汽车发动机新技术--汽车发动机排放与噪声--第8章汽车排放法规标准及测试

交通与汽车工程学院汽车排放与控制1第8章汽车排放法规、标准及测试规范交通与汽车工程学院汽车排放与控制28.1概述8.2排放法规的演变8.3国外汽车排放法规和测试规范8.4我国汽车排放法规的历史沿革8.5我国汽车排放测试规范交通与汽车工程学院汽车排放与控制38.1概述排放法规既是对内燃机及汽车工业发展的限制，又从客观上促进了内燃机及汽车技术的进步。排放法规的核心内容实际上是两个，即排放限值和检测方法。美国、日本和欧洲的汽车排放法规形成当今世界三大汽车排放法规体系。我国的排放法规基本上是在参照欧洲法规的基础上制定的。交通与汽车工程学院汽车排放与控制4工况法与怠速法汽车排放污染物检测，从检测方法上划分怠速法是指测量汽车在怠速工况下排放污染物的一种方法，一般仅测CO和HC，测量仪器采用便携式排放分析仪。这种方法具有简便易行、测试装置价格便宜和便于携带以及试验时间短等优点；但测量精度较低，测量结果缺乏全面性和代表性。怠速法目前主要作为环保部门对在用车的排放进行监测以及汽车修理厂对车辆的排放性能进行简易评价的方法。工况法是将若干汽车常用工况和排放污染较重的工况组合成一个或若干个测试循环，试验时测取汽车在整个测试循环中的排放水平。与怠速法相比，工况法检测结果可以比较全面地反映汽车排放水平，一般用于新车的认证许可检测，但其试验设备的价格往往是怠速法的100～200倍。怠速法工况法交通与汽车工程学院汽车排放与控制5轻型车与重型车工况法又根据轻型车和重型车而采用不同的试验方法。轻型车的排放检测要求在底盘测功机上进行，被检车辆按规定的测试循环运转，试验结果用单位行驶里程的排放质量(g/km)表示。在重型车方面，因为能进行重型车试验的底盘测功机价格太昂贵，目前国内外采用的公认的测试方式是通过发动机台架进行相关的排放测试，把整车状态下发动机的运行状况在发动机台架上模拟运行，其结果用发动机的比排放量(g／(kW．h))表示。交通与汽车工程学院汽车排放与控制6排放限值工况法检测的排放限值一般分为两类，即型式认证试验限值和产品一致性试验限值。型式认证试验是指对新设计车型的认证试验，产品一致性试验是指对批量生产车辆的试验，要求从成批生产的车辆中任意抽取一辆或若干辆进行试验。一般型式认证试验限值严于产品一致性试验限值，但这两种排放限值今后有合二为一的趋势交通与汽车工程学院汽车排放与控制78.2排放法规的演变车用发动机排放法规的发展大体可分为三个阶段。1.法规形成阶段(20世纪70年代)2.法规加强与完善阶段(20世纪80年代到90年初)3.加强排放限制，进入低排放阶段(20世纪90年代中到21世纪初)交通与汽车工程学院汽车排放与控制88.3国外汽车排放法规和测试规范美国轻型汽车排放法规和测试规范美国联邦政府从1970年开始制定一系列车辆排放控制法规，1972年采用美国城市标准测试循环FTP-72(FederalTestProcedure)，该循环是根据对洛杉矶市早晨上班时大量汽车实测行驶工况的统计获得的，也称LA-4C冷起动工况测试循环，如图所示。交通与汽车工程学院汽车排放与控制91975年，在FTP-72测试循环上增加一个热起动行驶工况，称为FTP-75测试循环，也称LA-4CH冷热起动工况测试循环，并一直沿用到现在，如图所示。交通与汽车工程学院汽车排放与控制10整个测试循环分4段组成：0~505s为冷起动过渡段A，506~1372s为稳定段B，之后关闭汽油机停车10min，最后再热起动汽油机，按热状态工况重复冷起动过渡段，从1973s运转至2477s，为热起动过渡段C。整个实验工况循环时间为1877s+600s(停车)。相应的行驶距离为17.94km，平均车速为34.1km／h，最高车速为91.2km／h，所以这是一个对应发动机低中速、低中负荷运行为主的测试循环。三个运行段的排放物分别被收集到三套样气袋中，测定结果乘以不同的加权系数，相加后除以总行驶距离，得比排放量g/mile(1g/mile＝(1/1.60)g/km)。其中冷起动过渡段的加权系数为0.43，稳定段的加权系数为1.0，热起动过渡段的加权系数为0.57。交通与汽车工程学院汽车排放与控制11表8-1美国轻型汽车的排放限值（FTP75测试循环）标准名称实施年份保证里程/km排放限值/（g/km）COHCNOxPT①Tier11994800002.110.16（NMHC）0.250.051600002.610.19（NMHC）0.370.05Tier22004800001.060.08（NMOG）0.1240.051600001.060.08（NMOG）0.1240.05①微粒排放只用于柴油车交通与汽车工程学院汽车排放与控制12名称定义适用范围总碳氢化合物（THC）所有碳氢化合物成分的总量中国、日本和欧洲等大多数国家无甲烷碳氢化合物（NMHC）除去甲烷的碳氢化合物成分美国联邦及其它适应国无甲烷有机气体（NMOG）无甲烷碳氢化合物加羰酰类美国加州LEV法规交通与汽车工程学院汽车排放与控制13欧洲轻型汽车排放法规和测试规范从1992年开始实施，欧洲采用ECE15(城区)工况+EUDC(城郊)工况试验循环，欧洲现行的轻型车排放测试循环如图。GB18352.3—2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法》规定，我国轻型汽车实施运转循环是由1部(市区运转循环)和2部(市郊运转循环)组成。交通与汽车工程学院汽车排放与控制14它由若干等加速、等减速、等速和怠速工况组成。分为两个部分，第一部分也称城市工况(citycycle)，由反复4次的15工况(ECE15)构成，是1970年制定的，模拟市内道路行驶状况；1992年起加上了反映城郊高速公路行驶状况的城郊工况(EUDC，extraurbandrivingcycle)的第二部分。整个循环试验时间1220s，当量里程约11km，平均车速32.5km/h，最高车速提高到120km/h，对于功率小于30kW的小型汽车最高车速可降为90km／h。交通与汽车工程学院汽车排放与控制15欧洲各阶段的汽车排放标准年份汽油机柴油机CONOxHCNOxPM1986年1.54.6——1989年——14.00.51992年（欧I）2.81.08.00.361996年（欧II）2.30.38.00.252000年（欧III）2.30.150.25.00.102005年（欧IV）1.00.080.15.00.022008年（欧V）———2.00.02交通与汽车工程学院汽车排放与控制16日本轻型汽车排放法规和测试规范日本的测试规范有10工况法、11工况法和10.15工况法。10工况法：被试小汽车先以40km/h等速连续运转15min，再按图所示工况连续运转6个循环(每个循环135s，相应行驶距离为0.664km)，对后5次循环进行尾气排放测量，所以10工况法也称热试验。试验平均车速为17.7km/h，最高车速为40.0km/h，相应行驶距离为0.664km×6=3.984km。交通与汽车工程学院汽车排放与控制17对于冷启动的排放，通过11工况法冷启动试验进行测试。被试小汽车在室温20~30℃停放6h后，冷起动汽油机，怠速运转25s，接着按图所示的11个工况循环连续进行4次(每个循环120s，行驶距离为1.021km)，共505s，4个循环全部进行排放计量。相应的平均车速为30.6km/h，最高车速为60.0km/h×4＝4.084km，怠速运转时间占总试验时间的21.7％。交通与汽车工程学院汽车排放与控制18“10.15”工况法。它是3个连续的10试验工况循环加上1个15试验工况循环，如图8-6所示。被试小汽车先以60.0km/h等速连续运转15min，然后按10.15试验工况进行试验，共660s，相应的行驶距离为4.16km，平均车速为22.7km／h，最高车速为70.0km／h，怠速运转时间占总试验时间的31.4％。交通与汽车工程学院汽车排放与控制19日本汽油或LPG轻型车排放限值车辆分类试验工况单位限值COHCNOx车辆总重1.7t以下，或专供乘用乘车定员10人以下的普通及轻型机动车，或专供乘用的微型机动车10.15工况g/km1.27(0.67)0.17(0.08)0.17(0.08)11工况g/test31.1(9.0)4.42(2.20)2.50(1.40)车辆总重超过1.7t并在2.5t以下的普通型及轻型机动车10.15工况g/km8.42(6.50)0.39(0.25)0.63(0.40)11工况g/test104(76)9.50(7.00)6.60(5.00)微型机动车（专供乘用的除外）10.15工况g/km8.42(6.50)0.39(0.25)0.48(0.25)11工况g/test104(76)9.50(7.00)6.60(4.40)括号内数值为平均值，括号外数值为最高值交通与汽车工程学院汽车排放与控制2015工况主要从欧洲学习而来，2005年日本汽车排放法规引入了最新测试循环—JC08循环，见图所示。该测试循环则像美国模拟测试工况那样加入了更多的变速工况，再现了汽车在拥挤的城市中行驶的情况，包括怠速和频繁的加速与减速。JC08循环持续时间为1204s，总行驶里程为8.171km，平均速度为24.4km/h（若不含怠速平均车速为34.8km/h），最大速度为81.6m/h。交通与汽车工程学院汽车排放与控制21欧洲重型汽车排放法规和测试规范13工况法是目前应用最广泛的重型车用柴油机排放测试循环。图为欧洲13工况循环(ECER49)及各点的加权系数，它由额定转速和最大转矩转速的各5个工况点以及3次怠速工况共计13个工况点组成，测量在稳态条件下进行。我国从2000年起也等效采用欧洲13工况法(GBl7691-1999)交通与汽车工程学院汽车排放与控制22我国重型车用柴油机采用欧洲重型柴油车13工况试验规范，见表工况发动机转速负荷（%）加权系数工况发动机转速负荷（%）加权系数1怠速00.25/38额定转速1000.102中速100.089额定转速750.023中速250.0810额定转速500.024中速500.0811额定转速250.025中速750.0812额定转速100.026中速1000.2513怠速00.25/37怠速00.25/3----交通与汽车工程学院汽车排放与控制232000年实施的欧洲3法规对13工况作了若干修正，称为欧洲稳态标准测试循环ESC(EuropeanStationaryCycle),ESC各工况点的运行时间，除了怠速为4min外，其余12个工况点均为2min，测试时工况的调整必须在头20s内完成，把转速稳定到规定值±50r/min，转矩稳定到该转速最大转矩的±2％。交通与汽车工程学院汽车排放与控制24为了防止利用电控系统作弊(例如以牺牲非测试工况的排放来改善测试工况点的排放等)，排放检测者在柴油机有负荷的测试工况范围(阴影区)内可任意设定3个工况点进行附加测试，以考核系统的一致性。新13工况法(ESC)与老13工况法(ECER49)相比，前者工况点分布比较均匀，怠速加权系数减小，全负荷工况加权系数减小，中速中负荷工况的加权系数加大，似乎更接近现代重型汽车柴油机的实际使用情况。另外，ESC还包括一个动态烟度测试(EuropeanLoadResponseTest，缩写ELR)，上述A、B、C三个转速下，由10％负荷开始突然将油门加到最大，用透光式烟度计测量这个过程的烟度最大值。交通与汽车工程学院汽车排放与控制25对于使用先进的排气后处理技术(如微粒捕集器或NOx还原催化器)的重型车用柴油机和气体燃料发动机，欧洲3标准中还要求加试一个欧洲瞬态循环(EuropeanTransientCycle，缩写ETC)检验排气后处理系统的性能。ETC历时30min，分别模拟10min城市街道、10min乡村公路和10min高速公路，如图所示。交通与汽车工程学院汽车排放与控制268.4我国汽车排放法