、匀速和减速），理论行驶里程为1.013km，平均车速为19km/h。完成一次试验的运行时间为195s，因此瞬态工况试验也称为IM195。1.汽油车排放标准第四节在用车排放标准简易瞬态工况试验简易瞬态工况法的测试循环也是195s的ECE工况，因此简易瞬态工况试验也称为IG195。与IM195不同的是，IG195中污染物的取样方法和分析方法更为简单。1.汽油车排放标准第四节在用车排放标准目前我国柴油车执行的排放标准是《柴油车污染物排放限值及测量方法（自由加速法及加载减速法）》（GB3847—2018）。该标准既适用于在用柴油车，同时也适用于其他装用压燃式发动机的汽车。标准规定在用车可以采用自由加速法或加载减