汽车工业的快速发展在带来交通便利的同时,也对全球环境造成了巨大压力,尤其是汽车尾气排放已成为城市空气污染的重要来源之一。为了有效控制和削减机动车污染物排放,各国纷纷制定了严格的汽车排放法规和测试规程。其中,汽车常温冷启动后排气污染物排放试验,即Ⅰ型试验,是新车定型核准、生产一致性检查及在用车符合性检查中最基础、最核心的强制性检测项目。该试验旨在模拟车辆在日常使用中,从完全冷却的状态下启动发动机,并按照规定的驾驶循环运行,从而测量其在整个运行过程中排放的污染物总量。
一、检测项目
Ⅰ型试验主要检测汽车在常温(通常指20℃至30℃的环境温度)下,冷启动后按照特定驾驶循环运行期间,从尾气中排放的多种气态污染物和颗粒物的质量。核心检测项目具体包括:
1. 一氧化碳(CO):主要由燃料不完全燃烧产生,对人体健康和大气环境均有严重危害。
2. 碳氢化合物(HC):包括未燃烧的燃油蒸气,是形成光化学烟雾的重要前体物。
3. 氮氧化物(NOx):主要指一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2),在高温燃烧条件下生成,是导致酸雨和光化学烟雾的元凶之一。
4. 颗粒物(PM):主要来自柴油车,是微小的固体或液体颗粒,对呼吸系统危害极大。对于汽油车,还可能包括颗粒物数量(PN)的测量。
试验最终会计算出每种污染物在整个测试循环中的累计排放质量(单位:克/公里或克/测试),并与法规限值进行比较。
二、检测仪器
进行Ⅰ型试验需要一套精密的排放检测系统,通常在底盘测功机实验室内完成。关键仪器设备包括:
1. 底盘测功机:用于模拟车辆在实际道路上的行驶阻力和惯性,使车辆在实验室条件下能够按照预设的驾驶循环(如全球统一的轻型车测试循环WLTC)运行。
2. 定容采样系统(CVS):这是排放采样的核心装置。它用清洁空气按一定比例稀释车辆排出的全部尾气,并保持总流量恒定,然后采集部分稀释后的气体样品进行分析,从而准确计算污染物质量。
3. 废气分析仪:用于精确测量稀释样气中各种污染物的浓度。通常包括非分光红外线分析仪(NDIR)测CO和CO₂,氢火焰离子化检测器(FID)测HC,化学发光分析仪(CLD)测NOx。
4. 颗粒物采样系统:用于采集稀释排气中的颗粒物,通常通过滤纸称重法测量PM质量。
5. 环境舱:为测试提供标准化的环境条件(如温度、湿度)。
6. 数据采集与处理系统:实时记录车辆运行参数、污染物浓度等数据,并最终计算出排放结果。
三、检测方法
Ⅰ型试验的检测流程严谨而复杂,主要步骤包括:
1. 车辆准备与浸车:试验车辆需具有代表性,其技术状态应符合要求。试验前,车辆必须在20℃至30℃的环境舱内静置(浸车)足够长的时间(通常6至36小时),确保发动机、变速箱、机油等完全冷却至环境温度。
2. 设备校准与安装:对底盘测功机、废气分析仪等所有设备进行开机预热和精确校准。将车辆驱动轮放置于底盘测功机上,并连接排气取样管。
3. 执行驾驶循环
4. 执行驾驶循环:启动数据采集系统,驾驶员严格按照法规规定的驾驶循环(例如WLTC循环,包含低速、中速、高速、超高速等多个阶段)在底盘测功机上驾驶车辆。整个循环从发动机冷启动瞬间开始。
5. 尾气采样与分析:在车辆运行的整个过程中,CVS系统持续稀释和采集全部排气。分析仪实时测量稀释样气中各污染物的浓度。
6. 数据处理与结果计算:测试结束后,系统根据采集到的排气总流量、污染物浓度、行驶距离等数据,计算出每种污染物在完整循环中的总排放质量(克/测试)和比排放量(克/公里)。
四、检测标准
Ⅰ型试验的实施严格遵循国家或国际统一的法规标准,这些标准对测试程序、设备要求、限值等都做出了详细规定。全球主要标准包括:
1. 欧洲标准:欧盟的轻型车排放法规,如欧6标准,其测试程序现已从原有的NEDC循环过渡到更接近实际驾驶的WLTC循环。相关标准为欧盟法规(EC)No 715/2007及其后续修订案。
2. 中国标准:中国的轻型汽车污染物排放限值及测量方法(国六标准),全面借鉴并融合了欧洲和美国的先进经验,其Ⅰ型试验同样采用WLTC循环。核心标准为GB 18352.6-2016。
3. 美国标准:美国联邦测试程序(FTP-75)是其主要测试循环,虽然与WLTC有所不同,但核心原理相似,同为冷启动后的整车排放测试。
这些标准不仅规定了上述检测方法和项目,还明确了不同车型(如汽油车、柴油车、混合动力车)对应的污染物排放限值,是汽车制造商必须遵守的法律底线,也是政府进行环保监管的科学依据。