汽油車尾氣排放檢測技術

申 勇 王瑋琦 邵寧華 申秀明

東北林業(yè)大學

隨著各種汽車數(shù)量急劇增長，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發(fā)動機性能和整車性能的一個指標，尾氣排放的檢測也越來越受到關注。因此，介紹相關的汽車尾氣排放的檢測方法，有助于更好地做好汽車的維護和節(jié)能減排工作。

國內(nèi)外汽油車尾氣排放檢測技術的研究狀況

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。因為汽車工業(yè)起源于歐洲，在美國和日本得到了長足發(fā)展，所以，歐洲和美國等發(fā)達地區(qū)對汽車尾氣排放的控制比較早，要求也比較嚴。在美國，對汽油車尾氣排放的檢測是強制性行為，美國聯(lián)邦EPA 規(guī)定的對汽車排氣污染物控制規(guī)程有4 種檢測方法：怠速排放檢測、ASM 定車速工況檢測、簡易瞬態(tài)工況檢測、遙控檢測儀（remote sensor）路邊檢測。我國目前采用的汽油車的尾氣排放檢測方法可分為不加負載試驗和加負載試驗兩大類。

在2005年之前，汽油車尾氣排放主要在發(fā)動機無負載情況下用怠速法進行檢測，即在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為800r/min 左右的怠速工況下測試尾氣中CO 和HC 的含量。怠速法檢測汽車尾氣存在著許多漏洞，因此國家環(huán)保總局結(jié)合我國現(xiàn)有的汽車使用情況，制定了新的機動車污染物排放標準。根據(jù)相關規(guī)定，汽油車尾氣排放的檢測方法要使用雙怠速法或簡易工況法。在汽油車保有量大、空氣質(zhì)量惡劣的地區(qū)，可選用加負載試驗方法。

汽油車尾氣排放檢測技術簡介

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

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

發(fā)動機的燃燒狀況和所處的運行工況有很大關系，燃燒最惡劣的工況是怠速工況。只有當發(fā)動機在怠速工況下燃燒質(zhì)量穩(wěn)定，發(fā)動機在其他工況下的燃燒質(zhì)量才能確保相對穩(wěn)定。通過檢測怠速工況下尾氣的成分和濃度，可監(jiān)測出催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化率和老化情況，進而監(jiān)測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，這樣可有效測試催化器的轉(zhuǎn)換效率。其測試程序極限值按 GB 18285-2005 執(zhí)行。裝備三元催化轉(zhuǎn)換器和閉環(huán)系統(tǒng)的汽車要對過量空氣系數(shù)λ 進行測定。并要求發(fā)動機在高怠速時過量空氣系數(shù)λ 應在符合規(guī)定的范圍內(nèi)。

（2）穩(wěn)態(tài)工況法穩(wěn)態(tài)工況法屬于簡易工況法，指汽車啟動預熱到規(guī)定條件，然后迅速加速至試驗車速，根據(jù)相對應的加速負荷，通過改變測功機對汽車的負載狀況，保持汽車在等速工況下運轉(zhuǎn)，測定發(fā)動機尾氣中各成分的濃度值。這種測試方法也稱ASM。ASM 法在兩種穩(wěn)態(tài)工況下檢測：ASM5025 高負荷低速工況（即節(jié)氣門開度為50%，車速為25km/h）；ASM2540 中負荷中速工況工況（即節(jié)氣門開度為25%，車速為40km/h）。

（3）ASM5025 工況法簡介

試驗車輛經(jīng)預熱后加速至25.0km/h，利用測功機對車輛加載（以車速為25.0km/h、加速度為1.475 m/s2時輸出功率的50%作為設定功率），工況計時器開始計時（t=0s）。車輛在25.0 km/h 的車速下運轉(zhuǎn)5s，若在計時開始后持續(xù) 3s 后，底盤測功機模擬的轉(zhuǎn)動慣量值超出預定的誤差范圍，工況計時器將清零復位（t=0）。若下次試驗結(jié)果仍然超出誤差范圍，試驗就被停止。系統(tǒng)會根據(jù)分析儀最長響應時間進行預置，（如果分析儀響應時間為 10s，則預置時間為 10s，t=15）然后系統(tǒng)開始采樣，持續(xù)運行 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，試驗條件如下：對底盤測功機的要求。底盤測功機一方面可施加與車速相對應的負荷，另一方面可增加額外負荷，用于模擬加速工況，還須配備慣性飛輪。

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

穩(wěn)態(tài)工況法與雙怠速法的區(qū)別

一是在車輛檢測工況要求上完全不同。雙怠速法是無負荷檢測，分別在發(fā)動機的低怠速和高怠速兩個階段進行尾氣排放檢測。而穩(wěn)態(tài)工況法是有負荷檢測，通過對車速在25km/h 和40km/h 兩個速度段的運行模擬進行檢測，其測試結(jié)果更接近實際工況下的排放。

二是檢測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。因為無載荷工況下氮氧化物濃度極低。而穩(wěn)態(tài)工況法是發(fā)動機在有負荷的情況下工作，會產(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發(fā)光型分析儀進行顯示。

三是測量精準度存在不同。雙怠速法準確識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需要。而穩(wěn)態(tài)工況法，識別率高達80%以上，且基本上能夠滿足所有電噴車的檢測需要。

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