点燃式发动机汽车简易瞬态工况法(顺序)

2020/2/29点燃式发动机汽车简易瞬态工况法排气污染物排放检测（VMAS）临沂丰源机动车检测有限公司黄鹏2020/2/29背景据环保部门的研究结果，城市空气污染中20%的CO2、60～70%的CO、40%的NOx和70%的HC来自于汽车尾气。无害物：CO2、H2O、O2以及存留下的N2等，它们是燃料和空气完全燃烧后的产物有害排放物：不完全燃烧的产物和燃烧反应的中间产物，包括CO、HC、NOx、SO2、固体颗粒等。（汽油机中占5%，柴油机中不到1%）2020/2/29排放的典型组成发动机的废气主要是N2、CO2，有害排放物主要是指CO、HC和NOx（通常指NO2和NO）。汽油机柴油机N272%75.2%CO217%7.1%O29.36%16.88%有害排放1.64%CO85%0.82%35.4%HC5%8.54%NOx8%35.4%其他2%20.66%2020/2/29排气污染物对大气环境的影响主要表现在烟雾、酸雨、臭氧（O3）层减薄和臭氧浓度过高以及温室效应烟雾的形成，是由各种排气扩散过程中的化学反应形成的；酸雨产生的主要原因是由于SO2和SO3在大气中而引起的雨水PH值的变化；排气污染物对臭氧的影响在大气对流层中，特别是在北半球，臭氧的浓度在增长。而在大气同温层中，臭氧的浓度在下降，出现了臭氧洞。除了对人体健康直接有害的排气污染物CO、HC、NOx和微粒外，发动机还排出温室气体。2020/2/29温室气体排放温室气体CO2CH4N2OO3FCCH11FCCH12尔分数×10－63481.650.310.020.00020.00032度率增长率/%0.41.00.250.555寿命/a8101500.165110致暖势13215020001400017000地区百分比%地区百分比%地区百分比%中国13东欧21.6拉美、非洲、中东10.1西欧15.4南亚、东亚、澳洲12北美282020/2/29国外尾气检测概况第一阶段：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。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，测量怠速工况下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，而且可以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汽车排放恶化。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法测量，以达到大幅度加严排放限制的目的。2020/2/29目前采用的方法随着汽车工业的发展，法规、标准的不断加严，90年代以后，除采用双怠速法以外，还开发出更准确且复杂的工况法测量方法，如ASM加速模拟工况法、IM240瞬态工况法、VMAS简易瞬态工况法等。对于这些测量方法，具体实施哪种，由各州政府，根据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工况法，空气质量一般的州采用双怠速法，空气质量优良的州甚至没有检测要求。另外，一种遥感监测的方法也被广泛使用在道路边的实际车辆排放监测中。2020/2/29试验结果通过分析实际测试结果，得到以下几点结论：1）怠速法对于发现化油器轿车中的高排放车非常有效，而对于装备电子燃油喷射系统和三元催化转化器的轿车则效率明显降低；2）费用效益分析显示，随着装备三元催化转化器车辆比例的提高，简易工况法显示出很好的费用效益；3）在所有进行的测试中，瞬态简易工况测试被认为可以取得最大的环境效益；4）遥感测试法的优点是快速、高效，可以有效的发现行驶中的高排放车辆，是一种较理想的测试手段，其缺点是检测结果受车辆行驶工况的影响较大，测试技术尚不成熟，对评价城市车辆整体排放水平有一定的作用，对于准确判定车辆排放状况尚存在缺陷。2020/2/29现有执行标准国家环保总局已经在2005年颁布了GB18285《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法和简易工况法）》，并于该年7月1日正式实施。双怠速法为标准实施后全国统一强制执行的在用车排气污染物检测方法。对于机动车空气污染确实严重的城市，经过国家环保总局同意，地方人民政府批准后，可以选择使用标准中推荐的工况法。对于三种工况测量方法，地方环保部门可以根据自身情况进行选择，对于已经实施工况法的车型，将不再执行双怠速法。对于实施工况法的地区或城市，可以根据辖区自身情况制定和调整工况法排放限值，经省级人民政府批准后执行。2020/2/29DB33/660-2008在用点燃式发动机轻型汽车简易瞬态工况法排气污染物排放限值按照GB18285-2005附录D中“简易瞬态工况法测量方法”的规定执行。排放检测所需设备的工作原理，测量精度必须满足GB18285-2005、HJ/T290-2006对简易瞬态工况法检测系统的技术要求。GB18285-2005点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法(双怠速法及简易工况法)HJ/T290-2006汽油车简易瞬态工况法排气污染物测量设备技术要求。（发布部门：国家环境保护总局发布日期：2006-07-18实施日期：2006-09-01）2020/2/29基准质量（RM）kg一氧化碳（CO）g/km碳氢化合物（HC）g/km氮氧化物（NOx）g/kmRM≤102041.95.96.71020＜RM≤147045.26.66.91470＜RM≤193048.57.37.1RM＞193051.88.07.2车辆类型基准质量（RM）Kg一氧化碳（CO）g/km碳氢化合物（HC）＋氮氧化物（NOx）g/km第一类轻型车全部12.04.5第二类轻型车RM≤125012.04.51250＜RM≤170018.06.3RM＞170024.08.1测2000年7月1日起生产的第一类轻型汽车2001年10月1日起生产的第二类轻型汽车2000年7月1日以前生产的第一类轻型汽车2001年10月1日以前生产的第二类轻型汽车2020/2/29市场容量采用ASM工况法地区：北京、江苏、山西、陕西等采用VMAS工况法地区：辽宁、山东、河南、浙江等目前检测能力（一条环保线）VMAS：8,000～10,000辆ASM：1～1.2万辆山东省：1、采用简易瞬态工况法进行检测的，每车次70元。2、采用双怠速法检测的，每车次40元。3、采用自由加速法检测的，每车次45元。2020/2/29检测的目的国内外调查研究证实，城市在用车队中有10－15％排放严重超标的车辆，其污染物排量占整个地区的在用车污染排放量的50－60％，工况法检测就是要准确地找出这10－15％的高排放车，然后用维护、修理的办法使其恢复到接近出厂时的排放水平，这样仅治理10－15％的在用脏车，达到削减占排放总量50－60％的污染物，达到事半功倍的效果。因此，通过制定和提高排放标准，治理高排放在用车，可以有效减少在用车的排放污染总量，迅速改变全体在用车的排放状况，产生的净化大气效果十分可观。2020/2/29发展趋势浙大鸣泉科技有限公司基于国家环保要求，于2006年始和浙江大学合作，研发用于点燃式发动机汽车瞬态工况尾气排放测试系统的关键设备“流量分析仪和高精度的尾气分析仪”。国家技术监督局发布了GB21861－2008（2009.6.1实施）《机动车安全技术检验项目和方法》，规定了实行环保标志的地区排放不再列入安全技术检验项目；与基于浓度排放测试的稳态加载工况法相比，VMAS能够直接获取汽车污染物的排放总质量，可以更为准确地模拟车辆的实际工作状态，更为客观、公正地判断车辆的排放状况。使用该测试方法来对数量巨大的在用车进行监督管理，已经成为未来几年内我国控制汽车排气污染物的必然趋势。2020/2/29主要内容常用测试方法比较VMAS的组成及工作原理VMAS测量的关键问题2020/2/29常用测试方法比较怠速和高怠速（双怠速）加载模式瞬态（IM240）测试加载模式稳态（ASM）测试简易瞬态加载VMAS法2020/2/29怠速/高怠速测试法采用直接取样法采用红外（NDIR）分析法2020/2/29直接取样法2020/2/29NDIR红外分析－电容法2020/2/29NDIR红外分析－热释电前置放大电路滤波放大电路A/D转换电路嵌入式分析系统光源调制光源驱动电路上位机串口通信反射镜红外光源气室滤光片红外探测器进气口出气口温度测量模块压力测量模块2020/2/29红外特征光谱2020/2/29怠速/高怠速测试法目前不论是我国还是欧美等国家，不加载测试法即双怠速测试法还在一定范围内使用，成本低、设备简单、操作维护简单，适用范围广：在进行怠速测试时，对智能型发动机，由于怠速时发动机的运行模式和实际行驶时有较大的差异；对于化油器车留下作弊机会。检测超标的车本应通过维修、保养，使车况正常，从而降低CO、HC浓度；浓度测量、无NOx监控、只能检测无负荷情况下的简单工况；因此，怠速法不太适合在用车排放的检测，特别是不适合污染情况比较严重的大城市和地区。2020/2/29常用测试方法比较怠速和高怠速（双怠速）加载模式瞬态（IM240）测试加载模式稳态（ASM）测试简易瞬态加载VMAS法2020/2/29瞬态加载（IM240）法IM240测试设备及工作原理同新车试验要求一致底盘测功机要配备多点载荷设定的功率吸收装置和惯性飞轮组；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）最后的测试结果以行驶每公里的污染物排放质量以g/km表示。IM240测量精确、与新车认证检测结果关联性好、能有效检测NOx排放，但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。2020/2/29测试系统简图2020/2/29定容取样器（CVS）结构2020/2/29工况设计2020/2/29HC测量仪器氢火焰离子化分析仪(FID)：测定所有碳氢化合物浓度的仪器2020/2/29NOx测量仪器化学发光分析仪(CLD)具有线形范围宽(在1000Oppm范围内输出特性呈线形关系)、灵敏度高、抗干扰能力强、能够连续测量等优点。NO+O3=NO2*+O2NO2*=NO2+hv2020/2/29常用测试方法比较怠速和高怠速（双怠速）加载模式瞬态（IM240）测试加载模式稳态（ASM）测试简易瞬态加载VMAS法2020/2/29稳态加载加速模拟ASM法为减少设备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。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IM240的30%左右，操作与维护都比IM240简单容易、测量稳定、技术成熟、操作较简便、能检测NO排放。2020/2/29工况设置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。ASM5025工况，车速为25公里／小时，按车辆加速度为1.47米／秒2时负荷的50%进行加载，故称为ASM5025工况；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%进行加载，故称为ASM2540工况。2020/2/29污染物测量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。2020/2/29工况要求2020/2/29ASM的问题由于ASM是等速等负荷的稳态行驶工况，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