发动机排放标准与测试

时间：2023-11-04 百科知识版权反馈

【摘要】：美国加州大气资源局提出低排放车和零排放车计划;欧共体从2000年1月开始执行EUPhase4标准。为避免HC在取样管路上被吸附和凝聚，以及水蒸气凝结堵塞毛细管，需对管路加热，汽油机一般为150℃左右，柴油机在200℃以上。要经常检查NO2的转换效率是否低于90%，否则将影响测试精度。

9.4　发动机排放标准与测试

9.4.1　评定标准

为了评定内燃机对环境的污染程度或排放特性，常用下列指标:

1.排放物体积分数和质量浓度单位排气体积中排放污染物的体积，称为排放物的体积分数，通常以%和10^－6(百万分比)表示，质量浓度常用mg/m³等计量。

2.质量排放量在环境保护实践中，要求对污染物进行总量控制。因此，作为污染源的内燃机或装内燃机的车辆，要确定运转单位时间、按某标准进行一次测试或车辆按规定的工况组合行驶后折算到单位里程的污染物排放量。质量排放量用g/h、g/N或g/km等单位表示。

3.比排放量内燃机每作单位功所排放的污染物质量，用g/(kW·h)作单位表示，这可以更客观地评价内燃机的排放性能。这个指标与燃油消耗率类似，也可以称为污染物排放率。

9.4.2　排放标准

针对日益严重的环境问题，世界各国都在不断制定更加严格的排放法规。美国加州大气资源局提出低排放车和零排放车计划;欧共体从2000年1月开始执行EUPhase4标准。从1983年开始，我国相继颁布的汽油车排放标准有:

GB　3842－1983《汽油车怠速污染物排放标准》;

GB　11641－1989《轻型汽车排气污染物排放标准》;

GB　14761.1－1993《轻型汽车排气污染物排放标准》;

GB　14761.2－1993《车用汽油机排气污染物排放标准》;

GB　14761.5－1993《汽油车怠速污染物排放标准》。

目前，我国等效采用欧洲的排放标准，见表9－2。从1998年7月1日起，我国汽车行业开始执行相当于欧洲20世纪80年代中期的排放限值，即ECERl5－04法规，具体排放限值见下表9－3。

表9－2　欧洲轻型车排放限值^①(单位:g/km)

注:①表列值为新车型形式认证限值，对新产品一致性质量检验限值为表列值1.2倍。

②非直喷式柴油机。

③直喷式柴油机。

表9－3　ECERl5－04法规

2001年国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局发布GB 18352.1－2001《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(I)》和GB 18352.2－2001《轻型汽车污染物排放限值及测量方法(Ⅱ)》，两种标准分别于2001年4月和2004年7月开始实施，具体排放限值见下表9－4和表9－5所示。

表9－4　形式认证Ⅰ型试验排放限值(单位:g/km)

注:①只适用于以压燃式发动机为动力的车辆。

②表中所列的以直喷式柴油机为动力的车辆的排放限值的有效期为2年。

③表中所列的以直喷式柴油机为动力的车辆的排放限值的有效期为1年。

表9－5　Ⅰ型试验排放限值(单位:g/km)

9.4.3　排放物测定

1.试验规范

各国对汽车排放的测试方法都是根据相同的原理:在底盘测功机(转鼓试验台)上模拟其特定行驶循环，并测定所排出有害物质的量，通过调节测功机可模拟在实际道路上行驶的功率，用惯性质量模拟汽车质量。

2.排气取样系统

我国规定的排气取样系统是定容取样系统(CVS)。定容取样系统能计量稀释排气的总体积，并能连续的按规定容积比例将样气收集在取样袋中。它是用经过滤清的清洁空气对样气进行稀释，经换热器保持恒温(±5℃)，使稀释样气密度保持不变，然后在定容泵作用下，抽取固定容积流量的样气送入大气，在定容泵入口前的流路上，将稀释样气经滤清器、取样泵、针形阀、流量计、电磁阀抽入气袋中，以供分析。取样气体和定容泵的流量之间有严格的比例关系。CVS法测试精度高，也被广泛应用于美国、日本及欧洲ECEl5—04法规以后的试验规范中。

3.测试仪器

世界各国的排放法规规定，CO、CO₂应采用不分光红外线吸收型(NDIR)分析仪;HC应采用氢火焰离子型(FID)分析仪;NO _x应采用化学发光型(CLD)分析仪。

另外，测量每一种碳氢化合物的含量用气相色谱分析法(GC)，氧气浓度的测量采用顺磁分析仪。我国对烟度的测试常采用滤纸式烟度计，美国和欧洲分别采用全流式稀释通道测量系统和分流式稀释通道测试系统对微粒进行测量。

(1)不分光红外分析仪(NDIR)。NDIR的工作原理基于大多数非对称分子(不同原子构成的分子)对红外波段中一定波长具有吸收能力，其吸收程度与气体浓度有关。如CO能吸收波长4.5～5μm的红外线，CO₂能吸收4～4.5μm的红外线，HC能吸收2.3μm、3.4μm、7.6μm的红外线。

目前常用的NDIR装置如图9－24所示。由光源发出两束能量相等的平行红外线，其波长为2～7μm，进入左右两室，左室为基准室，充满不吸收红外线的标准气体，如N₂;右室为分析室，测量开始前也充入与左室相同的气体，这样红外线穿过两室，射入检测电容器的能量相等。测量时将待测气体通过分析室，由于待测气体吸收红外线，使穿过右室的红外线能量减少，则检测器中金属薄膜右侧的压力减小，薄膜向右凸起，电容量减少，并且正比于待测气体的浓度;然后把电容量调制为超低频交流电压的信号，经放大、整流后在记录仪上显示。

图9－24　NDIR的工作原理

为了防止其他气体对被测气体测量的干扰，可在光路上设置滤波室滤掉干扰气体能吸收的波段。如分析CO的NDIR，在滤波室中充以CO₂、CH₄等，在分析时就不受排气中CO₂、CH₄成分的干扰。同样，分析CO₂的NDIR，要在滤光室中充以CO、CH₄。由于NDIR具有对吸收红外波长的选择性，从而不干扰组成浓度的变化，对组成浓度测量没有影响，不需要预先提纯，把被测气体与非被测气体分开，而且它还具有灵敏度高、测量精度高、能连续分析等优点，可测量浓度很大或微量(10^－6)的气体。

(2)氢火焰离子分析仪(FID)。FID工作原理是利用HC在氢火焰的高温(约2000℃)中燃烧，部分HC分子或原子就会离子化而生成自由离子，而纯氢火焰几乎不会产生自由离子(图9－25)。在外加电场的作用下，离子向两极移动，形成离子电流，离子电流产生微弱的电流信号，经电流放大器可得输出电流。电流大小与氢火焰中待测气体的流量和HC浓度成正比。为避免HC在取样管路上被吸附和凝聚，以及水蒸气凝结堵塞毛细管，需对管路加热，汽油机一般为150℃左右，柴油机在200℃以上。