影响轻型汽车排放测试结果因素分析及对策研究

关键词：

汽车排放是指从尾气中排出的CO (一氧化碳) 、HC (碳氢化合物) 、NMHC (非甲烷碳氢) 、NOx (氮氧化物) 、PM (颗粒物) 、CO2 (二氧化碳) 等有害气体。随着汽车保有量的急剧增加, 汽车尾气对环境造成了越来越大的破坏, 对人类健康造成了越来越大的损害。为了保护环境和人类健康, 世界各国通过制定越来越严格的排放法规来限制汽车排放。目前国内部分城市已实行轻型汽车国五排放标准, 未来3至5年会实行国六排放标准。国内的轻型汽车排放标准基本和欧洲排放标准保持一致。越来越严格的排放标准, 对排放测试技术也提出了越来越高的要求。本文对影响轻型汽车排放测试结果的因素进行了系统分析, 并提出了相应的对策。

一、因素分析及对策研究

1.车辆准备

车辆磨合、胎压、进排气系统密封性、车辆浸置、车辆预跑会直接影响排放测量结果。车辆要至少磨合3千公里;胎压应与制造厂规定的相同;进排气系统不得有任何泄漏;车辆需要在20至30摄氏度的浸置间内浸置至少6个小时以上, 行业惯例一般是在23摄氏度的环境中浸置6至16个小时。

2.测功机设定

车辆阻力和惯量会直接影响排放测量结果。在测功机上正确设定车辆惯量和阻力系数, 模拟车辆惯量和在道路上行驶时受到的阻力。一般40km/h及以上模拟误差控制在2%以内, 40km/h以下控制在3%以内。这个误差比排放法规规定的要求要小得多。法规要求40km/h及以上模拟误差控制在5%以内, 40km/h以下控制在10%以内, 20km/h以下要有阻力。

3.冷却风机设定

冷却风机风速影响车辆冷却和进气状态, 进而会影响排放测量结果。风速要能和车速基本保持一致, 但当风速达到140km/h, 可以保持恒定不再上升。风速范围在10km/h至50km/h时, 风机出口处的空气线速度应在车速的±5km/h之内。风速范围超过50km/h时, 空气线速度应在车速的±10km/h之内。

4.测功机和排放测试系统的维护和标定

测功机和排放测试系统的维护和标定会直接影响排放测量结果。对测试设备要定期维护和标定, 确保测量精度。

对于测功机, 最重要的维护和标定内容有如下几项:内部摩擦损失的确定, 惯量检查, 滑行阻力检查, 转速标定, 扭矩标定等。

对于排放测试系统, 最重要的维护和标定内容有如下几项:滤芯更换, 分析仪的零点和满量程标定, 分析仪线性化的检查和修正, 非甲烷转换效率检查, 氮氧化物转换效率检查, 文丘里管流量检查等。

5.测试系统泄漏检查

整套排放测试系统复杂而精密, 较易出现样气泄漏, 导致测量失败。需要定期对整套测试系统进行泄漏检测。常用的方法有称重法和CFO法, 这两种方法在精确检测泄漏的同时, 还能检测出碳氢分析仪是否有故障。

6.测试环境

测试环境温度要保持在23±2度, 法规要求25±5度。绝对湿度保持在9±2 g/kg。环境空气中不允许有气体污染, HC小于3ppm C1, CO小于0.5ppm, NOx小于0.2ppm。即使环境空气达到这个标准, 在做超低排放测试时, 仍需要对环境空气或其它测试系统部分做进一步处理。

7.超低排放测试的挑战及对策研究

CVS排放测试方法30年前就开始应用, 而目前汽车的气体污染物和颗粒物排放水平较30年前已经降低了95%以上, 当排放水平接近于零排放时, 传统的CVS测试方法出现了问题, 测试结果对背景气中污染物的浓度越来越敏感, 无法得到准确的测量结果。满足欧五排放车的第二阶段排放值已经很接近背景空气中的气体污染物浓度, 从大量的实际测试结果来看, HC能低至2.6ppm, CO至4.9ppm, NOx至0.55ppm (图1为排放测试循环的第一和第二阶段) 。HC的值甚至比背景空气中HC的值还要低, 从而导致结果为负数。满足欧六排放的车的测试结果就更糟糕了。

(1) 首先从排放物的质量计算公式中找出影响排放结果的因素, 并给出解决办法。

从公式中可以看出, 样气袋中的浓度需要进行修正后才算出质量值。如果背景空气中的污染物浓度为0或接近0, 对计算结果基本无影响;如果背景空气中的污染物浓度不接近0, 只要样气袋中的浓度和背景气袋中的浓度相差很大, 比如5或10倍以上, 对计算结果的影响在可接受范围内;然而如果背景空气和样气的浓度比较接近, 稀释因子的误差对计算结果的影响就会很大, 甚至会出现负值。

针对这种情况, 为了满足超低排放测试需要, 就需要采用空气净化装置对背景空气进行净化处理。处理后的背景空气中CO、NOx、THC的浓度需低于0.1ppm, 这样可以把背景空气和稀释因子对计算结果的影响降到最低。

(2) 尾气稀释比要在合理范围内尽可能小, 稀释比过大会导致混合气的浓度更低, 不利于得到准确的测量结果。但较小的稀释比, 混合气易产生水凝、吸附等, 影响测试准确性。为此, 需要采取以下措施来防止和消除水凝和吸附。稀释空气加热到35至40度左右;采样管线和气袋应采用符合标准的特殊材料;干净的采样线和采样袋要与脏的采样线和采样袋完全分开;CVS部件和采样袋加热至35度左右;采用干净的气体进行系统管线和气袋的反吹, 比如纯氮气等。

(3) 由于样气袋中的气体浓度很低, 需要采用低排放分析仪才能准确测量。THC和CH4分析仪的最低量程需达到1ppmc, CO达到10ppm, NOx达到1ppm。标定低排放分析仪也是个挑战, 需要高精度的标定气体。同时THC、CH4和NOx的标定气体管路也要尽可能的短, 最好是将标定气瓶放在分析仪柜的旁边。

(4) 上述方法和措施是基于使用CVS全流稀释系统。另外一种途径是采用部分流稀释系统, 不使用CVS系统。从尾气中抽取少量样气用纯氮气稀释后进行污染物浓度测量, 然后根据总的尾气量和抽取的尾气量计算出每种污染物的总的质量。这种方法在测试范围和精度上均比CVS方法要差一些。

(5) 对于直喷和柴油发动机, 还需要颗粒物测试装置测量颗粒物质量。对于柴油发动机, 还需要颗粒物计数装置测量颗粒物数量。测量颗粒物质量和数量时, 均只需要在上述CVS稀释通道中按比例抽取样气进行测量即可。

结束语

超低排放测试系统复杂而精密, 涉及驾驶员、测试环境、车辆、测功机、冷却风机、测试系统密封性和排放测试系统等各个方面。每个环节均需要正确的设计和操作。其中排放测试系统最为重要, 需要背景空气净化装置, 加热背景空气、CVS采样系统和样气收集袋, 低排放分析仪等。处理好所有这些影响轻型汽车排放测试结果关键因素后, 完全可以满足国五和国六轻型汽车排放测试的开发和验证需求, 得到准确的排放测量结果。

摘要：对影响轻型汽车排放测试结果的因素进行了分析, 并研究了相关应对策略。主要从测试环境, 车辆, 测试系统密封性, 测功机, 冷却风机及超低排放测试系统方面进行了研究分析, 并给出了具体的解决方法。

关键词：轻型汽车,排放,因素,对策