汽车发动机试验学_第六章_发动机排放试验.

汽车发动机试验第六章发动机排放试验Page1同济大学汽车学院6.1概述美国是最早制定汽车排放法规的国家，这是因为20世纪40年代美国加州发生了光化学烟雾事件，其罪魁祸首正是汽车尾气，于是加州政府在20世纪60年代首先制定了汽车排放法规，开创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。在我国，随着汽车保有量的迅速增加，汽车排气污染也越来越严重，我国政府借鉴国外治理汽车尾气的成功经验，并结合我国汽车工业现状，制定了一系列汽车废气排放法规来控制汽车排气污染，如GB18352.3-2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》和GB17691-2005《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、ⅣV阶段）等。同济大学汽车学院Page26.1概述对于车用燃油发动机，排气污染物主要包括气态污染物和颗粒物。气态污染物是指一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC)、氮氧化物（NOx）、二氧化碳（CO2）。颗粒物（PM）则由干炭烟（DS）、硫酸盐和可溶性有机物(SOF)组成。这些污染物主要存在以下3个来源：1.发动机排气管排出的有害气体，如一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物(NOx）、颗粒物（PM）（主要来自柴油机）等；2.发动机曲轴箱内泄漏到大气中的废气物，如CO、HC、NOx；3.来自燃料供给系统的燃油蒸发排放物，主要是HC。同济大学汽车学院Page36.1概述汽车排放法规可分为轻型车排放法规和重型车排放法规，从表中可看出轻型车与重型车的划分方法。汽车排放法规又可分为道路车辆排放法规和非道路车辆排放法规。非道路车辆排放法规按ISO1878和ISO16183的规定，它包括了拖拉机、工程车、园艺发动机、发电机组、船舶发动机等。同济大学汽车学院Page46.2各国排放法规道路车辆排放法规目前在全世界主要分为三大体系，即美国排放法规（EPA）、欧共体排放法规(ECE)和日本排放法规(JES)，其他各国基木上是按照或参考这三大体系来制定本国的排放法规。排放污染物的评定指标对于污染物的排放量有多种评定指标，如表所示，即浓度排放量、质量排放量和比排放量，分别用于不同场合。同济大学汽车学院Page56.2各国排放法规美国法规美国是世界上最早执行排放法规的国家，也是排放控制指标种类最多，排放法规最严格的国家。美国的汽车排放法规分为联邦排放法规即环境保护局(EPA)排放法规和加利福尼亚州大气资源局（CARB)排放法规。美国加州1960年立法控制汽车排气污染物；1963年美国政府颁布《大气净化法》。当年加州就已开始控制曲轴箱燃油蒸发物排放；1966年加州颁布实施“7工况法”汽车排放法规；1968年美国政府采用“7工况法”控制汽车排放；1970年加州开始控制轿车燃油蒸发物排放。美国政府从1970年开始制定一系列车辆排放控制法规。同济大学汽车学院Page66.2各国排放法规美国法规1972年采用LA-4C(FPT-72)测试循环，并增加对NOX的控制，1975年改用LA-4CH(FPT-75）测试循环；1975年起到20世纪80年代，美国排放法规大幅度加严，特别强化了对NOX的限值，同时提高对非甲烷气体（NMOG）和CO的控制。1990年美国国会对《大气净化法》做了重大修订，对汽车排放提出了更高的要求。1994年加利福尼亚州制定的低污染汽车排放法规，将轻型车分为过渡低排放车(TLEV),低排放车(LEV)，超低排放车(ULEV)和零排放车(ZEV)，并且规定从1998年起销售到加州的轻型车应有2％为无污染排放（零排放）车，2001年为5％，2003年达到10％。同时计划在2004年进一步强化汽车排放法规(SULEV)，限值为ULEV的1/4。同济大学汽车学院Page76.2各国排放法规美国法规同济大学汽车学院Page86.2各国排放法规美国法规同济大学汽车学院Page96.2各国排放法规日本法规日本是世界上的汽车生产大国，从1966年起开始控制汽车排放污染，对新车进行4工况检测，规定控制CO体积分数小于3％，1969年加严到2.5％；1971年规定小型车CO体积分数小于1.5％，轻型车CO体积分数小于3％；1973年采用10下况法，增加THC和NOX作为排放控制指标；1986年对柴油轿车排放进行控制，对在用车实施定期车检法规；1991年起新车采用10-15工况测试循环；1993年开始对所有柴油车排放进行控制。日木汽车排放法规限值有最高值和平均值两种：每一辆车的排放量不得超过最高值；平均值指每一季度测得的各辆车的平均值不得超过排放法规规定的平均值限值。同济大学汽车学院Page106.2各国排放法规日本法规同济大学汽车学院Page116.2各国排放法规日本法规10-15工况测试循环要求测试车辆在底盘测功机上进行预热，以恒速（60±2)km/h运行15min，停机测量冷却液和润滑油温度后，再运行5min及15工况循环1次和怠速24s，然后测试时连续运行10工况循环3次和15工况循环1次后结束测试。同济大学汽车学院Page126.2各国排放法规欧洲法规欧洲经济委员会从1970年开始以ECER15法规的形式对轻型汽油车排放污染物和曲轴箱污染物排放进行控制，以后每隔3一4年修订加严一次，形成了ECER15-01(1975)、ECER15-02(1977)、ECER15-03(1979)系列排放法规。在1975年前执行的ECER15和ECER15-01法规只限制CO和THC的排放量，从1977年的ECER15-02法规开始增加了对NOx的限值要求。同济大学汽车学院Page136.2各国排放法规欧洲法规ECE在1991年对ECER83-00法规进行了修改，制定了欧Ⅰ排放法规，从1992年开始实施，欧I测试规范由发动机起动后40s加反复4次的ECE-15工况构成。欧Ⅱ测试规范在欧I测试规范基础上加反映城郊高速公路的城郊工况EUDC构成。1996年起执行欧Ⅱ排放法规，排放法规限值已接近美国过渡低污染车(TLEV)的限值水平。欧Ⅱ法规中不仅在型式认证时对汽车排放限值加严，而且在生产一致性检查时的排放限值与型式认证的限值相同。同济大学汽车学院Page146.2各国排放法规欧洲法规2000年开始执行欧Ⅲ排放法规，对THC和NOX分别给出限值，在欧Ⅱ基础上将其限值再降低1/2，排气测量方法分为Ⅰ型和Ⅳ型测试循环工况。Ⅰ型为常温(25℃±5℃）测试循环，如图6-3所示。要求发动机起动与采样同时进行，加严对THC，CO的限值。以前的方法都是在发动机起动后40s才开始采样。因此Ⅳ型测试循环工况为图6-3中1部所示情况，要求低温（－7℃±2℃）冷起动测试，主要限制THC和CO。欧Ⅲ排放法规还新增加车载诊断系统(on-boarddiagnosticsystem,OBD)功能检查、LPG/NG汽车排放试验、8万km内的在用车工况法排放一致性检查、替代用催化器的认证试验等项目，确保在用车排放量的持续达标要求。2005年开始执行欧Ⅳ排放法规。该法规在欧Ⅲ法规的基础上，无论汽油机还是柴油机，各项限值大都降低了一半，测试循环工况和方法同欧Ⅲ法规。同济大学汽车学院Page156.2各国排放法规欧洲法规同济大学汽车学院Page166.2各国排放法规欧洲法规同济大学汽车学院Page176.2各国排放法规中国法规1998年我国实施的GB14761．1-1993达到了ECE15-04法规规定的限值。1999年1月1日北京率先实施了相当于欧Ⅰ法规限值的DB11/105-1998《轻型汽车排气污染物排放标准》。2000年1月1日在全国实施了相当于欧Ⅰ限值的GB14761-1999标准。从2000年1月1日起还实施了GB17930--1999《车用无铅汽油》，为实施相当于欧洲Ⅰ号的国家标准创造了条件。GB18352.2---2001《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(Ⅱ)》等效于欧Ⅱ的排放法规，于2004年7月1日起在全国实施。北京在2005年提前实施等效于欧Ⅲ的国家标准。我国于2005年4月又发布了多项新的排放标准，如GB18352.3—2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》。Ⅲ、Ⅳ阶段指中国相当于实施欧Ⅲ、欧Ⅳ标准的阶段。该标准从2007年7月1日起实施。同济大学汽车学院Page186.3我国排放测试方法轻型汽车排气污染物测试方法关于我国轻型车排气污染物测试方法，国家标准GB18352，3-2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》中有详细的规定，如标准中规定燃用汽油的装用点燃式发动机的汽车（包括两用燃料车）必须进行下述测试：1.Ⅰ型测试－常温下冷起动后排气污染物排放测试；2.Ⅲ型测试－曲轴箱污染物排放测试；3.Ⅳ型测试－蒸发污染物排放测试（两用燃料车仅用汽油进行）；4.Ⅴ型测试－污染控制装置耐久性测试；5.Ⅵ型测试－低温下冷起动后排气中CO和THC排放测试；6.双怠速测试－测定低怠速的CO和HC（正己烷当量）和高怠速的φ（过量空气系数）；7.车载诊断(OBD)系统测试。同济大学汽车学院Page196.2各国排放法规中国法规同济大学汽车学院Page206.2各国排放法规中国法规同济大学汽车学院Page216.3我国排放测试方法测试装置测量轻型汽车排气污染物所采用的测试装置主要由底盘测功机、定容采样（constantvolumesampling,CVS)系统、分析设备和控制系统等组成。同济大学汽车学院Page22轻型汽车排气污染物测试方法测试装置1.定容采样系统定容采样系统主要是将车辆在底盘测功机上运行时的排气用标准的空气连续稀释，然后通过定流量装置把稀释排气按一定的流量排出，同时按一定比例连续收集该稀释排气到取样气袋中等待分析。定容采样系统主要由临界流量文氏管(CFV)、排放气体稀释混合箱、样气储存袋、鼓风机、计算机测量控制系统等组成，如图所示。同济大学汽车学院Page23轻型汽车排气污染物测试方法同济大学汽车学院Page24同济大学汽车学院Page25同济大学汽车学院Page26国五排放同济大学汽车学院Page27国五排放同济大学汽车学院Page28国五排放同济大学汽车学院Page29国五排放同济大学汽车学院Page30同济大学汽车学院Page31轻型汽车排气污染物测试方法测试装置2.分析设备分析设备是用来对定容采样器的取样气袋中稀释气体进行成分分析。因此，要求分析设备具有较高的灵敏度和良好的选择性，测量范围适中，精度高，反应快，读数稳定以及受干扰小等特性。目前国内外均采用下述分析设备：（1）一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）采用不分光红外线吸收型(NDIR)分析仪；（2）总碳氢化合物（THC）采用氢火焰离子化型分析仪（FID），对压燃式发动机采用加热式氢火焰离子化型分析仪（HFID）；（3）氮氧化物(NOX）采用化学发光型分析仪(CLD)；（4）压燃式发动机排气中微粒物（PM）采取在稀释风道尾部取样的方式，用滤纸收集，用精密天平称重。同济大学汽车学院Page32轻型汽车排气污染物测试方法检测方法汽车排放污染物检测，从测试内容划分，主要有怠速法和工况法两种。怠速法是测量汽车在怠速工况下排气污染物的一种测量方法，一般仅测CO和HC（正己烷当量），测量仪器采用便携式排放分析仪。工况法检测结果可以比较全面地反映汽车在使用状态下的排放水平，目前我国一般用于新车的认证许可检测和出厂抽查检测，但其设备昂贵，价格往往是怠速法的100～200倍。因此未用于对在用车的检测。我国轻型车排放法规的测试循环与欧洲法规循环相同。同济大学汽车学院Page33燃油蒸发排放物燃油蒸发排放物燃油蒸发排放物是指除汽车排气管排放以外，从车辆的燃料（汽油）系统损失的碳氢化合物，主要包括：(1)燃油箱呼吸损失（昼间换气损失），由于燃油箱内温度变化导致碳氢化合物的排出；(2)热