在用车排放检测方法之间的相关性和限值制定原则

在用车排放检测方法之间的相关性和限值制定原则葛蕴珊北京理工大学2008年1月广州一、国内外研究现状新车标准目前，美国、日本和欧洲的汽车排放法规是当今世界3个主要的法规体系，许多国家都不同程度地采用了这些法规和标准。国外发达国家为汽车排放控制所作的努力，已有几十年的历史。由于轻型车占机动车总量的比例大于重型车，所以制订法规首先考虑了轻型车的排放。从排气污染物的限制顺序来看，控制法规首先限制了可见的碳烟，其次是CO，后来又提出了对HC和NOx进行控制的要求，汽油中铅和柴油中硫的含量问题也受到越来越广泛的重视。同时，由于柴油车排放出的颗粒物质可深入肺部，直接影响人体健康，对其限值的控制也在逐渐加剧，致癌物质如苯、甲醛也已开始进入控制范围之内。目前正向控制冷启动排放、鼓励超低排放和零排放的方向推进。耐久性要求也将从8万km逐步提高到16万km。这种不同时期控制重点的转移充分体现了国际机动车排放控制突出主要矛盾的特点。一、国内外研究现状在用车I/M制度I/M制度是英文InspectionandMaintenancePrograms的缩写，即在用车的检查维护制度。制定与实施该制度的目的，在美国及加拿大来说，主要是对在用车排放污染物的控制。通过立法、制定标准、进行科学的质量控制与管理，使在用车定期地进行排放检测，从而发现排放超标的车辆以及一些篡改排放控制装置的车辆，然后责令超标车辆进行修理（保养），使在用车尽可能发挥自身的排放净化能力和维持新车运行状况；而欧洲和日本的I/M制度的范围更广泛一些，既包括了对受检车辆的排放检测，还覆盖了对受检车辆的安全性能的检测。一、国内外研究现状在用车I/M制度在用车检测基本流程一、国内外研究现状在用车I/M制度由于以下原因，对在用车的排放检测成为十分重要：1.大部分新车使用一段时间后，排放量会增高。这既有正常的劣化，也有新车本身的质量、可靠性方面存在问题。2.一些地方汽油、柴油质量混乱。特别是一些加油站假冒伪劣、以次充好，车主对劣质燃油防不胜防，致使发动机工作异常，排放增多。3.相当一部分车主、司机缺少必要的汽车维护知识，没有定期检查保养的习惯，汽车常带“病”行驶，排气为高排放状态。目前，实施车辆的检查/维护制度（I/M制度）被认为是最经济、合理、科学、有效的控制在用车排放的措施。一、国内外研究现状在用车I/M制度国外I/M制度涉及的内容有所不同，欧洲日本的汽车检测/维修体系包括汽车安全性和排放，实施方式与我国汽车年检相似。美国加拿大的I/M制度只是针对汽车排放的检测/维修制度，是一套独立的体系，制定了相应的法律法规。例如，美国的《清洁空气法》规定在用车实施I/M制度控制污染物排放。此外，还有详细的I/M制度的技术法规和标准，明确了I/M制度的各项技术内容。I/M制度的实施由各州政府负责，环保局只是审查州执行计划，采用特定的模型评价各州的执行计划是否能取得预期的效果。无论是针对排放的I/M制度，还是针对汽车行驶性能的I/M制度，基本上包含2部分内容：一是管理支持，包括法律法规、质量控制和质量保证体系以及宣传教育等；二是技术支持，包括检测方法标准、维修诊断规范、检测/诊断/维修设备供应、数据自动传输及人员的培训。一、国内外研究现状在用车I/M制度I/M制度按检测内容分为基本型、加强型和混合型3类。基本I/M制度的检查包括3项内容：无负荷排放测试（怠速试验和双怠速试验）、油箱盖压力检查和目测。加强型I/M制度的检查包括5项内容：有负荷排放测试（包含IM240、ASM（AccelerationSimulationMode）、V-MAS、燃油蒸发系统的吹清气流检测和压力检测、目测以及车载诊断系统检查。美国1994年的定型车开始装车载诊断系统简称OBD，目前阶段车载诊断系统只是I/M制度的一部分，还不能取代I/M制度。混合型就是在同一地区既实行加强型I/M也实行基本型I/M制度，采用的检测网络类型有集中式和分散式。分散式检测站也称为单检站，只进行汽车的检测不能进行不合格汽车的修理。这种方式是美国环保局极力推崇的检测站网络建设方式，它可避免检测站作弊故意将合格车判定为不合格车，以此增加修理业务，但从方便用户的角度考虑也有其不足之处；集中式检测站也称为检测+修理站，既可以进行汽车检测也可以对不合格的车辆进行现场修理，它极大地方便了汽车用户但易引发检测作弊，需要加强监督检查。一、国内外研究现状在用车I/M制度在用汽油车I/M检测方法（1）怠速法和双怠速法欧洲实行在用车I/M制度较晚，在92/55/EEC指令和修订的77/143/EEC指令中，规定了在用车排放试验方法是怠速法，因为在怠速的时候，由于混合气偏浓，会影响三元催化转换器的效率，要对装有三元催化转化器和氧传感器的车进行高怠速试验。各组份测试仪器均使用不分光红外分析仪（NDIR）。而且欧盟正在进行研究制定新的I/M制度，美国的基本I/M制度地区也实行怠速法进行排气检测。（2）简易加速模拟法1988年美国西南研究院和Sierra公司共同研究开发了一系列的稳态加载试验方法，称为加速模拟法（简称ASM）。该方法将车辆放置在底盘测功机上，模拟汽车以一定车速（一般为15mile/h或25mile/h）加速时的道路负荷，稳定运转后测试排气中的HC、CO、NOx的浓度。我国也相应采用稳态工况法测量方法作为在用车检测的方法之一。一、国内外研究现状在用车I/M制度（3）IM240工况法IM240是美国开发的用于加强型I/M制度的瞬态排放测试方法。所用试验仪器设备基本与美国联邦试验法（FTP联邦测试规程）相同，测试工况采用FTP的前240s。IM240的特点是与FTP（联邦测试规程）相关性较好、测试精度和重复性也较好，试验要求的底盘测功机控制精度比ASM更高，排气的取样系统采用定容取样（CVS），废气分析HC用氢焰离子化测定仪（FID），用不分光红外线检测仪（NDIR）测定CO，用化学发光测定仪（CLD）测定NOx，排放测试值单位为g/mile。采用NDIR分析HC含量仅为采用FID分析结果的60%，CLD分析NOx的精度也比NDIR高，所以仪器设备成本比单独使用分光红外线检测仪高、使用维护费用也高。我国也相应采用瞬态工况法测量方法作为在用车检测的方法之一，测试规范改为195s。一、国内外研究现状在用车I/M制度IM240测试规范010203040506004080120160200240t(s)mph一、国内外研究现状在用车I/M制度（4）IG240IG240工况法是美国开发的一种用于在用车排放测试的方法，它采用IM240的测试工况，使用ASM方法所使用的底盘测功机和废气分析仪，增加使用Vmas传感器测试各工况的在空气中稀释后瞬态排气流量，利用积分计算出单位里程的排放量g/mile。该方法的成本略高于ASM法但比IM240便宜，据说测试精度与IM240相当。（5）车载诊断系统（OBD）OBD通过各种传感器连续不断地监控发动机电控燃油喷射系统、电子点火提前、怠速控制、自动变速器等部件的工作，OBD系统使发动机工作在最佳状态，当汽车出现故障时告警，这样车辆可以及时得到修理，提高车辆的可靠性，也可以激励汽车生产厂家提高车辆的排放控制技术。OBD要求检测任何一个与排放有关的部件或系统。重点检测燃油和空气计量系统的故障、点火系统故障或发动机间歇熄火故障、废气控制辅助装置故障等。一、国内外研究现状法律依据在用车I/M制度采用的排放物测试方法根据各地区空气质量状况车辆技术水平等因素确定，在用车I/M制度在我国目前得到了广泛的认可。我国《大气污染防治法》第三十三条明确规定“在用机动车不符合制造当时的在用机动车污染物排放标准的，不得上路行驶。省、自治区、直辖市人民政府规定对在用机动车实行新的污染物排放标准并对其进行改造的，须报经国务院批准。机动车维修单位，应当按照防治大气污染的要求和国家有关技术规范进行维修，使在用机动车达到规定的污染物排放标准”。《机动车排放污染防治技术政策》中也阐明“在用车的排放控制，应以强化检查/维护（I/M）制度为主，并根据各城市的具体情况，采取适宜的鼓励车辆淘汰和更新措施。完善城市在用车检查/维护（I/M）管理制度，加强检测能力和网络的建设，强化对在用车的排放性能检测，强制不达标车辆进行正常维修保养，保证车辆发动机处于正常技术状态。”一、国内外研究现状国内标准2005年我国颁布了在用车检测方法GB3847－2005《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》、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）》。制定在用车检测的方法是为了保证汽车排放控制系统在汽车使用过程中工作正常，减少汽车使用过程中对于大气环境的污染。在用车的检测方法不但应该在技术上是可行的，而且应该从费用不能太高，可以被大家所认可。其中，技术方面是最主要的，要求相对简单，时间短而且费用低，尤其是与工况法检测结果相比，结果要可靠，因为工况法是与实际道路更吻合的测试循环。目前，对于在用车排放检测方法和工况法的相关性，测试方法的准确性，是否能够找出排放恶化的车辆都没有进行过系统的研究。二、双怠速法双怠速法是GB18285-2005中规定的基本测量方法，设备成本低，操作简单，设备成本低，便于推广；根据两个工况的排放状况能够基本反映车辆排放状况；根据高怠速的过量空气系数能够基本判断燃料控制的情况；缺点是不能判断NOx排放情况；国家标准中关于怠速法有完整的规定。三、稳态工况法ASM法稳态工况法基于这样的考虑：汽车以低、中速的速度在平路上等速行驶的阻力相对较小，而车辆在加速行驶过程中，发动机的输出功率主要用来克服车辆的惯性阻力。如果在底盘测功机上利用功率吸收装置对车辆加载，使测功机的总加载阻力等于车辆加速阻力与平路行驶阻力之和，将车辆在某点的加速阻力等效为等速阻力进行试验，利用稳态阻力模拟加速阻力，这样在一定程度上能够反映出有载荷工况的排放情况，这就是稳态工况法测试的基本原理。汽车在实际运行过程中，道路负荷是经常变化的，通过研究分析汽车实际运行工况，选择具有代表性的几个工况进行测试，能够比较反映汽车实际运行工况。用该测量结果评价在用车排放性能，能够比较相对真实地反映在用车的环境污染情况。这种方法要求测量仪器制造成本和使用维护费用相对较低，在装备有底盘测功机的检测站和维修厂即可进行，可有效识别高排放车辆。三、稳态工况法ASM法ASM法选取了车辆行驶的两个典型带负荷运行工况进行测试：(1)ASM5025工况－测试速度为25km/h，取加速度为1.475m/s2（FTP-75循环中的最大加速度）时的输出功率的50%作为加载功率。实际检测过程中为了操作方便，标准规定按试验车辆的基准质量加载，设定加载功率为：P5025(kW)=车辆的基准质量(kg)/148；(2)ASM2540工况－测试速度为40km/h，选取加速度为1.475m/s2时的输出功率的25%作为加载功率。实际操作时，按车辆的基准质量加载，加载功率为：P2540(kW)=车辆的基准质量(kg)/185；三、稳态工况法ASM影响因素和双怠速法相比，ASM属于稳态加载测试方法，是带负荷试验，能够测量判别NOx排放的好坏，对高排放车辆的识别能力好于双怠速法。ASM所使用的底盘测功机用来对受检车辆进行加载测试，由于底盘测功机的滚筒直径、中心距、表面处理以及加载方式对测功机的吸收功率有很大的影响，因此ASM标准对测功机的结构和加载方式都进行了统一规定，以确保测量结果的科学性、一致性和重复性。三、稳态工况法ASM中加载功率的大小对车辆的排放影响很大，加载功率不同，排放结果显著不同,在测量时应提高加载精度。同一设备上，同一车辆的测量结果的重复性很好，所以为了保证测试的准确度，应该保证测试设备的一致性。稳态工况法与工况法的相关性属于中度相关。三、稳态工况法限值制定原则根据HJ/T240－2005给出的原则初步确定限值；根据实测实验数据，根据事先确定的通过率确定，并结合HJ/T240