机动车排放污染物的控制与检测新方法 王光辉 （佛山市南华仪器有限公司）

      内容摘要：无论是车辆安全性能检测站、还是车辆综合性能检测站，对于汽车排放污染物的检测都是必检的项目。但是各级专业车辆检测机构沿袭了近20年的传统排放检测方法（怠速法及自由加速烟度法）已经难于适应控制与检测汽车排放现实的需要，一些更为科学的“简易工况检测方法”已被诸多地方逐步采用。本文结合相关国家排放法规政策、标准实施状况的介绍，就传统的检测方法与几种新的工况法排放检测方法进行了对比与分析。

      关键词：机动车    排放检测    工况法    政策与标准

      前言：对于在用车辆排放污染物的检测，一直以来各级车辆专业检测机构都仍然沿用国标GB/T3845-93《汽油车排气污染物的测量（怠速法）》和GB/T3846-93《柴油车自由加速烟度的测量（滤纸烟度法）》的方法在开展检测。但是随着近几年来汽车年产销量“井喷式”的递增，社会在用汽车保有量也在高速增加（据最近的统计显示：社会在用车保有量已接近2800万辆，其中营运车辆也高达750万辆），尤其是人口密集的大型城市、省会城市的在用车保有量更是急骤增长。随之而来的大量汽车排放污染物的产生已日益在危害着我们的大气环境和人类生存健康（如在北京、上海、广州、重庆等大城市机动车排放的污染物一氧化碳、碳氢化物、氮氧化物以及颗粒物的排放量已分别高达城市空气各项污染物总量的80%、75%、68%和50%，机动车排放污染已为成为城市第一污染源）。政府各级部门及广大民众对如何控制汽车排放污染物投入了高度的关注与重视。国家也相继颁布了一系列新的法规标准与检测技术要求，在逐步引导各级车辆检测与环境监测机构采用更为科学实际的方法对在用车的排放污染物进行定期检测与有效控制。新的强制性在用车排放国标GB/18285-2005《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）》及GB/3847-2005《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》已于2005年6月7日正式颁布，从2005年7月1日起在全国开始执行。

      如何理解新的排放法规政策标准以及如何应用新的检测技术方法开展车辆的排放检测，一段时间以来是各级车辆专业检测机构和各级环境监测机构众所关心的问题，以下本人就个人理解的国家排放法规政策/标准的主要特点以及各种排放检测方法的差异进行综述与分析：

一、       机动车在排放污染物控制与检测的基本政策

　国家环保总局、科技部、原国家机械工业局于1999年联合发布了《机动车排放污染物防治技术政策》和《机动车排放污染防治技术指南》（环发〔1999〕134号文），其中指出：
“在用车排放检测方法及要求应该与新车排放标准相对应，除目前采用的怠速法或自由加速法控制外，对安装了闭环控制和三元催化净化系统，达到更加严格的排放标准的车辆，应采用双怠速法控制，并逐步以简易工况法代替”。并在《机动车排放污染防治技术指南》里进一步明确： “实施车辆的检查／维护制度（I／M制度）是最经济、合理、科学、有效的控制在用车排放的措施。2000年以后，新生产的轻型汽油车将逐步采用闭环电喷和三元催化净化等技术，目前的怠速检测方法难以满足这部分车辆进行排放检测的需要，因此在2000年以后应尽快采用双怠速法检测，并检查空燃比控制是否正常。为此应尽早制定双怠速的测试方法和限值的国家标准。作为下一步，应采用简易工况法对这部分车辆进行排放测试。”

总体上来说，国家的相关排放法规政策对于机动车排放污染物的控制与检测，可以分为两个层面：一个层面是针对汽车制造厂新车“型式认证”和“生产一致性检查”的，力图从源头上保障汽车发动机具备良好的排放水平，比如前不久颁布的GB/17691-2005《车用压燃式、气体点燃式发动机与汽车排气污染物限值及测量方法（中图Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段）》等标准，就是针对新车“型式认证”和“生产一致性检查”的，不能混淆为针对在用车的。另一个层面的法规标准与技术要求是针对在用车的，所谓“在用车”指的就是“已经登记注册并取得号牌的汽车”，比如GB/18285-2005和GB/3847-2005标准的限值与测量方法就是针对在用车的，希望通过定期（路检不定期）的对在用车的排放进行检测，强制排放不合格的车辆进行维护或淘汰，最大程度的保障在用车群体尽可能维持新车排放运行水平。新国标也一改传统的“单一标准涵盖所有年代车型”的不科学性，针对我国在用车群体中不同技术状况、不同年代出厂、不同厂家生产的“万国车”现状，在新国标的制定与执行上强调了“新车新标准、老车老标准”的区别对待，保障了标准的可操作与执行。同时国标的限值与测量方法的确定也体现了我国排放控制基本政策：“由松至紧；先解决主要予盾（CO、HC）后解决次要予盾（Nox）；先轻型车后重型车、先汽油车后柴油车；检测方法由怠速、双怠速逐步向各种简易工况法进行转变的特点”。

二、在用车排放污染物检测的各种测量方法介绍

1、汽油车怠速检测法 
　　怠速工况是汽车多种工况的一种，指的是“车辆变速箱位于空档、离合器为接合位置、发动机油门松开、低速空转的状态”。怠速检测排放测量方法的程序是“发动机由怠速工况加速至0.7额定转速，维持60s后降至怠速。将取样探头插入排气管中，维持15s后开始读取30s内的最高值和最低值，取平均值为测量结果”。
　　怠速检测的特点是只能反映车辆怠速状态下空负荷排放情况，这时发动机为贫氧偏浓燃烧，主要产生CO和HC，产生少量或不产生NOx。怠速检测操作方便快捷，检测仪器价格与使用成本便宜。一直以来，广泛使用于检测场车辆年检、环保部门进行路检以及修理厂对车辆的检修工作等。
　　2、柴油车自由加速烟度法
　　我国现行的在用柴油车的排放标准为GB14761.6－1993《柴油车自由加速烟度排放标准》，相应的测试方法为GB／T3846－1993《柴油车自由加速烟度的测量（滤纸烟度法）》。滤纸式烟度计的工作原理由取样系统和测量系统组成。抽气泵将一定容量的柴油车排气吸入，排出的污染颗粒被阻隔在滤纸上，形成污斑。将一束光照射在滤纸上，上方放置硒光电池。污斑越黑，照射光的反射越少，光电池光电压较小，仪表有示值显示。滤纸越黑，烟度计示值越大。测试方法是“将取样探头固定于排气管内，插深于300mm以上，并使其中心线与排气管轴线平行。将抽气泵开关置于油门踏板上。完成滤纸走位、清除排气管残存的碳烟之后，将油门踏板迅速踏到底，维持4s后松开。按仪表指示读数。15秒后执行同一操作，连续测量4次，取后3次读数的算术平均值即为所测烟度值”。 自由加速烟度测试特点该方法具有检测操作简便易行、测试仪器价格便宜和便于携带、以及检测时间短等优点，广泛应用于柴油车的年检、路检。
　　随着车辆自身技术水平的不断改进与提升，以及国家环境监测部门对车辆排放控制要求的逐步严格，传统的在用车排放检测方法已显示出以下弊端问题。
　　A）汽油车怠速检测法的弊端
　　a.怠速法难以全面真实反映出汽车的排放状况。例如：一些排放达到欧Ⅰ或欧Ⅱ的车辆行驶了仅两万多公里，在有负载的工况法检测时表明其排放已超标，但怠速检测的CO和HC结果却仍然很低，完全可以达标。甚至一些新车做排放匹配试验时，也出现过怠速排放很好，工况法检测却达不到欧Ⅰ或欧Ⅱ标准的现象。化油器车也有类似情况：工况法检测CO很高，超出了新车标准，但怠速检测结果却正常。
　　b.由于怠速法检测时，车辆基本是处于无负荷状态，而Nox是汽车高温高负荷情况下的产物，因此怠速法检测时不能真实反映Nox的排放。
　　c. 用怠速法检测车辆排放时，对于化油器车（车主）易留下作弊可能。实践证明：一些车主与司机在进行车辆检测前自己将化油器怠速螺钉、节气门螺钉向混合气偏稀调整，偏离正常的怠速浓混合气设计状态，混过年检。
　　B）柴油车自由加速烟度法的弊端
　　a.自由加速法在操作时，由于“将油门踏板迅速踏到底”的速度与力度的掌握不同，“维持4s后松开”中时间长短的掌握差异，使得测量的不确定性较大，重复性差；
　　b.自由加速不带负荷，不是汽车行驶的真实工况，也不是汽车短时间停驶维持怠速的工况。
　　c.有时会出现冒黑烟和抽气泵开始抽气的时间不同步的现象，这时测不到最大烟度值。
　　因此近年来，各级车辆技术管理部门也在积极探索/实践更为科学的方法开展在用车的排放检测。其实很早之前颁布的GB／T3845－93《汽油车排气污染物的测量（怠速法）》中就将ISO3929中的双怠速测量程序列于附录C，供各地环保检测系统参考使用。
   3）汽油车双怠速检测方法
　　双怠速检测方法相比较怠速检测法增加了一个高怠速点的排放检测，其检测程序是：“发动机由怠速工况加速至0.7的额定转速，维持60秒后降至高怠速（即0.5的额定转速），将尾气分析仪的取样探头插入并固定在排气管中（深度为40cm）。发动机在高怠速状态维持15秒后开始读数，读取30秒内的最高与最低值，取平均值为怠速排放测量结果。然后发动机从高怠速状态降至怠速状态，在怠速状态维持15秒后开始读数，读取30秒内的最高值与最低值，其平均值为怠速排放测量结果。若发动机有多个排气管，分别取各排气管高怠速和怠速排放测量结果的平均值”。增加了高怠速点检测的双怠速试验虽然是一个过渡性的检测方法，但它的存在完全有其必性的：一是增加了高怠速点的检测后，对普通化油器式的车辆，扩大了污染物排放的控制范围。用双怠速试验法进行尾气检测更能够有效地发现化油器混合气供给系统中故障（如怠速油量孔是否磨损，空气量孔是否堵塞，主供油孔是否磨损等等，同理更能在检测时帮助发现人为作弊现象），从而督促人们进一步检查、维护与修理，彻底恢复发动机良好工作状态。二是对于装有电喷和三元催化装置的车辆，用高怠速点测得的CO、HC排放量和过量空气系数 值来综合分析与判断车辆的电控系统和催化装置是否工作正常，及时发现污染物排放控制部件的问题，以彻底排除故障。
    但无论是怠速法还是双怠速法以及柴油车自由加速法，其共有的突出的弊端是在车辆无载荷时进行检测，因此检测出的排放结果与车辆实际运行时排放状态仍然存在较大差距，且怠速法和双怠速法几乎都不能检测出汽车排气中Nox，各项排气污染物的检测结果的代表性与真实性也较差。为此美国最早研发了车辆有载荷检测法。将车辆置于底盘测功机上，车辆按规定车速在底盘测功机上“行驶”。驱动轮带动滚筒转动，滚筒并非处于自身无阻力可旋转状态，底盘测功机会按照检测标准事先设定的程序值向滚筒、最终向驱动轮施加一定的负荷，来模拟汽车道路行驶阻力。车辆按一定的速度、克服一定的阻力，走完试验工况，同时测量汽车排气中的污染物含量。有载荷检测法与新车试验相比较，设备、仪器做了简化，试验时间也缩短很多，故称为“简易工况法”。简易工况法主要有：
　　A）汽油车瞬态工况法（IM240）
　　B）汽油车稳态工况法（ASM）
　　C）汽油车简易瞬态工况法（VMAS）
　　D）柴油车加载减速法（LUGDOWN）
　4）汽油车瞬态工况法（IM240）
　　IM240工况法采用了美国联邦新车型式认证的测试规程（FTP）曲线的前333秒的两个峰，经修改缩短为240秒。测试设备的工作原理同新车试验的基本要求一致。底盘测功机因车辆要变负荷变车速运行，故应配备多点载荷设定的功率吸收装置和惯性飞轮组，以模拟道路行驶阻力和车辆加速惯量。 采样装置与分析仪器与新车试验一致。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），碳氢化合物用氢火焰离子分析仪（FID），氮氧化物用化学发光分析仪（CLD）。最后的测试结果以克／公里表示。
　　IM240的特点是测试结果与新车型式认证的测试规程（FTP）结果有很好的相关性。3种污染物的相关因子可达到：一氧化碳为91.8％；碳氢化合物为94.7％；氮氧化物为84.3％。同时，IM240对3种污染物的测试结果相对于FTP结果的离散性很小，所以IM240的错判率很低。 但IM240工况法设备费用比较昂贵，日常运行维护比较复杂，单车检测时间较长，而且对检测人员也有较高的技术要求。
　　5）汽油车稳态工况法（ASM）