点燃式发动机汽车排气污染物的试验方法和试验结果应满足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）》的规定。

1.点燃式发动机汽车排气污染物排放限值

（1）点燃式发动机汽车双怠速排气污染物排放限值

对于装有点燃式发动机的汽车，应采用双怠速法试验所排出废气中的CO和HC的浓度。

①新生产汽车排气污染物限值。对于装用点燃式发动机的新生产汽车，其型式核准和生产一致性检查的排气污染物排放限值见表9-1。

表9-1 新生产汽车排气污染物排放限值（体积分数）

②在用点燃式发动机汽车排气污染物排放限值。点燃式发动机在用汽车的排放监控，采用双怠速法排气污染物排放限值及测量方法。其排气污染物排放限值见表9-2。

表9-2 在用汽车排气污染物排放限值（体积分数）

注：1.对于2001年5月1日以后生产的5座以下（含5座）微型客车，执行此类在用车排气标准。

2.轻型汽车指最大总质量不超过3500kg的M₁类、M₂类和N₁类车辆。

3.第一类轻型汽车指设计乘员数不超过6人（包括驾驶人），且最大总质量不大于2500kg的M₁类汽车。

4.第二类轻型汽车指除第一类轻型汽车之外的轻型汽车。

5.重型汽车指最大总质量超过3500kg的车辆。

③过量空气系数（λ）的要求。对于使用闭环控制电子燃油喷射系统和三元催化转化器技术的汽车进行过量空气系数（λ）的测定。发动机转速为高怠速转速时，λ应在1.00±0.03或制造厂规定的范围内。进行测试前，应按照制造厂使用说明书规定预热发动机。

（2）点燃式发动机汽车工况法排气污染物排放限值

在机动车保有量大、污染严重的地区，也可按规定采用简易工况法。

采用简易工况法的地区，应制定地方排气污染物排放限值，经省级人民政府批准，报国务院环境保护行政主管部门备案后实施。

以陕西省为例，该省于2008年6月5日发布了DB 61/439—2008《在用点燃式发动机轻型汽车稳态工况法排气污染物排放限值》，对于2000年7月1日前生产的第一类轻型汽车和2001年10月1日前生产的第二类轻型汽车执行Ⅰ类限值，见表9-3，此后生产的同类汽车执行Ⅱ类限值，见表9-4。

表9-3 稳态工况法排气污染物排放限值Ⅰ

表9-4 稳态工况法排气污染物排放限值Ⅱ

2.排气污染物试验分析技术

对于在用点燃式发动机汽车应试验双怠速工况下的CO和HC，所采用的设备为不分光红外线吸收型（NDIR）试验仪；此外，常用的气体分析方法还有氢火焰离子分析法（FID）、化学发光分析法（CLD）等。

（1）不分光红外线气体分析

1）基本试验原理。不分光红外线气体分析建立在惰性气体不吸收红外线能量，而异原子组成的气体如汽车排气中的CO、HC、CO₂等均能吸收一定波长的红外线能量的基础上。其吸收能量的红外线波长称为特征波长，吸收强度用吸收系数反映。当红外线通过气体时，由于气体对红外线波段中特征波长红外线能量的吸收，红外线的能量将减少，其减少量ΔE与气体体积分数C、气体层厚度l和吸收强度K有关。即

ΔE=E₀-E=E₀（1-C^-Kl）

式中 E₀——入射红外线能量；

E——出射红外线能量。

汽车排气中不同气体的特征波长和吸收系数见表9-5。

表9-5 不同气体的特征波长和吸收系数

2）不分光红外线气体分析仪的结构和工作原理。不分光红外线气体分析仪由废气取样装置、废气分析装置、浓度指示装置和校准装置构成（图9-11）。废气取样装置由取样探头、滤清器、导管、水分离器和泵等组成。通过取样探头、导管和泵从汽车排气管中收集并取出废气，经滤清器和水分离器除去废气中的炭渣、灰尘和水分后，送入气体分析装置。

图9-11 气体在分析仪中的流动路线

1—取样探头 2、5—滤清器 3—导管 4—废气取样装置 6、11—泵 7—换向阀 8—废气分析装置 9—流量计 10—浓度指示装置 12—水分离器

图9-12 红外线气体分析装置原理图

1—旋转遮光片 2—试样管 3—电测量装置 4—膜片 5—试验室 6—对比室 7—滤清器 8—红外线辐射仪 9—电动机

红外线气体分析装置如图9-12所示。两个红外线光源发出两束红外线，当红外线通过旋转并具有两翼的遮光片时，两束红外线被同时遮断，随后又同时导通，从而形成红外线脉冲。红外线脉冲经滤清器、气样室进入测量室。气样室由两个腔构成：其一为对比室，内充不吸收红外线能量的氮气；其二为试样室，其中连续流过被测汽车所排放的废气，某种废气成分（如CO或HC）的浓度越高，吸收通过试样室的相应特征波长的红外线能量越多，这样两束红外线所具有能量便产生了差异。试验室由容积相等的两室构成，中间由金属膜片隔开，两室充有相同浓度的被测气体，如测废气中CO含量时，两室均充有CO；而测HC含量时，充入C₆H₁₄气体。由于通过对比室到达试验室的红外线能量未被吸收，因此对比室下方试验室中的被测气体吸收了较多能量；而通过试样室到达试验室的红外光线已被所测气体吸收了一部分能量，因此试样室下方试验室中的被测气体只能吸收较少能量。这样，试验室两腔中的气体便产生了温差并使两腔压力出现差异，压力差使作为电容一个极的金属膜片产生弯曲振动，其振动频率取决于旋转遮光片的转速，振幅则取决于所测气体的体积分数。膜片的弯曲振动使电容的电容值交替变化，电容值的交替变化产生了交变电压。交变电压经放大整流后，转换为直流信号输送给指示装置。指示装置根据气体分析装置传来的电信号，在CO指示表上以容积百分数（%）为单位指示出废气中CO的体积分数；或在HC指示表上以正己烷当量容积百万分数（×10^-6）为单位指示出废气中HC的体积分数。

图9-13 FID工作原理

（2）氢火焰离子分析

FID的工作原理是基于大多数有机碳氢化合物在氢火焰中产生大量电离的现象来测定HC体积分数的。

氢火焰离子分析仪通常由燃烧器、离子收集器及测量电路组成。图9-13为FID的工作原理图，被测气体与含有40%H₂（其余为He）的燃料气体混合后进入燃烧器，并与引入的空气一起形成可燃混合气。此时用点火丝点燃，HC便在氢火焰的高温（2000℃左右）中，裂解产生元素态碳，然后形成碳离子C+，在100～300V外加电压作用下形成离子流，这个离子流（电流）的强度与HC中C原子数成正比，可见只要测出这个离子电流的大小，就可得到HC的体积分数。微弱的离子电流经放大后送入指示或记录仪表。

（3）化学发光分析

在汽车排放试验中，NO_x和O₂的体积分数可采用电化学的原理测定。

在测试通道中设置氧传感器，即可测试排气中O₂的体积分数，NO_x（NO+NO₂）体积分数可采用化学发光法精确测定。其基本原理是：首先通过适当的化学物质（如：碳化物、钼化物）将排气中的NO₂全部还原成NO；NO与O₃接触时发生如下化学反应：

NO与O₃反应生成的NO₂中，约有10%处于被激励状态。当被激励状态的NO₂^∗恢复到基态时，会发出波长为0.59～2.5μm光量hγ（h为普朗克常数，γ为光子的频率）。其发光强度与排气中存在的NO的质量流量成正比。使用适当波长的光电试验器（如光电二极管），即可根据其输出电信号强弱换算出NO的含量。该方法称为CLD法，其测试过程如图9-14所示。

图9-14 CLD法测试过程

1—流量计 2—二通阀 3—催化转化器 4—抽气泵 5—O₂发生器 6—反应室 7—光电倍增器 8—放大器 9—指示仪表 10—高压电表

化学发光分析仪从原理上讲只能测量NO，而无法测量NO₂。但实际应用中，可以先通过适当的转换将NO₂还原成NO，然后再进行NO的测量，即可用间接方法测出NO₂。因此，用同一仪器也可以测得NO₂和NO_x。

3.点燃式发动机汽车排气污染物试验方法——双怠速法

（1）双怠速工况

双怠速工况是怠速工况和高怠速工况的合称。双怠速工况排气污染物试验指在怠速和高怠速两个工况下，对汽车的排气污染物所进行的试验。

怠速工况指离合器接合、变速器挂空档、加速踏板处于松开位置时的发动机运转工况；而高怠速工况指在怠速工况条件下，通过加大节气门开度，使发动机转速稳定控制在50%额定转速，或制造厂技术文件中规定的高怠速转速时的工况。

（2）试验仪器

在双怠速工况下试验汽车排放废气中的CO、HC浓度时，所使用的仪器为采用不分光红外线分析法的汽车排气分析仪。

（3）试验方法

①保证被试验车辆处于制造厂规定的正常状态，发动机进气系统应装有空气滤清器，排气系统应装有排气消声器，并不得泄漏。(www.daowen.com)

②在发动机上安装转速计、点火正时仪、冷却液和机油测温计等测量仪器。测量时，发动机冷却液和机油温度应不低于80℃。

③发动机从怠速状态加速至70%额定转速，运转30s后降至高怠速状态。将取样探头插入排气管中，深度不少于400mm，并固定在排气管上。维持15s后，由具有平均取值功能的仪器读取30s内的平均值，或者人工读取30s内的最高值和最低值，其平均值即为高怠速污染物测量结果。对于使用闭环控制电子燃油喷射系统和三元催化转化器技术的汽车，还应同时读取过量空气系数（λ）的数值。

④发动机从高怠速降至怠速状态15s后，由具有平均取值功能的仪器读取30s内的平均值，或者人工读取30s内的最高值和最低值，其平均值即为怠速污染物测量结果。

⑤若为多排气管时，取各排气管测量结果的算术平均值作为测量结果。

⑥若车辆排气管长度小于测量深度时，应使用排气加长管。

4.点燃式发动机汽车排气污染物试验方法——工况法

（1）工况法排气污染物试验简介

工况法是将汽车若干常用工况和排气污染较重的工况结合在一起试验排气污染物的方法。工况法的循环试验模式应根据汽车的排放性能、行驶特点、交通状况、道路条件、车流密度和气候地形等因素，对大量统计数据进行科学分析而制定。

（2）稳态工况法

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）》规定了ASM稳态工况测量方法。

1）试验设备。利用稳态工况法试验汽车排气污染物时，所需要的主要仪器设备有：汽车底盘测功机及惯性模拟装置、气体分析仪、计算机控制系统、辅助装置和转速计、湿度计、温度计、计时器等。

①底盘测功机用来承载测试车辆。由于需模拟一定的车速，必须施加对应于该车速的负荷，所以底盘测功机要配置功率吸收装置；此外，还应按规定配备惯性飞轮（或电模拟惯量），以模拟加速工况。

②气体分析仪测量车辆排气管中排出的CO、HC、CO₂、NO、O₂的浓度。其中：CO、HC和CO₂采用不分光红外法试验，NO和O₂采用电化学法。

③计算机控制系统由主控柜、工业控制计算机、打印机、电气控制系统、计算机软件系统组成，用于ASM测量过程的控制、数据测量处理与评价。

④其他辅助设备。包括显示屏、车辆散热风扇、挡车器和地锚、安全带等。

2）试验工况。稳态工况法仅适用于最大总质量小于3500kg的汽车，其模拟试验工况为两种稳态工况，如图9-15所示。

①ASM 5025工况。高负荷低速工况，即50%节气门开度，车速为25km/h。底盘测功机以汽车车速为25.0km/h、加速度为1.475m/s²时输出功率的50%作为设定功率对汽车加载，汽车加速至25.0km/h，工况计时器开始计时（t=0s）。汽车以25.0km/h（±1.5km/h）的速度持续运转5s，然后系统开始取样，在该速度下持续运行10s（t=25s）即为ASM5025快速检查工况。ASM 5025快速检查工况结束后，继续运行至t=90s，即完成ASM5025工况。

②ASM 2540工况。中负荷中速工况，即25%节气门开度，车速为40km/h。底盘测功机以汽车车速为40.0km/h、加速度为1.475m/s²时输出功率的25%作为设定功率对汽车加载。ASM 5025工况试验结束后，立即加速至40.0km/h，工况计时器开始计时（t=0s）；汽车以40.0km/h（±1.5km/h）的速度持续运转5s，然后系统开始取取样，在该速度下持续运行10s（t=25s）即为ASM2540快速检查工况。ASM2540快速检查工况结束后，继续运行至t=90s即完成ASM2540工况。

图9-15 稳态工况法（ASM）试验运转循环

3）试验方法。试验时，汽车驱动轮置于测功机滚筒上，将分析仪取样探头插入排气管中，深度为400mm，并固定于排气管上，对独立工作的多排气管应同时取样。

将车速控制稳定到规定工况速度（25km/h及40km/h两个工况），由电气控制系统控制调节功率吸收装置，使得加载到滚筒表面的总吸收功率为测试工况下的给定加载值，使车辆在规定载荷下稳定运行。五气体分析仪测量车辆所排出废气中各成分的含量，通过分析仪自带的环境测试单元测取温度、湿度气压参数，计算出稀释系数，然后计算出校正后的CO、HC、NO排气体积分数值。

测试过程中，控制系统发出操作指令，由显示仪显示，引导检验员操作。发动机冷却风机对发动机吹风散热。安全装置则用于保障测试时的车辆运行安全。

汽车在测功机上试验车速的允许误差为±1.5km/h，加载转矩应随车速的变化做相应的调整，保证加载功率不随车速改变；转矩允许误差为该工况设定转矩的±5%。

（3）简易瞬态工况法

轻型点燃式发动机汽车简易瞬态工况污染物排气试验系统（简称VMAS系统），是基于轻型车污染物质量排气的测试系统，VMAS系统能够直接获取汽车排气污染物的总质量。

1）试验设备。利用简易瞬态工况法试验点燃式发动机汽车的排放性能时，所用试验设备包括底盘测功机、气体分析仪和气体流量分析仪组成的采样分析系统，如图9-16所示。

图9-16 瞬态工况法排气测试系统

1—排气分析仪 2—CVS采样系统 3—底盘测功机 4—变频器 5—风机 6—测功机控制台 7—监视仪 8—发动机 9—测功机 10—加热过滤器

底盘测功机应配备功率吸收装置和惯性飞轮组（或电模拟惯量），以模拟道路行驶阻力和汽车加速惯量；应装备双滚筒，且滚筒直径为200～530mm，可适用于最大总质量≤3500kg的轻型客车和货车；其最大功率要保证在100km/h时为56kW，最大安全测试速度为130km/h。

气体分析仪的功能和作用与稳态工况法测试相同。

气体流量分析仪的作用是要最终试验出排气污染物的质量。其结构由微处理器、锆氧气传感器、鼓风机、通气室、流量传感器、温度和压力传感器组成。

2）试验原理。利用简易瞬态工况法试验点燃式发动机汽车的排放性能时，底盘测功机模拟汽车的加速惯量和道路行驶阻力，使汽车产生接近实际行驶时的排气量。

在试验过程中，锆氧气传感器用来测试稀释气体的氧气体积分数，也可以测量测试开始时环境空气的氧气体积分数。通过与五气排气分析仪氧气体积分数比较，还可以用来计算稀释比率。流量传感器测得的流量值是稀释气体的实际流量，该流量值经过温度和压力补偿校正后，就可以得到稀释气体的标准流量。

简易瞬态工况法的采样系统有两个分支：一个分支是气体分析仪采样管抽取小量原始排气气体送至气体分析仪，分析原排气污染物体积分数；另一个分支是气体流量分析仪的抽气机吸入排气管剩余排气气体，与环境空气混合稀释后，送至气体流量分析仪，通过分析得到排气流量。

在数据采集过程中，系统将实时测量的排气气体体积分数和稀释流量值送给计算机，并由计算机计算出单位时间（s）的污染物质量排放值Q_g（g/s），其计算公式为

Q_g=N_vρQ_v

式中 Q_g——污染物质量排放值（g/s）；

N_v——污染物体积分数（%）；

ρ——污染物密度（g/m³）；

Q_v——排气气体流量（m³/s）。

CO、HC、CO₂、NO的体积分数由五气分析仪采样原始排气气体而获得。标准状态下，每种气体的密度都是常量。

排气气体流量无法直接测量，由稀释气体的标准流量和稀释比计算得到，计算公式为

Q_v=Q_voσ

式中 Q_vo——稀释气体标准流量，（m³/s）；

σ——稀释比（%）。

稀释比σ的值为0～100%，其计算公式为

式中 N_o——环境O₂体积分数，（%）；

N_o1——原始排气O₂体积分数，（%）；

N_o2——稀释排气O₂体积分数，（%）。

环境O₂体积分数和稀释O₂体积分数的值通过流量分析仪中具有快速反应能力的锆氧气传感器测得，原始O₂体积分数的值通过五气分析仪采样测得。环境O₂体积分数是每次试验前大气中的氧气含量，稀释O₂体积分数则是稀释后气体中的氧气含量。

3）试验工况。在进行排气污染物试验前，系统应根据车辆参数自动设定测功机载荷，或根据基准质量设定试验工况吸收功率值，可采用表9-6的推荐值。在汽车底盘测功机上进行的测试运转循环为十五工况循环，模拟乘用车、轻型汽车在城市道路上的运行工况，如图4-5和表4-4所示。

表9-6 在50km/h等速时吸收驱动轮上的功率

注：对于基准质量大于1700kg的非轿车车辆或全轮驱动车辆，表9-6中功率值应乘以1.3。

①适用于轿车。

②适用于非轿车车辆和全轮驱动车辆。

4）试验方法

①根据需要在发动机上安装转速表和机油测温计等测试仪器。

②使汽车驱动轮驶入底盘测功机滚筒机构，将分析仪取样探头插入排气管中，深度为400mm以上，并固定于排气管上。

③按照试验运转循环开始进行试验。排气污染物测量值应由系统主机自动进行计算和修正；系统主机最后应给出各污染物排气计算结果；测试过程及结果数据应在系统数据库进行记录存储。