关于汽车尾气检测简易工况法的简单介绍

　　【摘要】汽车尾气的排放对大气环保的影响很大，汽车的尾气检测仍存在一些亟待解决的问题，而这些问题的解决不但会促进环保技术的发展，而且将促进汽车工业的发展。介绍几种先进的汽车尾气检测简易工况法具有明显的现实意义。
　　【关键词】简易工况法；排放；瞬态加载法
　　一、因中国汽车工业的快速发展及我国成为目前世界上最大的汽车消费国。汽车尾气的排放成为环保的重要课题。汽车企业正在努力通过引进技术以达到排放要求。但是，目前在用汽车的尾气检测仍存在一些亟待解决的问题，而这些问题的解决不但会促进环保技术的发展，而且将促进汽车工业的发展。
　　1．机动车的生产量及保有量急剧增加使汽车排放污染的压力越来越大.随着经济的快速发展，人们对机动车辆的需求与日俱增，使得国内机动车的生产量及保有量急剧增加。据统计，近10年来汽车产量平均增长率保持在13%左右，保有量平均增长率保持在12%左右，我国目前汽车保有量为3000多万辆，年产量为200多万辆。预计今后相当长的一段时间内机动车辆将保持较高的增长速度。我国的汽车社会保有量将分别达到4000万辆和4500万辆，加上每年1150万辆的摩托车和300万辆家用车的产销规模，汽车排放污染的压力越来越大。
　　2．由于检测方法的落后带来相关部门执法的困难并且导致在用车的严重污染。控制机动车污染首先要从生产厂家抓起。虽然国家对汽车排放有相关标准要求，相应的排放法规也较为严格，但由于执法不够严格，许多新车在出厂时就并不能符合排放标准。现在，部分国产车声称已经达到欧洲Ⅰ号或欧洲号Ⅱ标准，环保性能如何如何。但据透露，目前国内的汽车产品中只有少部分的高档车达到了欧洲Ⅱ号标准，但部分车型的所谓达标，最多只是“实验室”理论上的结果，实际排放效果却不尽如人意，致使目前国内许多汽车产品的实际尾气污染较严重。
　　二、因此在这简单介绍几种较为先进汽车尾气检测简易工况法。
　　国外发展了车辆有载荷检测法。将车辆置于底盘测功机上，车辆按规定车速在底盘测功机上“行驶”。驱动轮带动滚筒转动，滚筒并非处于自身无阻力可旋转状态，底盘测功机会按照检测标准事先设定向滚筒、最终向驱动轮施加一定的负荷，来模拟汽车道路行驶阻力。车辆按一定的速度、克服一定的阻力，走完试验工况，同时测量尾气中污染物含量。有载荷检测法与新车试验比，设备、仪器做了简化，试验时间也缩短很多，故称为“简易工况法”。国外简易工况法主要有：
　　a.汽油车瞬态加载法（IM240）
　　b.汽油车稳态加载加速模拟法（ASM）
　　c.汽油车瞬态加载法（VMAS）
　　d.柴油车加载减速法（LUGDOWN）
　　1.瞬态加载IM240法:
　　IM240试验工况采用美国联邦新车型式认定用测试规程FTP曲线前0～333秒的两个峰，经修改缩短为240秒。测试设备的工作原理同新车试验的要求一致。
　　底盘测功机因车辆要变负荷变车速运行，故应配备多点载荷设定的功率吸收装置和惯性飞轮组，以模拟道路行驶阻力和车辆加速惯量。
　　采样装置与分析仪器与新车试验一致。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）。最后的测试结果以克／公里表示。
　　IM240特点测试结果与FTP结果有很好的相关性。3种污染物的相关因子可达到：一氧化碳为91.8％；碳氢化合物为94.7％；氮氧化物为84.3％。同时，IM240对3种污染物的测试结果相对于FTP结果的离散性很小，所以IM240的错判率很低。
　　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。
　　2.稳态加载加速模拟ASM法简介
　　为减少设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。美国一些车辆检测机构和维修行业采用了ASM方法。
　　ASM最大的特点是试验设备充分简化，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I／M240的30％左右，操作与维护都比IM240简单容易。
　　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：一是ASM5024工况，车速为24公里／小时，按车辆加速度为1.47米／秒2时负荷的50％对该工况进行加载，故称为ASM5024工况。二是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％对该工况进行加载，故称为ASM2540工况。
　　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。
　　ASM检测结果与美国联邦实验程序FTP结果相关性较差，3种污染物的相关因子分别为：一氧化碳为43.5％；碳氢化合物为49.2％；氮氧化物为71.4％。这主要是由于ASM是等速等负荷的稳态行驶工况，IM240与FTP是变速变负荷的瞬态行驶工况，显然对排放有不同影响。另外，尾气污染物分析原理也不相同。ASM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。
　　3.瞬态加载VMAS法简介
　　为了克服ASM与FTP相关性差、IM240虽与FTP相关性好但费用太高、不利于推广的困难，一种被称作VMAS的检测方法几年前在美国出现。美国EPA2001年认可了纽约州使用的VMAS检测方法（VehicleMassAnalysisSystem）。
　　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。1998年美国EPA在纽约对VMAS的性能发起了一个与IM240对比的试验（Gordon－Darby试验），试验对846辆随机选取的车做了VMAS／IM240同步测试。数据的相关性计算表明，一氧化碳的R2＝0.993；碳氢化合物的R2＝0.93；氮氧化合物的R2＝0.992。表现出极好的相关性。
　　VMAS是一种瞬态加载简易工况法。它使用与IM240相同的底盘测功机，它吸取了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，也吸取了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。VMAS具有以下主要特点：
　　a.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；
　　b.由于是瞬态工况，若电喷车氧传感器有问题，造成空燃比失控，从而增加尾气排污，一般难以通过VMAS检测判定标准，但却可能通过ASM法。
　　c.与新车检测有高的相关性。准确率高，误判率仅为5％以下（以IM240准确率为100％计）。
　　d.价钱仅比ASM贵约0.8万美元。
　　e.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。
　　VMAS在美国有很好的使用基础。有消息显示，自1998年11月，纽约州4300多家汽车修理厂使用，每年650万次检测，平均每厂每天测5次。自1999年10月起，马萨诸塞州约1200家汽修厂上线，每年检测210万次，平均每厂每天测5.8次。罗得岛州约400家汽修厂从2000年1月开始进行瞬态质量检测，每年70万次。德克萨斯州、马里兰州、北卡罗来纳州等要决定使用。
　　4.柴油车加载减速LUGDOWN法:
　　该方法来自香港。香港环保署于2000年6月颁布了修订后的柴油车加载减速排放限值和测量方法，对柴油车分为5.5t以下级和5.5t以上级两个级别。
　　该方法在3个加载工况点测试烟度。3个测量点分别是最大功率点，最大功率对应转速的90％转速点和最大功率对应转速的80％转速点。
　　测试方法采样探头插入机动车排气管中，插入深度不得低于400mm。接好不透光烟度仪。测试数据包括轮边功率、发动机转速和排气烟度。只有轮边最大功率、发动机转速范围和3个工况点测得的光吸收系数k或烟度值均满足标准限值，排放测试才判定为合格。
　　测试设备主要包括底盘测功机、不透光烟度计和发动机转速计，由计算机控制系统集中控制。底盘测功机主要由滚筒、功率吸收单元（PAU）、惯量模拟装置等组成。不透光烟度计采用分流式内置不透光测量的原理。
　　由于测试和数据采集是完全自动的，不透光烟度计需满足以下技术要求：采样速率－不透光度仪的采样频率为每秒至少10次；数据通讯－不透光度仪须配备与测功机控制单元的数据采集方式兼容的数据传输装置。
　　控制系统测功机应配备自动控制模块来进行烟度测试。控制模块的软件应能直接控制不透光烟度计和转速传感器，自动完成测试程序。加载减速测试一般应在2分钟内完成，最长不能超过3分钟。
　　控制模块通过监控下述参数来完成测试规程和数据采集：车辆行驶速度，测功机的吸收功率，发动机转速和排气烟度。控制模块应配备实时显示器，显示发动机转速及相应的吸收功率。
　　为有力控制汽车尾气的排放，推广使用简易工况，专家们建议应该制订更加严格的分阶段排放限制法规，在开发推广清洁汽车的同时，结合欧洲排放标准，对传统燃油汽车的排放进行更加严格的限制，争取在2010年后，实现国产汽车排放标准与国际排放控制水平接轨。