汽油車尾氣排放檢測(cè)技術(shù)

申 勇 王瑋琦 邵寧華 申秀明

東北林業(yè)大學(xué)

隨著各種汽車數(shù)量急劇增長(zhǎng)，汽車尾氣中的有害成分加劇了空氣質(zhì)量的惡化，在不同工況下，汽車尾氣的排放有很大差別。汽車尾氣的排放也是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能和整車性能的一個(gè)指標(biāo)，尾氣排放的檢測(cè)也越來越受到關(guān)注。因此，介紹相關(guān)的汽車尾氣排放的檢測(cè)方法，有助于更好地做好汽車的維護(hù)和節(jié)能減排工作。

國(guó)內(nèi)外汽油車尾氣排放檢測(cè)技術(shù)的研究狀況

汽車尾氣中包含的污染物主要有CO、HC、NOx、SO2、Pb 和固體顆粒物質(zhì)（PM）等。因?yàn)槠嚬I(yè)起源于歐洲，在美國(guó)和日本得到了長(zhǎng)足發(fā)展，所以，歐洲和美國(guó)等發(fā)達(dá)地區(qū)對(duì)汽車尾氣排放的控制比較早，要求也比較嚴(yán)。在美國(guó)，對(duì)汽油車尾氣排放的檢測(cè)是強(qiáng)制性行為，美國(guó)聯(lián)邦EPA 規(guī)定的對(duì)汽車排氣污染物控制規(guī)程有4 種檢測(cè)方法：怠速排放檢測(cè)、ASM 定車速工況檢測(cè)、簡(jiǎn)易瞬態(tài)工況檢測(cè)、遙控檢測(cè)儀（remote sensor）路邊檢測(cè)。我國(guó)目前采用的汽油車的尾氣排放檢測(cè)方法可分為不加負(fù)載試驗(yàn)和加負(fù)載試驗(yàn)兩大類。

在2005年之前，汽油車尾氣排放主要在發(fā)動(dòng)機(jī)無負(fù)載情況下用怠速法進(jìn)行檢測(cè)，即在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為800r/min 左右的怠速工況下測(cè)試尾氣中CO 和HC 的含量。怠速法檢測(cè)汽車尾氣存在著許多漏洞，因此國(guó)家環(huán)?？偩纸Y(jié)合我國(guó)現(xiàn)有的汽車使用情況，制定了新的機(jī)動(dòng)車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，汽油車尾氣排放的檢測(cè)方法要使用雙怠速法或簡(jiǎn)易工況法。在汽油車保有量大、空氣質(zhì)量惡劣的地區(qū)，可選用加負(fù)載試驗(yàn)方法。

汽油車尾氣排放檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

（1）雙怠速法是指發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速和高怠速（2000r/min 左右）兩種工況下，測(cè)量汽車排放物中CO 和HC 濃度的方法。雙怠速法主要測(cè)量尾氣中的CO 和HC。GB 18285-2005 規(guī)定用雙怠速法測(cè)量污染物使用不分光紅外分析儀（NDIR）。

怠速工況是指當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)后，不踩加速踏板，不踩油門的無載荷情況下運(yùn)轉(zhuǎn)。即離合器處于接合狀態(tài)、變速器處于空擋位置（自動(dòng)變速器處于“停車”擋或“P”擋）；加速踏板處于完全松開的狀態(tài)。一般發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)后，由于水溫低，阻力大，為了保證怠速的穩(wěn)定和快速暖機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦會(huì)提高怠速轉(zhuǎn)速，這個(gè)工況叫高怠速工況。

發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒狀況和所處的運(yùn)行工況有很大關(guān)系，燃燒最惡劣的工況是怠速工況。只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速工況下燃燒質(zhì)量穩(wěn)定，發(fā)動(dòng)機(jī)在其他工況下的燃燒質(zhì)量才能確保相對(duì)穩(wěn)定。通過檢測(cè)怠速工況下尾氣的成分和濃度，可監(jiān)測(cè)出催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化率和老化情況，進(jìn)而監(jiān)測(cè)出造成的尾氣排放惡化。目前汽車上普遍采用三元催化器，它適用于尾氣高溫狀態(tài)。高怠速的排氣溫度較高，這樣可有效測(cè)試催化器的轉(zhuǎn)換效率。其測(cè)試程序極限值按 GB 18285-2005 執(zhí)行。裝備三元催化轉(zhuǎn)換器和閉環(huán)系統(tǒng)的汽車要對(duì)過量空氣系數(shù)λ 進(jìn)行測(cè)定。并要求發(fā)動(dòng)機(jī)在高怠速時(shí)過量空氣系數(shù)λ 應(yīng)在符合規(guī)定的范圍內(nèi)。

（2）穩(wěn)態(tài)工況法穩(wěn)態(tài)工況法屬于簡(jiǎn)易工況法，指汽車啟動(dòng)預(yù)熱到規(guī)定條件，然后迅速加速至試驗(yàn)車速，根據(jù)相對(duì)應(yīng)的加速負(fù)荷，通過改變測(cè)功機(jī)對(duì)汽車的負(fù)載狀況，保持汽車在等速工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中各成分的濃度值。這種測(cè)試方法也稱ASM。ASM 法在兩種穩(wěn)態(tài)工況下檢測(cè)：ASM5025 高負(fù)荷低速工況（即節(jié)氣門開度為50%，車速為25km/h）；ASM2540 中負(fù)荷中速工況工況（即節(jié)氣門開度為25%，車速為40km/h）。

（3）ASM5025 工況法簡(jiǎn)介

試驗(yàn)車輛經(jīng)預(yù)熱后加速至25.0km/h，利用測(cè)功機(jī)對(duì)車輛加載（以車速為25.0km/h、加速度為1.475 m/s2時(shí)輸出功率的50%作為設(shè)定功率），工況計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)（t=0s）。車輛在25.0 km/h 的車速下運(yùn)轉(zhuǎn)5s，若在計(jì)時(shí)開始后持續(xù) 3s 后，底盤測(cè)功機(jī)模擬的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值超出預(yù)定的誤差范圍，工況計(jì)時(shí)器將清零復(fù)位（t=0）。若下次試驗(yàn)結(jié)果仍然超出誤差范圍，試驗(yàn)就被停止。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)分析儀最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行預(yù)置，（如果分析儀響應(yīng)時(shí)間為 10s，則預(yù)置時(shí)間為 10s，t=15）然后系統(tǒng)開始采樣，持續(xù)運(yùn)行 10s（t=25s）即為 ASM5025 快速檢查工況。ASM5025 快速檢查工況結(jié)束后繼續(xù)運(yùn)行至 90s（t=90s）即為 ASM5025 工況。

ASM 法僅適用于最大載荷小于等于38000 牛頓的汽車，試驗(yàn)條件如下：對(duì)底盤測(cè)功機(jī)的要求。底盤測(cè)功機(jī)一方面可施加與車速相對(duì)應(yīng)的負(fù)荷，另一方面可增加額外負(fù)荷，用于模擬加速工況，還須配備慣性飛輪。

對(duì)排氣分析儀的要求。采用五種氣體排放分析儀（可同時(shí)檢測(cè)HC、CO、CO?和NOx 以及過量空氣系數(shù)λ）進(jìn)行檢測(cè)。

穩(wěn)態(tài)工況法與雙怠速法的區(qū)別

一是在車輛檢測(cè)工況要求上完全不同。雙怠速法是無負(fù)荷檢測(cè)，分別在發(fā)動(dòng)機(jī)的低怠速和高怠速兩個(gè)階段進(jìn)行尾氣排放檢測(cè)。而穩(wěn)態(tài)工況法是有負(fù)荷檢測(cè)，通過對(duì)車速在25km/h 和40km/h 兩個(gè)速度段的運(yùn)行模擬進(jìn)行檢測(cè)，其測(cè)試結(jié)果更接近實(shí)際工況下的排放。

二是檢測(cè)尾氣排放物上存在差異。雙怠速法不能監(jiān)控氮氧化物的排放。因?yàn)闊o載荷工況下氮氧化物濃度極低。而穩(wěn)態(tài)工況法是發(fā)動(dòng)機(jī)在有負(fù)荷的情況下工作，會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物，車輛氮氧化物的排放狀況可通過化學(xué)發(fā)光型分析儀進(jìn)行顯示。

三是測(cè)量精準(zhǔn)度存在不同。雙怠速法準(zhǔn)確識(shí)別車輛排放的比例在30%左右，且只能滿足部分電噴車的檢測(cè)需要。而穩(wěn)態(tài)工況法，識(shí)別率高達(dá)80%以上，且基本上能夠滿足所有電噴車的檢測(cè)需要。

綜合以上對(duì)汽油車尾氣排放檢測(cè)技術(shù)的分析，可以看出：穩(wěn)態(tài)工況法要比雙怠速法更能科學(xué)、客觀地反映出汽油車尾氣排放的狀況，對(duì)汽油車排放等級(jí)的鑒定更加準(zhǔn)確。有利于提高汽油車排放控制技術(shù)，對(duì)降低排放值和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排有重要參考價(jià)值。