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1、车辆排放污染物的检测技术200905120405叶谷团近年来，随着中国汽车工业的迅猛发展和汽车保有量的飞速增加，机动车尾气排放已成为城市大气主要污染源之一，对环境和人体健康的影响日趋严重。因此，加强排放标准的制订、修订工作，特别是加快机动车排放标准与国际接轨的步伐，以便对车辆排污进行更有效的监控，越来越显得非常重要与迫切。从1996年开始，中国在全国范围内淘汰含铅汽油，到 2000年已基本实现了车用汽油无铅化。2001年 4月颁布的轻型汽车污染物排放限值及测量方法，标志着我国的机动车污染控制工作进入了源头治理的新阶段，我国现行的适用于在用汽油车的排放标准为 GB14761.5-1993汽油车怠
2、速污染物排放标准，相应的测试方法为 GB/T3845-1993汽油车排气污染物的测量（怠速法）。标准中规定了 HC和 CO的排放浓度。汽车尾气中的有害污染物主要是：一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）以及柴油车排放的颗粒物（PM）这4类。另外二氧化碳（CO2）在逆温光照条件下可以形成光化学烟雾，从而损害人们的呼吸系统，燃油中的苯化合物是一种强致癌物质，颗粒物会吸入人体并沉积，其中的有害成分也会进入人体而产生损害。汽车尾气污染问题越来越受到世界各国政府的重视。美国是最早制定汽车排放法规的国家，40年代美国加州发生了光化学烟雾事件，经过研究发现罪魁祸首正是汽车尾气，于是促使加
3、州政府在60年代首先制定了汽车排放法规，开始了汽车排放控制的先河，随后各国政府也先后制定了相应的汽车排放法规，并且越来越严格。排放标准的加强，也促进了汽车排放控制技术的进步和汽车排放测试技术的提高。机动车排气污染物检测概述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排放恶化。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，因此国外普遍采用双怠速法测量。
4、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测量，以达到大幅度提高排放限制的要求。20世纪 90年代以后，美国除采用双怠速测量外，还采用更准确且复杂的测量方法，如 ASM加速模拟工况、IM240瞬态工况及遥感测试等。这 4种测量方法中，具体实施哪种检测方法，由美国各州政府根据当地的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 IM240或 ASM法，空气质量一般的州则采用怠速或双怠速法。除美国外，欧洲一些国家也因单怠速测量方法满足不了在用车年检、路检、维修保养和故障诊断上的需要，而采用双怠速方法。我国现行的在用车排放标准采用怠速法。由于只规定测量 HC、CO的排放浓
5、度，所以无法适应新车发展的需要。为此，国家环保总局、科技部、国家机械工业局联合发布了环发1999134号文（“关于发布机动车排放污染防治技术政策的通知”），规定“对安装了闭环控制和三元催化净化系统，达到更加严格排放标准的车辆，应采用双怠速法控制，并逐步以简易工况法代替”。通知中指出，2000年以后，新生产的轻型汽油车将逐步采用闭环电喷和三元催化净化等技术，目前的怠速检测方法难以满足这部分车辆进行排放检测的需要。2000年以后，应尽快采用双怠速法检测，并检测空燃比控制是否正常。为此，应尽早制定双怠速的测试方法和限值的国家标准。下一步应采用简易工况法对这部分车辆进行排放测试。据此，形成了我国在用车
6、排放标准从怠速法到双怠速法再到简易工况法的技术路线。目前我国的在用车排放标准正在制订之中，其指导原则为“新车新标准，老车老标准”，按照我国不同阶段实施的新车排放标准，制订相应的在用车排放标准。对于汽油车，标准内容主要包括双怠速法和简易工况法两部分，其中简易工况法又包括了瞬态和稳态 2种方法。标准中规定了高、低双怠速的测试规程，同时对于电喷车增加了过量空气系数（）的测量。采用双怠速排放测试特点有：（1）有助于判断化油器式汽油机过渡工况和低、中速运行工况是否正常，杜绝排放检测中人为调节怠速混合气浓度现象。（2）及时发现高污染排放车辆，并能提示车辆超标的原因所在。（3）对于装备电喷加三元催化转化器的
7、车辆，能够反映出各部分的工作状态是否正常。同时高怠速工况能够加速三元催化转化器的起燃过程，正确反映车辆的实际状态。根据我国北京、上海、广州等城市应用双怠速工况实际测试的结果，证明该方法不仅能够重现车辆怠速状况下的排放水平，也能大致重现车辆行驶时的排放状况。采用简易工况法进行排放测试特点有：（1）能够充分检测车辆在怠速、加速、匀速和减速各种工况下的排放特性。与其他检测方法相比，更能反映车辆实际行驶时的排放特征。（2）能够检测车辆尾气中 CO、HC和 NOx等污染物，对于 NOx的检测功能是怠速测量所不具备的。（3）瞬态法测试时污染物检测结果为质量浓度，以 g/kg表示。这数据对于计算机动车污染物
8、排放总量以及制定切实可行的机动车污染控制规划，具有非常深远的意义。而其它检测方法只能得到污染物排放体积浓度数值，无法对检测数据进行更深层次的利用。汽油车排放标准及检测方法柴油车排放标准及检测方法根据 “新 车新 标 准、老 车 老 标 准 ”的原 则 ，GB38472005第25条规定 ，对2001年1O月1日前生产的在用柴油车，仍采用滤纸式烟度法检测。311自由加速工况与滤纸式烟度 柴油发动机处于怠速 ，将油 门迅速踏到底 ，维持4s后松开。从排气管抽取一定长度的排气柱所含的碳烟，将规定面积的清洁滤纸染黑的程度，称为 自由加速滤纸式烟度。312柴油车辆正常情况下的烟度排放范围2001年前生产
9、的柴油车 ，在车况正常情况下，其 自由加速 的大多数烟度值通常在254ORb范 围内。近年生产的柴油车，烟度值通常在3ORb以下。明显冒黑烟的车 ，烟度值在4ORb以上 ；严重冒黑烟的烟度值可超过6ORb。32自由加速 不透光 烟度测量 法不透光烟度测量法是欧洲现行 规规定的方法，特点是被测对象既包括黑色颗粒物又包括其他有色、无色的颗粒物 ，是一种较滤纸烟度法更科学的方法。按GB38472005第23条和24条的规定 ，对于2001年1O月1日以来生产 的在用 柴油车 ，采用不透光烟度法进行检测。321不透光烟度 计 原理 光源发 出的光被仪器气室收集的排气中各色颗粒物吸收、反射和折射 ，感光
10、元件接受的是被排气颗粒物衰减后的光强。不透光度由线性分度0到100表示 ，0表示无颗粒物，光线无 消弱 ，全 透射 ，烟度最小 ；100表示颗粒物极多，光线全被 吸收或反射 ，烟度最大。测量是在排烟后进行，记录的是最大烟度值。与线性分度对应的另一种单位为光吸收系数(m)。根据GB182852005规定 ，检测 只采用分式不透光烟度计 ，取消了全流式不透光度仪 ，主要是为了避免在一个标准里同时使用存在两种测试仪器方法可能引起的争议。322柴油车辆正常情况下的烟度排放范围根据近年来53家排放型式核准达国 水平的重型柴油机及重型柴油车制造厂和39家排放型式核准，达国水平的重型柴油机及重型柴油车制造厂
11、报来的的烟度数据统计 ，在发动机正常燃烧情 况下 ，8O的达 国 水 平 的在 用 柴 油 车排 气 烟 度在192m以下，8O的达国水平的在用柴油车烟度在157m以下 。323滤纸 烟度与 不透光烟度 的相 关性 我 国柴油车烟度检测滤纸法和不透光烟度法二种方法共存，波许烟度与不透光烟度之间的关系为广大检测人员关注。广州市环境检测站对收集 的292辆柴油车的测试数据作 了研究 ，结果表明，不透光烟度与波许烟度之间存在近线形正相关关系简 易工况检测方法简介IM195源自IM240。IM240行驶工况采用美国FTP曲线前333s的两个峰，经修改缩短为240s。因此，IM240是变车速变负荷的瞬态
12、工况。该方法采用与新车认证试验工作原理一致的测试设备。我国GB182852005对其行驶工况改为欧洲十五工况195s单循环。IM195配备载荷可设定的功率吸收单元和惯性飞轮组的底盘测功机，以模拟道路行驶阻力和车辆加速惯量。采样系统为定容稀释取样(CVS)。污染物分析CO用不分光红外分析仪(NDIR)，HC用氢离子火焰分析仪(FID)，N用化学发光分析仪(CI)。最后的测量结果以gkni表示。美国IM240试验结果与新车FTP结果有很好的相关性，相关因子可达到：CO为918，HC为947，N为843。同时，IM240试验结果与FTP结果相比离散性很小，所以，IM240的错判率很低。IM195是一
13、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，对检测使用人员有较高的要求。从目前看，IM195不适合大面积应用，对于有条件的城市，安装一套进行在用车排气污染课题研究是有益的。53汽油车稳态加速模拟工况法(ASM)简介为减少检测设备投资和运行费用，为扩大检测范围、提高检测效率，美国又提出了更为简单的工况法。ASM方法是出现早、使用较多的一种，1996年美国环保局认可了ASM。ASM最大的特点是检测设备充分简化，设备价格不足IM195价格的2O。操作与维护都比IM195简单容易。ASM只有稳定的匀速过程，加载为固定值。检测有二个等速工况段：一是5025工况，车速为25kmh，按
14、车辆加速度为1475ms。时的输出功率的5O对车辆加载；二是2540工况，车速为40kmh，按车辆加速度为1475ms时的输出功率的25对车辆加载。分析仪器采用下列原理：CO、HC和CO2采用不分光红外法，NO和O2采用电化学法。排放结果以浓度表示。ASM检测结果与FTP结果相关性较差，相关因子分别为：CO为435，HC为492，N()T为714。这主要是 因二者 的试验工 况完全不同。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 ，不 同工况对排放有不同的影响。另外，采用的污染物分析原理也不相同。ASM与新车工况法 的相关性较差，使得ASM法误
15、判率偏高，尤其是对电喷加三元催化器的车，由于限值低 ，判断不合格车辆的错判率在24至7596之 间_3J。广东工业大学的研究显示，瞬态测试结果能较全面地反映车辆的技术状态 ，ASM法不能反映车辆的综合技术状态的变化 ，检测结果有局限性l4。对排放浓度接近而发动机排量不同的车，其排放量是不同的，由于ASM只能测 出排放浓度，就掩盖了排放质量大小的差异 ，因此 ，ASM对不同排量的车是欠公允的。结语治理机动车排放污染，是一项长期而又艰巨的系统工程，其中相关标准法规的制订又是这一工程中的基础工作。对于双怠速方法，自新标准发布之日起就将在全国范围内强制实施；对于简易工况法，新标准将建议在全国范围内分步执行。地方人民政府根据辖区内机动车污染状况及空气质量状况，决定采取何种检测方法，并报请国家环境保护主管部门批准。在控制机动车污染方面，发达国家积累了丰富的成功经验。只有通过充分的参考和借鉴，同时紧密结合中国国情，才能走出一条中国特色的机动车污染治理之路
