汽车排放法规与检测技术
——
汽车尾气中的有害污染物主要是：一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）以及柴油车排放的颗粒物（PM）这4类。另外二氧化碳（CO2）在逆温光照条件下可以形成光化学烟雾，从而损害人们的呼吸系统，燃油中的苯化合物是一种强致癌物质，颗粒物会吸入人体并沉积，其中的有害成分也会进入人体而产生损害。
汽车尾气污染问题越来越受到世界各国政府的重视。美国是最早制定汽车排放法规的国家，40年代美国加州发生了光化学烟雾事件，经过研究发现罪魁祸首正是汽车尾气，于是促使加州政府在60年代首先制定了汽车排放法规，开始了汽车排放控制的先河，随后各国政府也先后制定了相应的汽车排放法规，并且越来越严格。排放标准的加强，也促进了汽车排放控制技术的进步和汽车排放测试技术的提高。
1.排放法规与体系
目前国际上汽车排放法规主要分为三大体系，即美国排放法规、欧洲排放法规和日本排放法规，其他各国基本上是按照或参考这三大体系来制定本国的排放法规，我国主要参照的是欧洲排放法规，因此在此主要对欧洲的汽车排放法规做一介绍。
欧洲汽车排放法规是由欧洲经济委员会（ECE）的排放法规和欧盟的排放指令来控制的。排放法规是ECE参与国根据协议自愿采用并相互认可的，排放指令则要求参与国强制执行。
欧洲汽车在排放控制上按车重将车型分为总质量不大于3.5t和总质量超过3.5t两类。总质量不大于3.5t的汽车包括柴油车和汽油车；而总质量超过3.5t汽车只控制柴油车，不控制汽油车的排放（欧洲这样的车几乎没有或很少）。欧洲排放法规体系采取的是型式认证制度，排放法规包括了新车的型式认证试验和车辆的生产一致性检查试验，2000年实施欧III排放法规后，又新增了在用车一致性的检查。
我们平常所谈论的欧I、欧II等实际是从1992年以后开始实施的，各排放阶段执行的时间表为：1992～1996年为欧I标准；1996～2000年为欧II标准；2000～2005年为欧III标准；2005年以后执行欧IV标准。从法规的技术内容上看欧I和欧II、欧III和欧IV相同，但限值却在逐步严格。
我国目前执行的排放标准为相当于欧II排放标准（局部城市可能要提前执行欧Ⅲ标准），而欧洲现在则执行欧III标准，由此可看出，我国的排放控制限值和水平与欧洲还有一定的差距。我国政府的目标是在2010年将排放法规与国际接轨，汽车排放控制任务还很艰巨。
美国是最早实施机动车排放控制的国家，1966年加州实施了汽车排放法规，1968年美国联邦采用了加州标准。加州有独立的一套排放法规，其排放标准是全世界最严格的。美国的汽车排放控制体系与欧洲不同，采用的是所谓“召回制”，汽车制造商可以生产出售产品并保证符合法规要求，政府负责监督，如有质量缺陷则制造商应召回缺陷产品。美国的汽车排放法规将汽车按车重进行分类，总重不大于8500磅（3.85t）的属于轻型车范围，车重超过8500磅（3.85t）的属于重型车辆，并对重型车分为重型柴油发动机和重型汽油发动机两类，根据类别不同进行排放限制。
日本的汽车排放法规是规定最高限值和平均值，车辆的排放不能超过最高限值，同时在一定时间内抽查的同型号汽车的平均排放值不能超过平均排放限值。而汽车的测试循环工况为日本10～15工况和11工况。为了进一步限制汽车发动机排放，日本还推出了新短期排放限值和新长期排放限值。
2.排放检测方法和技术
汽车排放法规所控制的有害污染物主要为前面提到的4类，国家环保总局对这些排放物推荐的检测方法分别为：HC采用氢火焰离子法；CO采用非分光红外线法；NOx为化学发光法；PM为滤纸过滤称重法。
氢火焰离子法（FID）的工作原理是利用碳氢化合物在氢火焰的2000℃左右高温中燃烧时可离子化成电子和自由离子，其离子数基本与碳原子数成正比。HC在氢火焰中分解出的离子在离子吸收极板间的电压作用下形成电子流，其电流大小代表了样气中碳原子浓度，因此FID检测的结果是样气中的碳原子ppm值。
非分光红外线法（NDIR）是目前测定CO的最好方法，其工作原理是基于测量气体对特定波长红外线的能量吸收。CO能吸收波长为4.5~5.0μm的红外线，具有吸收峰值，样气中CO的浓度可通过红外线透过一定长度该气体后的透射能量得到。为了减小其他气体干扰，在样气室前设置滤波室来过滤掉其他干扰气体所对应的波长。
化学发光法（CLD）用于分析排气中的NOx，CLD只能直接测定NO。样气中和过量臭氧在反映室中混合并发生化学反应，生成NO2，其中约10％左右处于电子激发态，当激发态的NO2衰减到基态时发射波长0.6~3μm光子，化学发光强度与NO和臭氧浓度乘积成正比，还与测量条件有关，但当测量条件不变且臭氧浓度恒定并远高于NO浓度时，化学发光强度与NO成正比。而测量NOx实际是测量NO和NO2的总和，因此在测量前首先要将排气中的NO2转化成NO。
除了以上的方法以外，我国对汽车的检测方法也可分为汽油车为怠速法（或双怠速法）和自由加速烟度法，分别是针对汽车和柴油车的。下面对这两种方法做简单的介绍。
a. 汽油车怠速检测法
我国现行的在用汽油车的排放标准为GB14761.5－93《汽油车怠速污染物排放标准》，相应的测试方法为GB／T3845－93《汽油车排气污染物的测量（怠速法）》。
什么是怠速工况？怠速工况是汽车多种工况的一种，指车辆变速箱位于空档、离合器为接合位置、发动机油门松开、低速空转的状态。在汽车启动后的稳定、暖机时，十字路口等红灯及交通堵车时，汽车为怠速工况。怠速检测主要用于在用车。对于新车主要用于车间新车下线后的检测。
测试方法发动机由怠速工况加速至0.7额定转速，维持60s后降至怠速。将取样探头插入排气管中，维持15s后开始读取30s内的最高值和最低值，取平均值。
怠速检测特点只能反映车辆怠速状态下空负荷排放情况，这时发动机为贫氧偏浓燃烧，主要产生CO和HC，产生少量或不产生NOx。操作方便快捷，价钱便宜。广泛使用于检测场车辆年检、环保部门进行路检以及修理厂对车辆的检修工作等方面。帮助环境监管人员、车辆维修人员判断发动机是否处于正常的工作状态。
b.柴油车自由加速烟度法
我国现行的在用柴油车的排放标准为GB14761.6－1993《柴油车自由加速烟度排放标准》，相应的测试方法为GB／T3846－1993《柴油车自由加速烟度的测量（滤纸烟度法）》。
自由加速工况与滤纸式烟度指柴油发动机于怠速、将油门迅速踏到底，维持4s后松开。在该工况下，从排气管抽取规定长度的排气柱所含的碳烟，用光电法确定清洁滤纸染黑的程度。
滤纸式烟度计的工作原理由取样系统和测量系统组成。抽气泵将一定容量的柴油车排气吸入，排出的污染颗粒被阻隔在滤纸上，形成污斑。将一束光照射在滤纸上，上方放置硒光电池。污斑越黑，照射光的反射越少，光电池光电压较小，仪表有示值显示。滤纸越黑。烟度计示值越大。
测试方法将取样探头固定于排气管内，插深于300mm以上，并使其中心线与排气管轴线平行。将抽气泵开关置于油门踏板上。完成滤纸走位、清除排气管残存的碳烟之后，将油门踏板迅速踏到底，维持4s后松开。按仪表指示读数。15秒后执行同一操作，连续测量4次，取后3次读数的算术平均值即为所测烟度值。
自由加速烟度测试特点该方法具有检测操作简便易行、测试仪器价格便宜和便于携带、以及检测时间短等优点，广泛应用与柴油车的年检、路检。
车辆正常的烟度排放范围2001年，前生产的柴油车，在车况正常情况下，其自由加速的大多数烟度值通常在2.5～4.0Rb范围内。近年生产的柴油车，烟度值通常在3.0Rb以下。中等冒黑烟的车，烟度值在5.0Rb以上；严重冒黑烟的车，烟度值可超过8.0Rb。
随着排放标准越来越严格，对排放检测也提出了新的挑战和要求。对于象我国作为一个排放标准实施比较晚的国家，虽然经过了20多年的发展，但我们仍然还有很多不完善的地方，离欧美国家还有很大的差距。在检测技术上还要下更多的功夫，让那些没有达标的汽车永远休息，保证我们有一个良好的生存环境。
评论