由于汽油车和柴油车的排气污染物的组分有明显差异,因此对汽车排气污染物的试验根据被测车辆类型不同分为汽油车和柴油车排气污染物试验,如图23-4所示。
其中,在用汽油车按照GB 18285—2005规定进行双怠速法排放试验及稳态工况法排放试验;需要进行型式核准、生产一致性检查和在用符合性检查与判定的汽油车,需要按照GB 18352—2005的相关要求进行相关排放试验。其中,汽油车所进行的双怠速法排放试验与汽油发动机的试验方法基本一致,本章不再赘述;本章主要针对简易工况法排放试验及GB 18352—2005规定的相关试验进行叙述。
在用柴油车按照GB 3847—2005要求测试其排气烟度;需要进行型式核准、生产一致性检查和在用符合性检查与判定的柴油车,需要按照GB 18352—2005的相关要求进行相关排放试验。其中柴油车所进行的烟度排放试验与柴油发动机的试验方法基本一致,本章不再赘述;本章主要针对GB 18352—2005规定的相关试验进行叙述。
图23-4 汽车排放污染试验方法
1.GB 18285—2005简易工况法
汽车的排放简易工况测试法是在汽车有载荷的情况下进行的排放测试,该方法利用底盘测功机模拟道路行驶阻力,汽车按照一定速度,并在克服一定的阻力的情况下进行试验。
GB 18285—2005中规定的对点燃式汽车所进行的排放简易工况测试法包括稳态工况法、瞬态工况法和简易瞬态工况法三种。
(1)稳态工况法
稳态工况法在底盘测功机上运转,由ASM5025和ASM2540两个工况组成,试验结果为车辆分别在ASM5025和ASM2540两个工况下尾气中的HC、CO、CO2和NO平均浓度。稳态工况法的运转循环如图23-5所示。
图23-5 稳态工况法(ASM)试验运转循环
1)ASM5025工况。经预热后的车辆加速至25.0km/h,测功机以车辆速度为25.0km/h、加速度为1.475m/s2时的输出功率的50%作为设定功率对车辆加载,工况计时器开始计时。车辆以(25.0±1.5)km/h的速度持续运转5s,如果底盘测功机模拟的惯量值在计时开始后持续3s超出所规定误差范围,工况计时器将重新开始计时(t=0s)。如果再次出现该情况,检测将被停止。系统将根据分析仪最长响应时间进行预置(如果分析仪响应时间为10s,则预置时间为10s,t=15s),然后系统开始取样,持续运行10s(t=25s)即为ASM5025快速检查工况。ASM5025快速检查工况结束后继续运行至90s(t=90s)即为ASM5025工况。
2)ASM2540工况。ASM5025工况检测结束后车辆立即加速至40.0km/h,测功机以车辆速度为40.0km/h,加速度为1.475m/s2时的输出功率的25%作为设定功率对车辆加载。工况计时器开始计时(t=0s)。车辆以(40.0±1.5)km/h的速度持续运转3s,如果底盘测功机模拟的惯量值在计时开始后持续3s超出所规定误差范围,工况计时器将重新开始计时(t=0)。如果再次出现该情况,检测将被停止。系统将根据分析仪最长响应时间进行预置(如果分析仪响应时间为10s,则预置时间为10s,t=15s),然后系统开始取样,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90s(t=90s)即为ASM2540工况。
(2)瞬态工况法(www.daowen.com)
瞬态工况法试验相对复杂,也需要在底盘测功机上进行试验(图23-6)。整个试验循环共计25个操作步骤,平均车速为19km/h,总共运行195s,理论行驶距离为1.013km。循环测试中怠速工况共计60s,占30.8%;车辆减速、离合器脱开动作9s,占4.5%;换档动作8s,占4.1%;加速工况共计36s,占18.5%;等速运转工况57s,占29.2%;减速工况25s,占12.8%;具体运转循环如图23-6所示,也称为乘用车十五工况循环。试验结果为车辆每行驶1km时所排出的HC、CO、CO2和NOx的积分总质量(g/km)。
(3)简易瞬态工况法
由于瞬态工况法对于尾气测量设备要求很高,对于很多地区难以实现,因此标准中规定了一种简化版的瞬态工况法,称为简易瞬态工况法。简易瞬态工况法测试时的试验运转循环与瞬态工况法一样,都要进行十五工况循环,两者之间最大的区别在于对尾气的测试上。
瞬态工况法使用的排气采样设备为CVS采样系统,发动机尾气要先排放到CVS定容室内进行稀释,然后使用采样探头从CVS定容室内采样分析,这种采样方法实时性好、精度高,但是价格昂贵。简易瞬态工况法使用的排气采样设备为分流稀释采样系统,采样探头位于发动机排气管内,采样后再对尾气进行稀释分析,这种采样方法精度略差,但是体积小、价格低,便于对在用车尾气检测项目的开展。
瞬态工况法测试的项目包括CO2、CO、O2、THC及NOx的排放质量,而简易瞬态工况法测试的项目为CO2、CO、O2、HC及NO的排放质量,测试指标存在两处差异。
第一,瞬态工况法使用氢火焰离子法测试THC(总碳氢化合物)的排放质量,而简易瞬态工况法使用的是不分光红外法测试的HC(碳氢化合物)的排放质量,根据第22章的介绍,不分光红外法相对于氢火焰离子法而言,在测试碳氢化合物时,对于烯烃和芳香烃的敏感度很低,测试精度相对较差。
第二,瞬态工况法采用的化学发光测试仪中相对于简易瞬态工况法增加了NOx-NO转换器,因此其可以测试NOx的排放质量,而简易瞬态工况法只能测试NO的排放质量。
图23-6 瞬态工况运转循环
2.GB 18352—2005
GB 18352—2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》目前已经颁布了第五阶段的标准,即所谓的国五标准。它针对汽车生产厂商出产的车辆的型式核准、生产一致性和在用符合性的检查与判定提出了所需的试验方法和判断标准。
其中型式核准是指是对一个或多个具有生产代表性的产品样品利用检验手段进行合格评价,对于GB 18352—2005中的型式核准特指对汽车制造企业某一车型的污染物排放控制性能利用相关试验手段进行合格验证,试验项目包括车辆的排气污染物、曲轴箱污染物、蒸发污染物、污染控制装置耐久性和OBD系统等方面。只有通过了GB 18352—2005的型式核准,此车型的排放指标才算是合格,才允许生产。生产一致性是为了确保批量生产的汽车、系统、部件以及独立技术总成与已型式核准的车型一致;主管部门对汽车制造厂提出的生产一致性保证要求,包括对质量管理体系的评估(作为初评内容),以及对型式核准证书持有者和生产过程控制的确认检查(作为生产一致性保证计划内容)。在用符合性是指正常使用条件下和汽车正常寿命期内,汽车的污染控制装置始终保持其功能。
GB 18352—2005中规定了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型试验及OBD系统试验七种试验:Ⅰ型试验是指常温下冷起动后排气污染物排放试验;Ⅱ型试验对装点燃式发动机的汽车指测定双怠速的CO、THC和高怠速的λ值(过量空气系数),对装压燃式发动机的汽车指测定自由加速烟度的试验;Ⅲ型试验指曲轴箱污染物排放试验;Ⅳ型试验:指蒸发污染物排放试验;Ⅴ型试验指污染控制装置耐久性试验;Ⅵ型试验:指低温下冷起动后排气中CO和THC排放试验。试验结果除了CO、THC、CO2的浓度外,还包括CO、THC、NMHC、CO2、NOx、THC+NOx及PM(颗粒物)的排放质量(g/km);对于柴油车,还会测量其颗粒物的个数(#/km)。
针对不同类型的车辆,不同的实验目的,标准中规定了需要选择哪几种试验来完成试验。如:对于装用点燃式发动机的轻型汽车,标准中规定需要进行常温和低温下排气污染物、双怠速排气污染物、曲轴箱污染物、蒸发污染物污染控制装置耐久性及车载诊断(OBD)系统(简称OBD系统)相关试验。对于装用压燃式发动机的轻型汽车,标准中规定需要进行常温下排气污染物、自由加速烟度污染控制装置耐久性及OBD系统的相关试验。
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