排放试验

随着汽车保有量的不断增加，人们对汽车排放对环境影响的关注度不断提高，世界各国纷纷就汽车排放建立了相应的法规制度，通过严格的法规控制车辆的排放，每一款车上市前都必须经过排放法规认证试验。

在中国，GB 18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及试验方法（中国第六阶段）》规定了轻型车排放试验的类型、方法及限值要求。

一、排放试验的分类

排放是指汽车在使用过程中由于燃烧化学燃料而对周围环境造成的污染。汽车排放污染来自三个途径：排气污染，即汽车燃料燃烧以后通过排气管排出气体造成的污染，主要有 CO、CO2、CH、NOX  及碳颗粒等物质；曲轴箱污染，燃烧的废气以及少量未燃烧的废气以及少量未燃混合气体从气缸内向下窜入曲轴箱进而排放到周围环境造成的污染；燃油蒸发污染，即汽油、柴油在燃油供给系统及发动机内蒸发，泄漏到周围环境中造成的污染。

针对以上三类排放物 GB 18352.6—2016 规定如下排放试验：

（1）排气排放试验

进行排气排放物测试的试验有：常温下冷起动后排气污染物排放试验（Ⅰ型试验）、实际行驶污染物排放试验（Ⅱ型试验）、低温下冷起动后排气中 CO、THC 和 NOx 排放试验（Ⅵ型试验）、污染物控制装置耐久性试验（Ⅴ型试验）。

（2）曲轴箱排放曲轴箱排放试验为：曲轴箱污染物排放试验（Ⅲ型试验）。

（3）蒸发物排放试验蒸发物排放试验有：蒸发污染物排放试验（Ⅳ型试验）、加油污染物排放试验（Ⅶ型试验）。

很显然在汽车排放污染物中，排气污染是最主要的，而且一般的排放性试验也只对经由排气管排出的污染物进行测试。因此，本节以常温下冷起动后排气污染物排放试验（Ⅰ 型试验）为例展开介绍。

二、Ⅰ型试验

Ⅰ型试验是车辆公告认证强制性试验，为了保证试验的重复性和准确性，对影响试验结果的边界条件进行了详细规定，如试验设备、车辆要求、环境要求、加载参数、试验过程操作等。

1、试验设备

Ⅰ型排放试验在实验室进行，所使用的主要设备有转鼓试验台、环境舱及排放分析系统。其中转鼓试验台为测试样车提供模拟阻力，环境舱控制测试过程环境温度、湿度和大气压力，排放分析系统对样车测试过程排放的尾气进行取样、计量体积和结果分析。排放分析系统主要包括分析仪、全流排气稀释（CVS）系统、PM 测试系统、颗粒物数量（PN） 排放测试设备，其结构如图 4-14 所示。

图 4-14   排放分析系统

（1）分析仪

分析仪是根据法规要求，在试验过程和试验循环结束后对采集到的样气进行浓度分析，根据 GB 18352.6—2016 法规要求，需要对尾气排放中的 CO、CO2、HC、CH4、NOx、N2O 等气体污染进行测试。各分析仪的型式要求见表 4-7。

表 4-7 各分析仪的型式要求

序号

气体

分析仪名称

分析仪类型

1

CO 和 CO2

CO 和 CO2 分析仪

不分光红外吸收（NDIR）型

2

HC（除柴油以外的所有燃料）

HC 分析仪

氢火焰离子化（FID）型

3

HC（柴油）

加热式氢火焰离子化（HFID）型

4

CH4

CH4 分析仪

气象色谱（GC）+ 氢火焰离子化（FID）型， 或非甲烷截止器 + 氢火焰离子化（FID）型

5

NOx

NOx 分析仪

化学发光（CLD）或非扩散紫外线谐振吸收

（NDUVR）型

6

N2O

N2O 分析仪

激光红外光谱仪（QCL）

（2）全流排气稀释（CVS）系统

全流排气稀释系统主要由稀释空气处理装置、稀释通道、抽气装置和主稀释系统容积测量装置、气袋等部分组成。该系统的作用有两个：一是完全收集汽车在运行过程中排出的尾气，并通过背景空气进行稀释处理，防止产生冷凝，同时按一定的流量将稀释后的样 气送入气袋进行存储，用于试验后取样分析；二是对收集的尾气进行体积计量。体积计量可以使用容积泵（PDP）、临界流量文丘里管（CFV）、亚音流文丘里管（SSV）、超声波流量计（UFM）等方式进行计量，其中 CFV 应用较为广泛。典型的全流排气稀释系统如图 4-15 所示。

图 4-15   典型的全流排气稀释系统

（3）PM测试设备

颗粒物取样装置应由安装在稀释通道的取样探头、颗粒物导管、过滤器、取样泵以及流量调节器和测量单元组成。过滤器通过内部放置的滤纸对稀释后的样气进行过滤，通过微量级的电子天平对试验前后的滤纸进行计量称重，结合取样体积计算得到排气中的  PM 值。颗粒物取样系统示意图如图 4-16 所示。

图 4-16   颗粒物取样系统示意图

（4）颗粒物数量（PN）排放测试设备

颗粒物数量（PN）排放测试设备应由稀释通道内取样探头探针（PSP）、粒子传输管（PTT）、粒径预分级器（PCF）和粒子数量浓度测量（PNC）单元及其上游的挥发性粒子去除器（VPR）组成。挥发性粒子去除器应包含取样稀释装置（粒子数量稀释装置：初级粒子数量稀释装置PND1 和次级粒子数量稀释装置 PND2）和粒子蒸发装置（蒸发管 ET）。待测气体的取样探头应安装在稀释区域内，以能从空气和排气的均匀混合气中抽取具有代表性的样气。粒子在取样系统内的滞留时间和粒子计数器的 T90 响应时间之和不能大于20s。颗粒物数量（PN）排放测试系统示意图如图 4-17 所示。

图 4-17   颗粒物数量（PN）排放测试系统示意图

注：OT 是指用于引导稀释样气从挥发性粒子去除器到粒子计数器入口的出口管。

粒子数量浓度测量（PNC）单元的具体要求：

1）在全流控制条件下工作。

2）根据可溯源的原则，从 1 个 /cm3 到单个粒子计数模块上限的范围内，计数精度为±10%。若在延长的取样期间内粒子浓度的测量平均值低于 100 个 /cm3，可要求使用更高的统计置信度来验证粒子计数器的准确度。

3）粒子浓度低于 100 个 /cm3 时的分辨率至少为 0.1 个 /cm3。

4）单个粒子计数模块在整个测量范围内对粒子浓度具有线性响应。

5）数据采集的频率大于或等于 0.5Hz。

6）超过浓度测量范围的 T90 响应时间不超过 5s。

7）具有最大校正可达 10% 的符合校正功能，可使用 CF.2.1.3 确定的内部校正系数， 但是不能使用任何其他算法来校正或者定义计数效率。

8）对电迁移率粒径为 23nm（±1nm）和 41nm（±1nm）粒子计数效率分别为 50%（±12%）和大于 90%。

2、I 型试验要求

（1）车辆要求

汽车的机械状况应良好。试验汽车应至少磨合行驶 3000km。轮胎压力应与制造厂规定的相同，并与为调整测功机而进行的预备性道路试验使用的压力相同。排气系统不得有任何泄漏，以免减少发动机排出气体的收集量；发动机和汽车控制装置的设定应符合制造厂的规定。

（2）加载阻力获取

试验车辆必须通过道路滑行试验获取该车的道路行驶阻力，按第三章第五节要求进行行驶阻力测试，并在转鼓试验台上完成拟合滑行。

（3）预跑试验

为确认车辆在试验过程中无异常情况，试验前需按照试验工况试跑一次，检查测量无异常、能跟上目标车速。

（4）车辆静置

预跑结束后，将车辆停置在 23℃ ±3℃的浸车间浸车至少 6h 但不长于 30h，车辆机油温度与环境温度相差 ±2℃以内。

（5）环境条件

温度要求：23℃ ±3℃。

（6）试验工况

GB 18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及试验方法（中国第六阶段）》要求使用的试验工况为 WLTC 工况。

3、试验开始

将车辆移动至转鼓试验台上（车辆不能起动），并固定于转鼓试验台上；连接排放分析仪尾气收集管与车辆的排气管连接可靠，不能有漏气现象；按照试验车辆、油品等信息完成排放分析参数设置；起动排放取样分析系统，同时驾驶员起动发动机，并按照 WLTC 试验工况曲线和档位信息驾驶车辆直到试验结束。试验过程中，驾驶员控制车辆车速与目标车速超差控制在 ±2km/h、时间 ±1s，如图 4-18 所示。

图 4-18   工况速度 - 时间控制曲线

4、试验数据处理

排放循环结束后，排放分析有一套自动运行程序，根据收集的尾气分析出试验过程中的所有排放物质，并自动出具试验报告。

三、Ⅰ型试验排放物限值

GB 18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及试验方法（中国第六阶段）》要求轻型汽车的排放限值见表 4-8 和表 4-9。

这就要求汽车企业开发生产的燃油车辆排放污染物处于限值以下，才能够上市销售。