内燃机排放与控制 教学课件 ppt 作者 张翠平 第8章 汽车排放法规及测试规范

1、,1,8.1 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,第8章 汽车排放法规及测试规范,2,8.1 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。,3,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

2、，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100200倍。,怠速法,工况法,4,各个国家的工况法测试循环要适应该国(或城市)的交通形态。交通形态是指从交通流量测算出来的车辆平均速度和停车频率的关系。图8-1表示出美国和日本的交通形态，从图中可以看出日本和美国的交通流量无根本区别，只是美国高速行驶的概率较高。,这一因素在制定工况循环时得到考虑。依据交通形态制定成的测试循环能得到与实际行驶状况相应的工况，从而可得到该工况下的排放状况。我国的工况法测试采用欧洲体系(ECE)。,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。 对于轻型车和重型车的定义各国不完全统一，但一般将总质量在4003500(4000)kg范围及乘员在912人以下的车辆作为轻型车，为了与农用车区别，还规定最高车速在50km/h以上。而总质量在3500(4000)kg以上的作为重型车。,6,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

3、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(kWh)表示。,7,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,8,8.2 排放法规的演变,20世纪40年代中期，由于美国洛杉矶市出现严重的石油型空气污染光化学烟雾，促使美国加利福尼亚州成为世界上第一个实施控制汽车排放法规的地区。1968年美国联邦政府通过了清洁空气法(CAA)修正案，在国家环保局(EPA)建立了流动源办公室，开始对全国的汽车排放进行控制。继美国之后，世界各国也根据各自不同的环境状况和汽车保有量特点，陆续颁布了一系列限制汽车尾气有害排放的法规。,9,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.

4、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),10,8.3 国外汽车排放法规和测试规范,8.3.1 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(Federal Test Procedure)，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8.2a)所示。,11,1975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8-2b)所示。,12,整个测试循环分4段组成： 0505s为冷起动过渡段A，5061372s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34.1kmh，最高车速为91.2kmh，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

5、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。,13,表8-1 美国轻型汽车的排放限值（FTP75测试循环）,14,15,1994年加利福尼亚州制定的低污染汽车排放法规，将轻型车分为过渡低排放车TLEV(Transitional Low Emissions Vehicle)、低排放车LEV(Low Emission Vehicle)、超低排放车ULEV(Ultra Low Emission Vehicle)和零排放车ZEV(Zero Emission Vehicle)，并且规定从1998年起销售到加州的轻型车应有2%为无污染排放(零排放)，2001年为5%，2003年达到10%。2004年进一步强化汽车排放法规，限值为ULEV的1/4，称为特超低排放汽车SULEV (Super Ultra Low Emission Vehicle)。,16,8.3.2 欧洲轻型汽车排放法

6、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。,GB 18352.32005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。,17,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(city cycle)，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，extra urban driving cycle)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90kmh。,18,当欧洲排放法规发展到欧5/6阶段时，不再按之前的总重来划分轻、重型汽车，而是采用基准质量来划分。轻型车欧5/6标准所指的轻型汽车为基准质量不超过2610kg的M1类、M2类、N1类和N2类汽车。,19,表8-2 欧洲各阶段排放标准,2

7、0,表8-3 欧洲乘用车排放标准(M1类) g/km,21,22,表8-4 欧洲轻型商用车排放标准 g/km,23,24,25,8.3.3 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0.664km6=3.984km。,26,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2030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/h44.084km，怠速运转时间占总试验时间的21.7。,27,“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

8、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22.7kmh，最高车速为70.0kmh，怠速运转时间占总试验时间的31.4。,28,表8-6 日本汽油或LPG轻型车排放限值,29,10.15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。,30,8.3.4 国外重型汽车排放法规和测试规范,美国 对于重型车用柴油机，美国从1973年开始用稳态十三工况法进行测试，加权计算污染物排放量。从1984年起重型车发动机的排放测试用瞬态测试循环取代了稳态十三工况测试循环，以更好模拟美国重型货车和公共汽车在城市中包括市区和市郊的街道和高速公路上的行驶情况的急剧变化，美国重型车用发

9、动机瞬态台架测试循环见图8-8,31,32,整个测试循环由4段组成。第一段为模拟纽约城市道路NYNF，代表不太拥挤的市内交通，但有频繁的停车和起步；第二段为洛杉机城市道路LANF，代表拥挤的市内交通，但停车不多；第三段为洛杉矶高速公路LAFY，模拟洛杉矶地区拥挤的高速公路交通；第四段重复第一段。瞬态测试循环含有发动机的非稳态运转状态。发动机以出厂状态安装在测试台上，由一台瞬态控制计算机以每秒的间隔给出转矩和转速指令并进行检测。每循环历时1200s，相当于平均车速30km/h，行驶距离10.3km。 排放测试时瞬态循环要运行两遍。第一遍从冷起动开始(机油温度应控制在2024)，结束后停机20min，再进行第二遍热起动循环。冷起动循环排放量与热起动循环排放量以1：7的比例进行加权平均。瞬态测试要用全流稀释取样系统取样。,33,表8-7 美国重型车用柴油机的排放限值g/(kW.h),34,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8-9为欧洲13工况循环(ECE R49)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),35,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,36,2000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(European Stationary Cycle) , 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。,37,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(ECE R49)相

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