汽車發(fā)動機新技術(shù)-汽車發(fā)動機排放與噪聲-第8章汽車排放法規(guī)、標準及測試

第8章汽車排放法規(guī)、標準及測試規(guī)范18.1概述8.2排放法規(guī)的演變8.3國外汽車排放法規(guī)和測試規(guī)范8.4我國汽車排放法規(guī)的歷史沿革8.5我國汽車排放測試規(guī)范

28.1概述排放法規(guī)既是對內(nèi)燃機及汽車工業(yè)發(fā)展的限制，又從客觀上促進了內(nèi)燃機及汽車技術(shù)的進步。排放法規(guī)的核心內(nèi)容實際上是兩個，即排放限值和檢測方法。

美國、日本和歐洲的汽車排放法規(guī)形成當今世界三大汽車排放法規(guī)體系。我國的排放法規(guī)基本上是在參照歐洲法規(guī)的基礎上制定的。3工況法與怠速法汽車排放污染物檢測，從檢測方法上劃分怠速法是指測量汽車在怠速工況下排放污染物的一種方法，一般僅測CO和HC，測量儀器采用便攜式排放分析儀。這種方法具有簡便易行、測試裝置價格便宜和便于攜帶以及試驗時間短等優(yōu)點；但測量精度較低，測量結(jié)果缺乏全面性和代表性。怠速法目前主要作為環(huán)保部門對在用車的排放進行監(jiān)測以及汽車修理廠對車輛的排放性能進行簡易評價的方法。工況法是將若干汽車常用工況和排放污染較重的工況組合成一個或若干個測試循環(huán)，試驗時測取汽車在整個測試循環(huán)中的排放水平。與怠速法相比，工況法檢測結(jié)果可以比較全面地反映汽車排放水平，一般用于新車的認證許可檢測，但其試驗設備的價格往往是怠速法的100～200倍。怠速法工況法4輕型車與重型車

工況法又根據(jù)輕型車和重型車而采用不同的試驗方法。

輕型車的排放檢測要求在底盤測功機上進行，被檢車輛按規(guī)定的測試循環(huán)運轉(zhuǎn)，試驗結(jié)果用單位行駛里程的排放質(zhì)量(g/km)表示。在重型車方面，因為能進行重型車試驗的底盤測功機價格太昂貴，目前國內(nèi)外采用的公認的測試方式是通過發(fā)動機臺架進行相關(guān)的排放測試，把整車狀態(tài)下發(fā)動機的運行狀況在發(fā)動機臺架上模擬運行，其結(jié)果用發(fā)動機的比排放量(g／(kW．h))表示。5排放限值

工況法檢測的排放限值一般分為兩類，即型式認證試驗限值和產(chǎn)品一致性試驗限值。型式認證試驗是指對新設計車型的認證試驗，產(chǎn)品一致性試驗是指對批量生產(chǎn)車輛的試驗，要求從成批生產(chǎn)的車輛中任意抽取一輛或若干輛進行試驗。一般型式認證試驗限值嚴于產(chǎn)品一致性試驗限值，但這兩種排放限值今后有合二為一的趨勢68.2排放法規(guī)的演變車用發(fā)動機排放法規(guī)的發(fā)展大體可分為三個階段。1.法規(guī)形成階段(20世紀70年代)2.法規(guī)加強與完善階段(20世紀80年代到90年初)3.加強排放限制，進入低排放階段(20世紀90年代中到21世紀初)78.3國外汽車排放法規(guī)和測試規(guī)范美國輕型汽車排放法規(guī)和測試規(guī)范美國聯(lián)邦政府從1970年開始制定一系列車輛排放控制法規(guī)，1972年采用美國城市標準測試循環(huán)FTP-72(FederalTestProcedure)，該循環(huán)是根據(jù)對洛杉磯市早晨上班時大量汽車實測行駛工況的統(tǒng)計獲得的，也稱LA-4C冷起動工況測試循環(huán)，如圖所示。81975年，在FTP-72測試循環(huán)上增加一個熱起動行駛工況，稱為FTP-75測試循環(huán)，也稱LA-4CH冷熱起動工況測試循環(huán)，并一直沿用到現(xiàn)在，如圖所示。9整個測試循環(huán)分4段組成：0~505s為冷起動過渡段A，506~1372s為穩(wěn)定段B，之后關(guān)閉汽油機停車10min，最后再熱起動汽油機，按熱狀態(tài)工況重復冷起動過渡段，從1973s運轉(zhuǎn)至2477s，為熱起動過渡段C。整個實驗工況循環(huán)時間為1877s+600s(停車)。相應的行駛距離為17.94km，平均車速為34.1km／h，最高車速為91.2km／h，所以這是一個對應發(fā)動機低中速、低中負荷運行為主的測試循環(huán)。三個運行段的排放物分別被收集到三套樣氣袋中，測定結(jié)果乘以不同的加權(quán)系數(shù)，相加后除以總行駛距離，得比排放量g/mile(1g/mile＝(1/1.60)g/km)。其中冷起動過渡段的加權(quán)系數(shù)為0.43，穩(wěn)定段的加權(quán)系數(shù)為1.0，熱起動過渡段的加權(quán)系數(shù)為0.57。10表8-1美國輕型汽車的排放限值（FTP75測試循環(huán)）標準名稱實施年份保證里程/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車11名稱定義適用范圍總碳氫化合物（THC）所有碳氫化合物成分的總量中國、日本和歐洲等大多數(shù)國家無甲烷碳氫化合物（NMHC）除去甲烷的碳氫化合物成分美國聯(lián)邦及其它適應國無甲烷有機氣體（NMOG）無甲烷碳氫化合物加羰酰類美國加州LEV法規(guī)12歐洲輕型汽車排放法規(guī)和測試規(guī)范

從1992年開始實施，歐洲采用ECE15(城區(qū))工況+EUDC(城郊)工況試驗循環(huán)，歐洲現(xiàn)行的輕型車排放測試循環(huán)如圖。GB18352.3—2005《輕型汽車污染物排放限值及測量方法》規(guī)定，我國輕型汽車實施運轉(zhuǎn)循環(huán)是由1部(市區(qū)運轉(zhuǎn)循環(huán))和2部(市郊運轉(zhuǎn)循環(huán))組成。13它由若干等加速、等減速、等速和怠速工況組成。分為兩個部分，第一部分也稱城市工況(citycycle)，由反復4次的15工況(ECE15)構(gòu)成，是1970年制定的，模擬市內(nèi)道路行駛狀況；1992年起加上了反映城郊高速公路行駛狀況的城郊工況(EUDC，extraurbandrivingcycle)的第二部分。整個循環(huán)試驗時間1220s，當量里程約11km，平均車速32.5km/h，最高車速提高到120km/h，對于功率小于30kW的小型汽車最高車速可降為90km／h。14歐洲各階段的汽車排放標準年份汽油機柴油機CONOxHCNOxPM1986年1.54.6——1989年——14.00.51992年（歐I）2.81.08.00.36

1996年（歐II）0.25

2000年（歐III）5.00.10

2005年（歐IV）1.00.080.15.00.022008年（歐V）———2.00.0215日本輕型汽車排放法規(guī)和測試規(guī)范

日本的測試規(guī)范有10工況法、11工況法和10.15工況法。10工況法：被試小汽車先以40km/h等速連續(xù)運轉(zhuǎn)15min，再按圖所示工況連續(xù)運轉(zhuǎn)6個循環(huán)(每個循環(huán)135s，相應行駛距離為0.664km)，對后5次循環(huán)進行尾氣排放測量，所以10工況法也稱熱試驗。試驗平均車速為17.7km/h，最高車速為40.0km/h，相應行駛距離為0.664km×6=3.984km。16對于冷啟動的排放，通過11工況法冷啟動試驗進行測試。被試小汽車在室溫20~30℃停放6h后，冷起動汽油機，怠速運轉(zhuǎn)25s，接著按圖所示的11個工況循環(huán)連續(xù)進行4次(每個循環(huán)120s，行駛距離為1.021km)，共505s，4個循環(huán)全部進行排放計量。相應的平均車速為30.6km/h，最高車速為60.0km/h×4＝4.084km，怠速運轉(zhuǎn)時間占總試驗時間的21.7％。17“10.15”工況法。它是3個連續(xù)的10試驗工況循環(huán)加上1個15試驗工況循環(huán)，如圖8-6所示。被試小汽車先以60.0km/h等速連續(xù)運轉(zhuǎn)15min，然后按10.15試驗工況進行試驗，共660s，相應的行駛距離為4.16km，平均車速為22.7km／h，最高車速為70.0km／h，怠速運轉(zhuǎn)時間占總試驗時間的31.4％。18日本汽油或LPG輕型車排放限值

車輛分類試驗工況單位限值COHCNOx車輛總重1.7t以下，或?qū)９┏擞贸塑嚩▎T10人以下的普通及輕型機動車，或?qū)９┏擞玫奈⑿蜋C動車10.15工況g/km1.27(0.67)0.17(0.08)0.17(0.08)11工況g/test31.1(9.0)4.42(2.20)2.50(1.40)車輛總重超過1.7t并在2.5t以下的普通型及輕型機動車10.15工況g/km8.42(6.50)0.39(0.25)0.63(0.40)11工況g/test104(76)9.50(7.00)6.60(5.00)微型機動車（專供乘用的除外）10.15工況g/km8.42(6.50)0.39(0.25)0.48(0.25)11工況g/test104(76)9.50(7.00)6.60(4.40)括號內(nèi)數(shù)值為平均值，括號外數(shù)值為最高值1915工況主要從歐洲學習而來，2005年日本汽車排放法規(guī)引入了最新測試循環(huán)—JC08循環(huán)，見圖所示。該測試循環(huán)則像美國模擬測試工況那樣加入了更多的變速工況，再現(xiàn)了汽車在擁擠的城市中行駛的情況，包括怠速和頻繁的加速與減速。JC08循環(huán)持續(xù)時間為1204s，總行駛里程為8.171km，平均速度為24.4km/h（若不含怠速平均車速為34.8km/h），最大速度為81.6m/h。20歐洲重型汽車排放法規(guī)和測試規(guī)范13工況法是目前應用最廣泛的重型車用柴油機排放測試循環(huán)。圖為歐洲13工況循環(huán)(ECER49)及各點的加權(quán)系數(shù)，它由額定轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的各5個工況點以及3次怠速工況共計13個工況點組成，測量在穩(wěn)態(tài)條件下進行。我國從2000年起也等效采用歐洲13工況法(GBl7691-1999)21我國重型車用柴油機采用歐洲重型柴油車13工況試驗規(guī)范，見表工況發(fā)動機轉(zhuǎn)速負荷（%）加權(quán)系數(shù)工況發(fā)動機轉(zhuǎn)速負荷（%）加權(quán)系數(shù)1怠速00.25/38額定轉(zhuǎn)速1000.102中速100.089額定轉(zhuǎn)速750.023中速250.0810額定轉(zhuǎn)速500.024中速500.0811額定轉(zhuǎn)速250.025中速750.0812額定轉(zhuǎn)速100.026中速1000.2513怠速00.25/37怠速00.25/3----22

2000年實施的歐洲3法規(guī)對13工況作了若干修正，稱為歐洲穩(wěn)態(tài)標準測試循環(huán)ESC(EuropeanStationaryCycle),ESC各工況點的運行時間，除了怠速為4min外，其余12個工況點均為2min，測試時工況的調(diào)整必須在頭20s內(nèi)完成，把轉(zhuǎn)速穩(wěn)定到規(guī)定值±50r/min，轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定到該轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)矩的±2％。23為了防止利用電控系統(tǒng)作弊(例如以犧牲非測試工況的排放來改善測試工況點的排放等)，排放檢測者在柴油機有負荷的測試工況范圍(陰影區(qū))內(nèi)可任意設定3個工況點進行附加測試，以考核系統(tǒng)的一致性。新13工況法(ESC)與老13工況法(ECER49)相比，前者工況點分布比較均勻，怠速加權(quán)系數(shù)減小，全負荷工況加權(quán)系數(shù)減小，中速中負荷工況的加權(quán)系數(shù)加大，似乎更接近現(xiàn)代重型汽車柴油機的實際使用情況。另外，ESC還包括一個動態(tài)煙度測試(EuropeanLoadResponseTest，縮寫ELR)，上述A、B、C三個轉(zhuǎn)速下，由10％負荷開始突然將油門加到最大，用透光式煙度計測量這個過程的煙度最大值。

24對于使用先進的排氣后處理技術(shù)(如微粒捕集器或NOx還原催化器)的重型車用柴油機和氣體燃料發(fā)動機，歐洲3標準中還要求加試一個歐洲瞬態(tài)循環(huán)(EuropeanTransientCycle，縮寫ETC)檢驗排氣后處理系統(tǒng)的性能。ETC歷時30min，分別模擬10min城市街道、10min鄉(xiāng)村公路和10min高速公路，如圖所示。258.4我國汽車排放法規(guī)的歷史沿革我國機動車污染控制工作始于1979年《中華人民共和國環(huán)境保護法(試行)》頒布以后，于1983年首次發(fā)布了國家汽車排放標準GB

3842～3844，并于1984年4月1日起實施。GB

3842～3844分別如下：GB3842-1983—汽油車怠速污染物排放標準GB3843-1983—柴油車自由加速煙度排放標準GB3844-1983—汽車柴油機全負荷煙度排放標準261989年制定了參照歐洲法規(guī)的GB11641～11642輕型汽車污染物排放標準，分別如下GB11641-1989—《輕型汽車排氣污染物排放標準》；GB11642-1989—《輕型汽車排氣污染物測試方法》。271993年11月批準于1994年5月1日起實施GB14761.1～14761.7等

7項汽車排放標準，是我國1993年前制定的標準中最為全面和完善的國家排放標準，分別如下：GB14761.1-1993—《輕型汽車排氣污染物排放標準》；GB14761.2-1993—《車用汽油機排氣污染物排放標準》；GB14761.3-1993—《汽油車燃油蒸發(fā)污染物排放標準》；GB

14761.4-1993—《汽車曲軸箱污染物排放標準》；GB

14761.5-1993—《汽油車怠速污染物排放標準》；GB14761.6-1993—《柴油車自由加速煙度排放標準》》；GB

14761.7-1993—《汽車柴油機全負荷煙度排放標準》。28由于世界三大排放標準體系中，歐洲法規(guī)在標準的松嚴程度、道路交通情況等方面相對較適用于我國的實際情況。1999年國家頒布了4項等效采用歐洲排放法規(guī)，分別如下：GB

3847-1999《壓燃式發(fā)動機和裝用壓燃式發(fā)動機的車輛排氣可見污染物限值及測試方法》；GB14761-1999《汽車排放污染物限值及測試方法》；GB17691-1999《壓燃式發(fā)動機和裝用壓燃式發(fā)動機的車輛排氣污染物限值及測試方法》；GB/T17692-1999《汽車用發(fā)動機凈功能測試方法》標準。291999年對當時國內(nèi)生產(chǎn)的全部類型的輕型車抽檢結(jié)果顯示，沒有一輛汽車達到標準的限制要求。2001年發(fā)布了三項排放標準，GB

18352.1-2001《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(I)》、GB18352.2-2001《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(Ⅱ)》代替GB

14761-1999，分別從2001年4月16日、2004年7月1日起在實施；GB17691-2001《車用壓燃式發(fā)動機排氣污染物限值及測試方法》代替GB17691-1999。明確標準的限值和測試方法等同于歐Ⅰ和歐Ⅱ法規(guī)，使我國的排放標準體系實現(xiàn)了與國際接軌。302005年發(fā)布了以下排放標準，標準規(guī)定我國將在2007年和2010年分別實施國家第三、四階段機動車排放標準。GB18352.3-2005《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ階段）》；GB17691-2005《車用壓燃式、氣體燃料點燃式發(fā)動機與汽車排氣污染物排放限值及測量方法(中國Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段)》；GB3847-2005《車用壓燃式發(fā)動機和壓燃式發(fā)動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法》；GB18285–2005《點燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法（雙怠速法及簡易工況法）》；GB11340-2005《裝用點燃式發(fā)動機重型汽車曲軸箱污染物排放限值及測量方法》；GB14763-2005《裝用點燃式發(fā)動機重型汽車燃油蒸發(fā)污染物排放限值及測量方法》。31中國與歐洲汽車排放標準實施日期比較

標準中國實施年份歐洲實施年份相差時間（年）國I前（歐0）1990197317國I（歐I）200019928國II（歐II）200419968國III（歐III）200720007國IV（歐IV）201020055328.5我國汽車排放測試規(guī)范8.5.1新車型式核準和一致性檢測規(guī)范33我國重型車用柴油機采用歐洲重型柴油車13工況試驗規(guī)范，見表工況發(fā)動機轉(zhuǎn)速負荷（%）加權(quán)系數(shù)工況發(fā)動機轉(zhuǎn)速負荷（%）加權(quán)系數(shù)1怠速00.25/38額定轉(zhuǎn)速1000.102中速100.089額定轉(zhuǎn)速750.023中速250.0810額定轉(zhuǎn)速500.024中速500.0811額定轉(zhuǎn)速250.025中速750.0812額定轉(zhuǎn)速100.026中速1000.2513怠速00.25/37怠速00.25/3----348.5.2在用車排放測試規(guī)范1.怠速法和雙怠速法怠速法測量過程如下：（1）發(fā)動機由怠速加速到0.7倍的額定轉(zhuǎn)速，維持60s后，再降至怠速狀態(tài)；（2）將取樣管插入排氣管中，深度不小于400mm，并固定于排氣管上；（3）發(fā)動機怠速狀態(tài)維持15s開始讀數(shù)，讀取30s內(nèi)的最低及最高值，其平均值即為測量結(jié)果：（4）若為多排氣管時，則取各管最大測量值的算術(shù)平均值。35雙怠速排放測量的程序如下（1）發(fā)動機由怠速狀態(tài)加速至0.7倍的額定轉(zhuǎn)速，運轉(zhuǎn)30s后，降至高怠速(即0.5倍的額定轉(zhuǎn)速)，輕型汽車高怠速轉(zhuǎn)速規(guī)定為2500r/min±100r/min；重型汽車高怠速轉(zhuǎn)速規(guī)定為1800r/min±100r/min；（2）將取樣管插入排氣管中，深度不小于400mm，并固定于排氣管上；（3）發(fā)動機在高怠速狀態(tài)維持15s后開始讀數(shù)，由具有平均值功能的儀器讀取30s內(nèi)的平均值，或者人工讀取30s內(nèi)的最低值和最高值，其平均值即為高怠速排放測量結(jié)果；（4）發(fā)動機從高怠速降至怠速狀態(tài)，在怠速狀態(tài)維持