汽車排放法規(guī)與檢測(cè)技術(shù)

世界第一輛汽車問世已經(jīng)有一個(gè)多世紀(jì)了，它的出現(xiàn)使我們的生活有了顯著的改變，也推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)力的快速發(fā)展。但隨著世界人口的不斷增多，工業(yè)的不斷發(fā)展，自然環(huán)境日趨被破壞，人類生存的環(huán)境——大氣層也開始受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。全世界汽車保有量的不斷大幅度提高，汽車文明的產(chǎn)物即汽車尾氣所造成的環(huán)境污染問題也日益突出。 

汽車尾氣中的有害污染物主要是：一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化合物（NOx）以及柴油車排放的顆粒物（PM）這4類。另外二氧化碳（CO2）在逆溫光照條件下可以形成光化學(xué)煙霧，從而損害人們的呼吸系統(tǒng)，燃油中的苯化合物是一種強(qiáng)致癌物質(zhì)，顆粒物會(huì)吸入人體并沉積，其中的有害成分也會(huì)進(jìn)入人體而產(chǎn)生損害。 

汽車尾氣污染問題越來越受到世界各國政府的重視。美國是最早制定汽車排放法規(guī)的國家，40年代美國加州發(fā)生了光化學(xué)煙霧事件，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)罪魁禍?zhǔn)渍瞧囄矚?，于是促使加州政府?0年代首先制定了汽車排放法規(guī)，開始了汽車排放控制的先河，隨后各國政府也先后制定了相應(yīng)的汽車排放法規(guī)，并且越來越嚴(yán)格。排放標(biāo)準(zhǔn)的加強(qiáng)，也促進(jìn)了汽車排放控制技術(shù)的進(jìn)步和汽車排放測(cè)試技術(shù)的提高。 

1.排放法規(guī)與體系 
目前國際上汽車排放法規(guī)主要分為三大體系，即美國排放法規(guī)、歐洲排放法規(guī)和日本排放法規(guī)，其他各國基本上是按照或參考這三大體系來制定本國的排放法規(guī)，我國主要參照的是歐洲排放法規(guī)，因此在此主要對(duì)歐洲的汽車排放法規(guī)做一介紹。 

歐洲汽車排放法規(guī)是由歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ECE）的排放法規(guī)和歐盟的排放指令來控制的。排放法規(guī)是ECE參與國根據(jù)協(xié)議自愿采用并相互認(rèn)可的，排放指令則要求參與國強(qiáng)制執(zhí)行。 

歐洲汽車在排放控制上按車重將車型分為總質(zhì)量不大于3.5t和總質(zhì)量超過3.5t兩類。總質(zhì)量不大于3.5t的汽車包括柴油車和汽油車；而總質(zhì)量超過3.5t汽車只控制柴油車，不控制汽油車的排放（歐洲這樣的車幾乎沒有或很少）。歐洲排放法規(guī)體系采取的是型式認(rèn)證制度，排放法規(guī)包括了新車的型式認(rèn)證試驗(yàn)和車輛的生產(chǎn)一致性檢查試驗(yàn)，2000年實(shí)施歐III排放法規(guī)后，又新增了在用車一致性的檢查。 
     
我們平常所談?wù)摰臍WI、歐II等實(shí)際是從1992年以后開始實(shí)施的，各排放階段執(zhí)行的時(shí)間表為：1992～1996年為歐I標(biāo)準(zhǔn)；1996～2000年為歐II標(biāo)準(zhǔn)；2000～2005年為歐III標(biāo)準(zhǔn)；2005年以后執(zhí)行歐IV標(biāo)準(zhǔn)。從法規(guī)的技術(shù)內(nèi)容上看歐I和歐II、歐III和歐IV相同，但限值卻在逐步嚴(yán)格。 

我國目前執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)為相當(dāng)于歐II排放標(biāo)準(zhǔn)（局部城市可能要提前執(zhí)行歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)），而歐洲現(xiàn)在則執(zhí)行歐III標(biāo)準(zhǔn)，由此可看出，我國的排放控制限值和水平與歐洲還有一定的差距。我國政府的目標(biāo)是在2010年將排放法規(guī)與國際接軌，汽車排放控制任務(wù)還很艱巨。 

美國是最早實(shí)施機(jī)動(dòng)車排放控制的國家，1966年加州實(shí)施了汽車排放法規(guī)，1968年美國聯(lián)邦采用了加州標(biāo)準(zhǔn)。加州有獨(dú)立的一套排放法規(guī)，其排放標(biāo)準(zhǔn)是全世界最嚴(yán)格的。美國的汽車排放控制體系與歐洲不同，采用的是所謂“召回制”，汽車制造商可以生產(chǎn)出售產(chǎn)品并保證符合法規(guī)要求，政府負(fù)責(zé)監(jiān)督，如有質(zhì)量缺陷則制造商應(yīng)召回缺陷產(chǎn)品。美國的汽車排放法規(guī)將汽車按車重進(jìn)行分類，總重不大于8500磅（3.85t）的屬于輕型車范圍，車重超過8500磅（3.85t）的屬于重型車輛，并對(duì)重型車分為重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和重型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)兩類，根據(jù)類別不同進(jìn)行排放限制。 

日本的汽車排放法規(guī)是規(guī)定最高限值和平均值，車輛的排放不能超過最高限值，同時(shí)在一定時(shí)間內(nèi)抽查的同型號(hào)汽車的平均排放值不能超過平均排放限值。而汽車的測(cè)試循環(huán)工況為日本10～15工況和11工況。為了進(jìn)一步限制汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排放，日本還推出了新短期排放限值和新長期排放限值。 

2.排放檢測(cè)方法和技術(shù) 
汽車排放法規(guī)所控制的有害污染物主要為前面提到的4類，國家環(huán)?？偩謱?duì)這些排放物推薦的檢測(cè)方法分別為：HC采用氫火焰離子法；CO采用非分光紅外線法；NOx為化學(xué)發(fā)光法；PM為濾紙過濾稱重法。 

氫火焰離子法（FID）的工作原理是利用碳?xì)浠衔镌跉浠鹧娴?000℃左右高溫中燃燒時(shí)可離子化成電子和自由離子，其離子數(shù)基本與碳原子數(shù)成正比。HC在氫火焰中分解出的離子在離子吸收極板間的電壓作用下形成電子流，其電流大小代表了樣氣中碳原子濃度，因此FID檢測(cè)的結(jié)果是樣氣中的碳原子ppm值。 

非分光紅外線法（NDIR）是目前測(cè)定CO的最好方法，其工作原理是基于測(cè)量氣體對(duì)特定波長紅外線的能量吸收。CO能吸收波長為4.5~5.0μm的紅外線，具有吸收峰值，樣氣中CO的濃度可通過紅外線透過一定長度該氣體后的透射能量得到。為了減小其他氣體干擾，在樣氣室前設(shè)置濾波室來過濾掉其他干擾氣體所對(duì)應(yīng)的波長。 

化學(xué)發(fā)光法（CLD）用于分析排氣中的NOx，CLD只能直接測(cè)定NO。樣氣中和過量臭氧在反映室中混合并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成NO2，其中約10％左右處于電子激發(fā)態(tài)，當(dāng)激發(fā)態(tài)的NO2衰減到基態(tài)時(shí)發(fā)射波長0.6~3μm光子，化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與NO和臭氧濃度乘積成正比，還與測(cè)量條件有關(guān)，但當(dāng)測(cè)量條件不變且臭氧濃度恒定并遠(yuǎn)高于NO濃度時(shí)，化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與NO成正比。而測(cè)量NOx實(shí)際是測(cè)量NO和NO2的總和，因此在測(cè)量前首先要將排氣中的NO2轉(zhuǎn)化成NO。 

除了以上的方法以外，我國對(duì)汽車的檢測(cè)方法也可分為汽油車為怠速法（或雙怠速法）和自由加速煙度法，分別是針對(duì)汽車和柴油車的。下面對(duì)這兩種方法做簡(jiǎn)單的介紹。

a. 汽油車怠速檢測(cè)法 
我國現(xiàn)行的在用汽油車的排放標(biāo)準(zhǔn)為GB14761.5－93《汽油車怠速污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，相應(yīng)的測(cè)試方法為GB／T3845－93《汽油車排氣污染物的測(cè)量（怠速法）》。 

什么是怠速工況？怠速工況是汽車多種工況的一種，指車輛變速箱位于空檔、離合器為接合位置、發(fā)動(dòng)機(jī)油門松開、低速空轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在汽車啟動(dòng)后的穩(wěn)定、暖機(jī)時(shí)，十字路口等紅燈及交通堵車時(shí)，汽車為怠速工況。怠速檢測(cè)主要用于在用車。對(duì)于新車主要用于車間新車下線后的檢測(cè)。 

測(cè)試方法發(fā)動(dòng)機(jī)由怠速工況加速至0.7額定轉(zhuǎn)速，維持60s后降至怠速。將取樣探頭插入排氣管中，維持15s后開始讀取30s內(nèi)的最高值和最低值，取平均值。 

怠速檢測(cè)特點(diǎn)只能反映車輛怠速狀態(tài)下空負(fù)荷排放情況，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)為貧氧偏濃燃燒，主要產(chǎn)生CO和HC，產(chǎn)生少量或不產(chǎn)生NOx。操作方便快捷，價(jià)錢便宜。廣泛使用于檢測(cè)場(chǎng)車輛年檢、環(huán)保部門進(jìn)行路檢以及修理廠對(duì)車輛的檢修工作等方面。幫助環(huán)境監(jiān)管人員、車輛維修人員判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否處于正常的工作狀態(tài)。

b.柴油車自由加速煙度法 
我國現(xiàn)行的在用柴油車的排放標(biāo)準(zhǔn)為GB14761.6－1993《柴油車自由加速煙度排放標(biāo)準(zhǔn)》，相應(yīng)的測(cè)試方法為GB／T3846－1993《柴油車自由加速煙度的測(cè)量（濾紙煙度法）》。 

自由加速工況與濾紙式煙度指柴油發(fā)動(dòng)機(jī)于怠速、將油門迅速踏到底，維持4s后松開。在該工況下，從排氣管抽取規(guī)定長度的排氣柱所含的碳煙，用光電法確定清潔濾紙染黑的程度。 

濾紙式煙度計(jì)的工作原理由取樣系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)組成。抽氣泵將一定容量的柴油車排氣吸入，排出的污染顆粒被阻隔在濾紙上，形成污斑。將一束光照射在濾紙上，上方放置硒光電池。污斑越黑，照射光的反射越少，光電池光電壓較小，儀表有示值顯示。濾紙?jiān)胶?。煙度?jì)示值越大。 

測(cè)試方法將取樣探頭固定于排氣管內(nèi)，插深于300mm以上，并使其中心線與排氣管軸線平行。將抽氣泵開關(guān)置于油門踏板上。完成濾紙走位、清除排氣管殘存的碳煙之后，將油門踏板迅速踏到底，維持4s后松開。按儀表指示讀數(shù)。15秒后執(zhí)行同一操作，連續(xù)測(cè)量4次，取后3次讀數(shù)的算術(shù)平均值即為所測(cè)煙度值。 

自由加速煙度測(cè)試特點(diǎn)該方法具有檢測(cè)操作簡(jiǎn)便易行、測(cè)試儀器價(jià)格便宜和便于攜帶、以及檢測(cè)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用與柴油車的年檢、路檢。 

車輛正常的煙度排放范圍2001年，前生產(chǎn)的柴油車，在車況正常情況下，其自由加速的大多數(shù)煙度值通常在2.5～4.0Rb范圍內(nèi)。近年生產(chǎn)的柴油車，煙度值通常在3.0Rb以下。中等冒黑煙的車，煙度值在5.0Rb以上；嚴(yán)重冒黑煙的車，煙度值可超過8.0Rb。
 
隨著排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，對(duì)排放檢測(cè)也提出了新的挑戰(zhàn)和要求。對(duì)于象我國作為一個(gè)排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施比較晚的國家，雖然經(jīng)過了20多年的發(fā)展，但我們?nèi)匀贿€有很多不完善的地方，離歐美國家還有很大的差距。在檢測(cè)技術(shù)上還要下更多的功夫，讓那些沒有達(dá)標(biāo)的汽車永遠(yuǎn)休息，保證我們有一個(gè)良好的生存環(huán)境。