點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)在用汽車排放測試

1、點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)在用汽車排放測試之穩(wěn)態(tài)工況法眾所周知，怠速法適合用于檢測機(jī)械控制的傳統(tǒng)化油器發(fā)動機(jī)汽車的排放，但不適合用于采用電子控制汽油噴射、燃油定量閉環(huán)控制技 術(shù)的發(fā)動機(jī)和三效催化轉(zhuǎn)化器的現(xiàn)代汽車。所以，GB 18285-2005規(guī)定，在機(jī)動車保有量大、污染嚴(yán)重的地區(qū)也可采用簡易工況法。在用 汽車排放測試的簡易工況法共分三種，即瞬態(tài)工況法、簡易瞬態(tài)工況法和穩(wěn)態(tài)工況法。穩(wěn)態(tài)工況法穩(wěn)態(tài)工況法的英文全稱是“Steady State Loaded”，譯為“加載穩(wěn)態(tài)工況法”；英文的另一種叫法是“Acceleration Simulation Modew， 縮寫成ASM，GB 18285-2005沿用了這

2、個縮寫的英文名稱，中文可翻譯為“加速模擬工況法”。從“加載穩(wěn)態(tài)工況法”這一名稱看出，做 穩(wěn)態(tài)工況法試驗(yàn)時非但汽車應(yīng)保持恒定的車速，故有“穩(wěn)態(tài)”之說；同時對發(fā)動機(jī)還必須額外地施加載荷。在試驗(yàn)臺上對行駛中的汽車 的發(fā)動機(jī)施加載荷，即施加阻力矩，只有底盤測功機(jī)的電機(jī)通過轉(zhuǎn)鼓才能做得到。所以穩(wěn)態(tài)工況法必須使用底盤測功機(jī)。那么，如何加 載，加多少載荷呢？試驗(yàn)時先將汽車加速至某一數(shù)值，然后底盤測功機(jī)額外地根據(jù)當(dāng)時車速下以某一個加速度（GB 18285-2005規(guī)定其數(shù) 值為1.475m/s2）加速時發(fā)動機(jī)所輸出的功率乘上一個系數(shù)作為設(shè)定功率對車輛加載，即所謂“加速模擬”。此時發(fā)動機(jī)除了提供在該車 速下恒速

3、行駛時所消耗的功率以外，還要提供克服底盤測功機(jī)額外地對汽車施加阻力矩所需的功率。穩(wěn)態(tài)工況法的檢測系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工況法的檢測系統(tǒng)由一臺底盤測功機(jī)和一臺帶尾氣分析儀的主系統(tǒng)組成，不需要CVS（定容采樣系統(tǒng)），尾氣也不經(jīng)稀釋，見圖1。發(fā)劫機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)劫機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)工況法檢測系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：底盤測功機(jī)轉(zhuǎn)鼓的直徑比瞬態(tài)工況法小，因而價格低廉。原始尾氣不經(jīng)稀釋直接采樣。尾氣分析儀能測定尾氣中HC、CO、CO2和NOx以及02的濃度，通常稱之為“五氣分析儀”。尾氣分析儀采用NDIR(不分光紅外分析法)分析HC、CO、C02。相比之下，瞬態(tài)工況法采用火焰離子法(FID)分析HC。采用NDIR分析HC 所得數(shù)值僅為采用FI

4、D分析的60%。尾氣分析儀采用電化學(xué)原電池分析NOx。相比之下，瞬態(tài)工況法采用化學(xué)發(fā)光法(CLD)分析NOx。檢測結(jié)果以體積分?jǐn)?shù)(%或ppm)顯示。穩(wěn)態(tài)工況法檢測系統(tǒng)必須滿足以下基本要求：底盤測功機(jī)應(yīng)裝備雙滾筒，滾筒直徑在200mm530mm之間，同一地區(qū)的檢測項(xiàng)目應(yīng)采用配備同一直徑滾筒的底盤測功機(jī)?？刹捎米笥?可移動式滾筒或固定式滾筒。應(yīng)保證輪胎不打滑。底盤測功機(jī)應(yīng)有滾筒轉(zhuǎn)速測試裝置。測功機(jī)應(yīng)能達(dá)到的最高車速為90km/h。底盤測功機(jī)應(yīng)有對汽車進(jìn)行冷卻的裝置，該裝置應(yīng)在環(huán)境溫度超過22C時啟動，且不得使三效催化轉(zhuǎn)化器受到冷卻。底盤測功機(jī)的安裝應(yīng)保證測試汽車在測功機(jī)上試驗(yàn)時處于水平位置。用于四

5、輪驅(qū)動汽車的底盤測功機(jī)，其前后車輪滾筒速度同步誤差應(yīng)小于0.3km/h。尾氣分析儀的采樣系統(tǒng)應(yīng)有水分離系統(tǒng)、微粒過濾裝置、采樣泵和流量控制單元。制造與采樣氣體接觸的零部件的材料不得與采樣氣 體發(fā)生反應(yīng)，并且不得污染采樣氣體，不得改變被分析氣體的特性。采樣系統(tǒng)必須耐腐蝕，并能耐受穩(wěn)態(tài)工況法檢測過程中汽車的排氣 溫度。采樣探頭插入汽車排氣管的深度應(yīng)不小于400mm，所用材料應(yīng)能耐受600C的排氣溫度。尾氣分析儀應(yīng)能測試雙排氣管汽車。雙采樣探頭應(yīng)保證各支管流量相同。通風(fēng)系統(tǒng)不應(yīng)使尾氣在探頭采樣點(diǎn)被稀釋，且不能使汽車排氣出口壓力變化大于0.25kPa。尾氣分析儀應(yīng)具備每秒至少一次的尾氣體積分?jǐn)?shù)測試能力

6、。采樣與分析系統(tǒng)若遇下列情況之一則應(yīng)自動停止工作：尾氣分析儀未進(jìn)行充分預(yù)熱與測試無關(guān)的氣體干擾影響超過10X10-6HC、0.05%C0、0.20%C02和土25X10-6NO。采樣系統(tǒng)中HC殘留體積分?jǐn)?shù)大于10X10-6。零點(diǎn)漂移或標(biāo)定時的讀數(shù)漂移超過分析儀調(diào)整范圍。尾氣分析儀應(yīng)能抗電磁干擾，抗振動沖擊。分析HC、CO、CO2時，從輸入待測氣體到尾氣分析儀顯示終值的90%所經(jīng)歷的時間應(yīng)小于8s,到顯示終值的95%所經(jīng)歷的時間應(yīng)小于12s；分析NO時，從輸入待測氣體到顯示終值的90%所經(jīng)歷的時間應(yīng)小于12s，NO穩(wěn)定值讀數(shù)下降到10%穩(wěn)定讀數(shù)值的響應(yīng)時間應(yīng)小于12s。分析HC、CO和CO2應(yīng)采

7、用NDIR（不分光紅外分析法）分析儀，分析NO應(yīng)采用電化學(xué)傳感器分析儀或其它等效方法。系統(tǒng)應(yīng)配備濕度計、溫度計，按檢測程序要求向控制計算機(jī)實(shí)時傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)應(yīng)配備氣壓計。在大氣壓力變化不大的地區(qū)，系統(tǒng)應(yīng)能夠允許人工輸入檢測地區(qū)季節(jié)大氣壓力。系統(tǒng)應(yīng)配備計時器。穩(wěn)態(tài)工況法的測試運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18285-2005規(guī)定了在用汽車排放測試穩(wěn)態(tài)工況法的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)圖，見圖2。運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)的操作時間示于表1。由此可見，穩(wěn)態(tài)工況法在兩種穩(wěn)定的車速下進(jìn)行排放檢測，一種車速為25km/h，另一種為40km/h。必須說明的是，在這兩種車速下進(jìn)行 排放檢測的同時，底盤測功機(jī)額外地分別以汽車在這兩種車速下加速度為1.4

8、75m/s2時的輸出功率的50%（用于車速25km/h）和25%（用于 車速40km/h）作為設(shè)定功率對汽車加載。這才稱得上為“加載穩(wěn)態(tài)工況法”或“加速模擬工況法”。雖然所論的加速度相同，但是由于 加速所需的功率不僅取決于阻力，而且還與車速有關(guān)，所以在這兩種車速下為以上述的同一加速度加速所需提供的輸出功率是不同的。穩(wěn)態(tài)工況法檢測程序的實(shí)施過程測試前應(yīng)做好測試設(shè)備方面的準(zhǔn)備工作和測試條件記錄。測試前應(yīng)首先將汽車參數(shù)輸入底盤測功機(jī)。底盤測功機(jī)每天開機(jī)前應(yīng)進(jìn)行自動預(yù)熱，停機(jī)或車速小于25km/h的狀況持續(xù)超過30min時， 也應(yīng)在試驗(yàn)重新開始之前進(jìn)行自動預(yù)熱。此預(yù)熱應(yīng)由系統(tǒng)自動控制完成，如沒有按規(guī)定

9、完成預(yù)熱，系統(tǒng)應(yīng)鎖止，不能進(jìn)行檢測。在每天開機(jī)開始檢測前應(yīng)對尾氣分析儀采樣系統(tǒng)進(jìn)行泄漏檢查，如未進(jìn)行泄漏檢查或泄漏檢查未通過，則不得進(jìn)行檢測，系統(tǒng)應(yīng)鎖止。 每24h必須對尾氣分析儀進(jìn)行一次校準(zhǔn)并用低量程標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行檢查，若檢查未通過，則不得進(jìn)行檢測，系統(tǒng)應(yīng)自動鎖止。在試驗(yàn)循環(huán)開始前應(yīng)記錄環(huán)境溫度、相對濕度和大氣壓力。測試前應(yīng)做好汽車的準(zhǔn)備工作。發(fā)動機(jī)冷卻液和潤滑油溫度應(yīng)不低于80C，或者達(dá)到汽車使用說明書規(guī)定的熱車狀態(tài)。應(yīng)關(guān)閉汽車的空調(diào)、暖風(fēng)等附屬裝備。備有牽引力控制裝置的汽車應(yīng)關(guān)閉牽引力控制裝置。如果在試驗(yàn)前汽車的等候時間超過20min或在試驗(yàn)前熄火超過5min，則應(yīng)選以下任一種方法預(yù)熱汽車

10、：使汽車在無負(fù)荷狀態(tài)下令發(fā)動機(jī) 以2500r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)4min；使汽車在底盤測功機(jī)上按ASM 5025工況運(yùn)行60s。安裝自動變速器的汽車應(yīng)使用前進(jìn)檔進(jìn)行試驗(yàn)；安裝手動變速器的汽車應(yīng)使用二檔，如果二檔所能達(dá)到的最高車速低于45km/h，可使用 三檔。加速以進(jìn)入ASM 5025工況：經(jīng)預(yù)熱后的汽車加速至25.0km/h，所經(jīng)歷的時間未作嚴(yán)格規(guī)定。加載：車速達(dá)到25km/h時，底盤測功機(jī)以該車速下汽車加速度為1.475m/s2加速時的輸出功率的50%作為設(shè)定功率對其加載，工況計 時器開始計時（表1中的操作累計時間t=0秒）。持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)（t=05s）:汽車在加載狀態(tài)下以25km/h1.5km/

11、h的速度持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)5s后開始檢測。允許車速在25km/h1.5km/h的誤差范圍 內(nèi)波動，但加載扭矩應(yīng)隨車速的波動而作相應(yīng)的調(diào)整，以保證加載功率不隨車速改變。加載扭矩允許誤差為該工況設(shè)定扭矩的5%。當(dāng) 底盤測功機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩偏差超過設(shè)定值的時間大于5s，則檢測應(yīng)重新開始。如果底盤測功機(jī)模擬的慣量值在計時開始后持續(xù)3s超出規(guī)定 的誤差范圍，工況計時器將重新開始計時（回到t=0s）。如果再次出現(xiàn)該情況，檢測將被停止。預(yù)置（t=515s）系統(tǒng)根據(jù)尾氣分析儀最長響應(yīng)時間進(jìn)行預(yù)置（假定尾氣分析儀最長響應(yīng)時間為10s，則預(yù)置時間為10s）。ASM 5025快速檢查工況（t=1525s）:系統(tǒng)從計時器計時為t=

12、15s開始采樣，每秒鐘采樣并分析一次，持續(xù)運(yùn)行10s，到t=25s，最后根 據(jù)稀釋修正系數(shù)及濕度修正系數(shù)計算10s內(nèi)的排放平均值，此即ASM 5025快速檢查工況。在測試過程中，若連續(xù)10s內(nèi)任何1s的車速 變化相對于第1s都小于土0.5km/h，則測試結(jié)果有效?？焖贆z查工況持續(xù)的10s內(nèi)的排放平均值經(jīng)修正后如果低于或等于限值的50%， 則不必進(jìn)行后續(xù)的程序便可判定測試合格，檢測結(jié)束，可免除包括ASM 5025工況剩余的t=2590s測試和ASM 2540檢測在內(nèi)的所有其它 檢測；否則應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行ASM 5025工況剩余的2590s測試運(yùn)轉(zhuǎn)。ASM 5025工況（t=25-90秒）：此后從t=2

13、5s繼續(xù)運(yùn)行至t=90s同時檢測排放。如果任何一種污染物連續(xù)10s的平均值超過限值，則不 必進(jìn)行后續(xù)的程序便可判定測試不合格，檢測結(jié)束。在檢測過程中如果任意連續(xù)10s內(nèi)任何一種污染物的排放值經(jīng)修正后10次檢測中有 一次高于限值的500%，則也可判定測試不合格，檢測結(jié)束。如果所有檢測污染物連續(xù)10s的平均值均低于或等于限值，則該車應(yīng)判定為 ASM 5025工況合格，繼續(xù)進(jìn)行ASM 2540檢測。再次加速以進(jìn)入ASM 2540工況：ASM 5025工況檢測結(jié)束后立即從25km/h加速至40km/h，所經(jīng)歷的時間未作嚴(yán)格規(guī)定。調(diào)整載荷：車速達(dá)到40km/h時，底盤測功機(jī)額外地對汽車加載的設(shè)定功率調(diào)整

14、為在該車速下以汽車加速度為1.475m/s2加速時的輸 出功率的25%，工況計時器重新開始計時（工況累計時間t=0s）。GS定的在用汽網(wǎng)故潮斌檔態(tài)淀注的運(yùn)轉(zhuǎn)帝環(huán)圖GS定的在用汽網(wǎng)故潮斌檔態(tài)淀注的運(yùn)轉(zhuǎn)帝環(huán)圖1 GB 1呢65,2005璃定的禱商工魔法送咐薜的操作成甸I %握轉(zhuǎn)次序燥作累訝附間心引ASM 502&I255225153252510425906SASM 2S4054055401574025W.巖號罕U3409066持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)(t=05s):汽車在加載狀態(tài)下以40km/h1.5km/h的速度持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)5s后開始檢測。當(dāng)?shù)妆P測功機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩偏差超過設(shè)定 值的時間大于5s，則檢測應(yīng)重新開始。如果

15、底盤測功機(jī)模擬的慣量值在計時開始后持續(xù)3s超出所規(guī)定的誤差范圍，工況計時器將重新開 始計時(回到t=0s)。如果再次出現(xiàn)該情況，檢測將被停止。預(yù)置(t=515s)系統(tǒng)根據(jù)尾氣分析儀最長響應(yīng)時間進(jìn)行預(yù)置(假定尾氣分析儀最長響應(yīng)時間為10s，則預(yù)置時間為10s)。ASM 2540快速檢查工況(t=1525s):系統(tǒng)從計時器計時為t=15s開始采樣，每秒鐘采樣并分析一次，持續(xù)運(yùn)行10s，到t=25s，最后 根據(jù)稀釋修正系數(shù)及濕度修正系數(shù)計算10s內(nèi)的排放平均值，此即ASM 2540快速檢查工況。在測試過程中，連續(xù)10s內(nèi)第1s至第10s 秒任何1s的車速變化相對于第1s都小于土0.5km/h，則測試

16、結(jié)果有效?？焖贆z查工況10s內(nèi)的排放平均值經(jīng)修正后如果低于或等于限值 的50%，則測試合格，檢測結(jié)束，可免除ASM 2540后續(xù)的檢測程序；否則應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行ASM 2540工況剩余的2590s測試運(yùn)轉(zhuǎn)。ASM 2540工況(2590s):此后從t=25s繼續(xù)運(yùn)行至t=90s同時檢測排放。如果所有檢測污染物連續(xù)10s的平均值均低于或等于限值， 則該車應(yīng)判定為合格，檢測結(jié)束；如果任何一種污染物連續(xù)10s的平均值超過限值，則判定測試不合格，檢測結(jié)束。在檢測過程中如果 任意連續(xù)10s內(nèi)任何一種污染物的排放值經(jīng)修正后10次檢測中有一次高于限值的500%，則也判定測試不合格，檢測結(jié)束。穩(wěn)態(tài)工況法檢測程序的優(yōu)缺點(diǎn)ASM檢測程序的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投資費(fèi)用比瞬態(tài)工況法低廉，大約只有瞬態(tài)工況法的1/6。其運(yùn)行費(fèi)用也比較低。缺點(diǎn)是這種方法只考慮了加速工況，而且還只是模擬的“加速”而不是真正的加速，更不用說全面地考慮減速、怠速、巡航等工況了?？墒瞧囍圃焐淘诖_定發(fā)動機(jī)電子控制單元中的匹配數(shù)據(jù)時，是按照型式認(rèn)證的要求，根據(jù)整個工況法試驗(yàn)循環(huán)控制其排放之總和，來 保證排放達(dá)到法規(guī)要求的，而不是僅僅考慮個別幾個工況，更不是如ASM檢測程序那樣僅僅考慮加速工況的排放