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    在用車排放測量技術分析

    1 前 言
    控制汽車排放污染主要分成新車核準和在用車階段。隨著我國汽車排放標準的逐步加嚴,新生產車需要滿足越來越嚴格的排放法規,以滿足國家有關部門管理上的準入要求。2005 年4 月15 日國家環??偩趾蛧屹|量監督檢驗檢疫總局聯合發布了《輕型汽車污染物排放限值及測量方法( 中國Ⅲ、Ⅳ階段)》,并將在2007年7月1日于全國范圍內實施,其中OBD順延一年;經國務院批準,北京市于2005 年12月30日開始提前實施輕型汽油車國家三階段排放標準,并規定自2006年12月1日以后在京上市的所有新車必須裝有OBD系統,從而可以隨時監測車輛與排放有關的零部件狀態。
    在2000 年實行滿足歐二標準的低排放小汽車減征消費稅的激勵政策前提下,2002 年我國新生產車90%以上均滿足了歐二排放標準的要求,而國家標準規定歐二自2004 年7月1日才在全國范圍內實施,這說明新生產車提前兩年時間達到了相應標準的要求,國家有關政策取得了非常大的環保成效。
    新車排放標定的目標值一般控制在標準限值的50%以下,從而可以保證型式核準和一致性抽查時滿足要求。隨著國三標準的逐步實施,除OBD 技術外,在用車排放符合性也是該標準中不可或缺的一部分。在用車排放符合性要新車至少已經使用了15000km或6個月( 以后到達者為準);且不超過80000km或5年( 以先到達為準),同時必須有正常的保養記錄,其Ⅰ型排放結果需要符合標準限值要求[1]。在用車排放符合性需要建立樣本庫,這也就意味著部分車輛被排除在抽查范圍以外,但在用車不論車況良好與否,只要尚未達到國家規定的車輛報廢期限,仍可以上路行駛。
    我國上牌以后的車輛需要實行年檢制度,其中包括排放以及涉及車輛安全、燈光等,同時也包括必要的檢測/維護制度(I/M制度) 。雖然在用車符合性與在用車年檢(I/M制度) 均同樣針對在用車輛,但二者不同的是,在用車排放符合性主要針對汽車生產廠,并且有一定的車輛族系劃分和檢查條件;而在用車年檢制度則主要針對所有車輛用戶,且兩者所采用的檢測設備和檢測方法迥然不同。
    2 我國現行的在用車檢測方法
    除北京地區外,我國對在用車的排放年檢通常用的檢測方法有兩種,汽油車為怠速法或雙怠速法,柴油車為自由加速煙度法。
    (1) 怠速法只能反映車輛怠速狀態下空負荷排放情況,這時發動機為貧氧偏濃燃燒,主要產生CO和HC。標準限值和測試方法對化油器車型尚可進行高排放篩選,但自從我國禁售化油器車型后,由于怠速法限值過于寬松,工況也遠遠落后于電噴加三元催化的汽車排放控制技術發展,對新生產車車況較好的在用車,怠速法結果幾乎為零。
    2005 年國家環??偩趾蛧屹|量監督檢驗檢疫總局聯合發布了新的雙怠速法和簡易工況法的國家標準。對于電噴加三元催化器的車輛,需采用五組分分析儀,同時規定,發動機為高怠速轉速時,λ 應為1.00±0.03(或制造廠規定的范圍),從而能夠在相對便捷的情況下檢測車輛氧傳感器的工作狀態。
    (2)自由加速工況與濾紙式煙度[5] [6]指柴油發動機于怠速、將油門迅速踏到底,維持4s 后松開。在該工況下,從排氣管抽取規定長度的排氣柱所含的碳煙,用光電法確定清潔濾紙染黑的程度。
    自由加速法測量的不確定性較大,重復性差。
    3 先進的汽油車和柴油車簡易工況檢測方法
    怠速法與自由加速法共有的的弊端是試驗時車輛無載荷,檢測結果的代表性與真實性差。新車認證時采用EUDC 循環,通過稀釋取樣系統,測試車輛1220 秒(歐Ⅱ以前) 或1180 秒(歐Ⅲ以后) 的質量排放量,該工況是在車輛市區和市郊綜合工況下測量車輛的排放狀況,但用時長,設備及人員的造價高,根本無法在車輛年檢時使用。簡易工況法可以根據車輛實際使用情況,制訂出合適的簡化程序,利用相對低廉的設備,同時對操作人員的要求又不高,并且可以模擬汽車道路行駛阻力,克服怠速法和自由加速法測試時車輛無負荷的弊端,簡易工況法主要有:穩態加載加速模擬簡易工況法(ASM) 、瞬態加載工況法(IM240) 、瞬態加載簡易工況法(VMAS)以及柴油車加載減速法(LUGDOWN) 等。
    3.1 穩態加載加速模擬法ASM
    ASM方法只有穩定的勻速過程,加載保持固定值。有兩個等速工況段,一是ASM5024 工況,車速為24km/ h,按車輛加速度為1.47m/s2 時負荷的50% 對該工況進行加載,故稱為ASM5024 工況;二是ASM2540 工況,車速為40km/h,按車輛加速度為1.47m/s2 (實際為1.1m/ s2 左右) 時負荷的25%對該工況進行加載,故稱為ASM2540 工況。
    污染物分析儀器采用下列原理:CO、HC 和CO2采用不分光紅外法(NDIR),NO 和O2 采用電化學法。
    ASM設備使用和維護費用相對較低,而且操作簡單,比較適合于我國的國情.但由于ASM采用等速等負荷的穩態工況,與采用瞬態工況的新車工況有很大的差異,而且其尾氣測量為直接取樣分析,測量結果為濃度而非質量排放,ASM與新車工況以及其它瞬態加載簡易工況的相關性較差。
    3.2 瞬態加載法IM240
    IM240 檢測設備的設計是為了滿足1990 年美國環保局(EPA) 頒布的《清潔空氣法》修訂條例中制定的排放法規和檢測配備,并規定空氣污染嚴重的地區其I/M計劃要使用IM240 設備。
    IM240 試驗工況采用FTP 曲線前0~333 秒的兩個峰,經修改縮短為240 秒。底盤測功機為多點,以模擬道路行駛阻力和車輛加速慣量。采樣系統為定容稀釋取樣(CVS) 。一氧化碳用非分散型紅外分析儀(NDIR),碳氫化合物用氫離子火焰分析儀(FID),氮氧化物用化學發光分析儀(CLD),最后的測試結果以g/km 表示。
    由于相近的測試工況以及稀釋取樣系統,IM240 試驗最后同樣為質量排放量,因此與FTP 結果有很好的相關性,對高排放車的錯判率較低。
    但與ASM相比,IM240 的技術含量高,設備費用昂貴,維護比較復雜,檢測時間較長,對檢測人員的要求較高,除了試驗工況的簡化,其它要求基本上和新車認證時相同。
    3.3 瞬態加載簡易工況法VMAS
    VMAS 方法界于IM240 和ASM之間,基本上吸取了二者的優點,是一種瞬態加載簡易工況法。試驗系統由底盤測功機、Vmas 系統、排氣分析儀和主控計算機等組成[2]。
    VMAS 采用的底盤測功機和運行工況與IM240一致,但采用了與ASM相似的簡便式排氣分析儀,即能夠測量CO、CO2、HC、NOx 和O2 的五組分氣體分析儀。
    為了將測得的污染物濃度轉化成質量,VMAS系統通過可以實時測量流量的“氣體流量分析儀”和校正系統,用來實時測量稀釋后氣體的流量。主控計算機根據排氣中各污染物成份的濃度(Cn),標況下的密度(ρn) 以及稀釋后氣體的流量(Va),計算稀釋比(Diu),以及污染物的排放質量(mn) 。
    計算公式如下:
    Diu=(Oa-Or) /(Oa-Od)
    mn=Cn ρnVa / Diu
    公式中Oa——大氣中游離氧的體積濃度
    Or——稀釋前排氣中的氧氣濃度
    Od ——稀釋后排氣中的氧氣濃度
    由于VMAS 試驗循環包含了怠速、加速、勻速和減速各種工況,能反映車輛實際行駛時的排放特征,因而準確率較高;同時它也簡化了IM240 的排氣分析系統,更利于節約成本以及大面積的推廣使用。
    3.4 柴油車加載減速法LUGDOWN
    LUGDOWN 是在一定工況條件下測量柴油車的排放污染物煙度值,LUGDOWN 檢測設備可實現對柴油車尾氣排放和動力輸出的動態檢測。通過煙度計采樣分析最大功率點轉速下、90% 最大功率點速度、80%最大功率點速度下柴油車三個速度下的煙度值,將檢測結果與標準中提供的煙度限值進行比較,只有上述3 個工況點測得的光吸收系數k 或煙度值均滿足標準限值,排放測試才判定為合格。測試設備主要包括底盤測功機、不透光煙度計和發動機轉速計,由計算機控制系統集中控制。
    LUGDOWN 方法與傳統的自由加速法測量相比,無論是重復性還是與新車工況的相關性都有很大的提高。
    4 遙感測量技術
    車輛尾氣遙感檢測技術于上世紀80 年代末開始在美國出現,目前已經在北美,歐洲,東亞等國家和地區得到了廣泛的應用。遙測主要利用分子對不同波段的吸收光譜特性,當遙測設備的光源發生器發出紅外光(或激光) 和紫外光光束時,其道路對面的紅外線(或激光) 和紫外光反光鏡又將其反射回設備的光源檢測器,道路上行駛的車輛通過這些光束時,排出的尾氣會對紅外光(或激光) 產生吸收,紅外線發射接收器通過分析接收光光譜的變化情況計算出車輛行駛中一氧化碳(CO) 、二氧化碳(CO2) 、碳氫化合物(HC) 及氮氧化物(NOx) 的排放濃度。并同時由車輛辨別系統記錄下車輛的車牌,速度傳感器測量其車速和加速度,氣象儀器記錄環境參數。
    遙測具有檢測效率高、不影響車輛正常行駛、防止舞弊和能較真實反映車輛道路實際排放狀況等突出優點。但由于遙測技術是使用非接觸式方法進行排氣測量,因此,受測量條件的影響較大,測量精度和重復性相對較差。影響遙測結果的因素有車輛的實際行駛工況,道路坡度以及環境條件的變化等。遙測作為傳統機動車排氣檢測方法的補充手段,被廣泛應用于高排放車篩選、低排放車豁免、機動車排放調查和I/M項目評估等方面。
    5 小結
    隨著排放法規的加嚴和排放控制技術的提高,怠速法已經不能滿足低排放車輛的檢測要求。以上幾種簡易工況檢測方法根據成本以及測量的準確性而各有優缺點,應根據各地實際的大氣污染情況以及汽車保有量,采用相對合適的檢測方法,尤其是在車輛密度高,排放污染嚴重的地區,對在用車的檢查力度也應該更嚴格。
    信息編輯:濟南好久代駕服務有限公司   更新時間:2013/04/03   字號:

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