轻型汽车排放试验

技术概述

轻型汽车排放试验是评估汽车尾气污染物排放水平的重要技术手段，也是车辆型式批准、生产一致性检查以及在用车排放检测的核心环节。随着环境保护意识的不断增强和排放法规的日益严格，轻型汽车排放试验技术经历了从简单工况法到复杂循环工况、从单一污染物检测到多组分综合分析的演变过程。

轻型汽车是指最大总质量不超过3500kg的M1类、M2类和N1类车辆，涵盖了绝大多数乘用车和轻型商用车。排放试验的目的是通过模拟车辆在实际道路上的行驶工况，在标准化的试验条件下测量车辆尾气中的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM）等污染物的排放量，以判断其是否符合国家或地区的排放标准要求。

我国目前的轻型汽车排放标准已进入国六阶段，该标准在沿用欧标体系的基础上，结合我国实际情况进行了多项调整和加严。国六标准分为国六a和国六b两个阶段，其中国六b阶段的排放限值已达到国际最先进水平。与国五标准相比，国六标准在CO、HC、NOx和PM等污染物的限值方面均大幅加严，同时新增了对颗粒物数量（PN）的限值要求，这对排放试验技术和设备提出了更高的要求。

轻型汽车排放试验技术体系主要包括试验室台架试验和实际道路试验两大类。试验室台架试验是在环境仓内利用底盘测功机模拟道路行驶阻力，按照标准规定的行驶循环进行试验；实际道路试验则使用便携式排放测试系统（PEMS）在实际道路条件下测量车辆的排放水平。两种方法互为补充，共同构成完整的排放评估体系。

从技术发展趋势来看，轻型汽车排放试验正朝着更加精准、全面和贴近实际的方向发展。试验循环从新欧洲驾驶循环（NEDC）向全球统一轻型车辆试验循环（WLTC）转变，更加真实地反映了车辆在实际道路上的行驶特征；试验内容也从单纯的尾气排放扩展到蒸发排放、加油排放和低温排放等多个方面，实现了对车辆排放的全方位管控。

检测样品

轻型汽车排放试验的检测样品主要是轻型汽车整车及其相关系统部件。根据检测目的和标准要求的不同，检测样品可以分为以下几类：

• 新生产车辆：用于型式批准试验和生产一致性检查，要求车辆处于良好的技术状态，行驶里程在磨合规范范围内，通常不超过15000公里
• 在用车辆：用于在用车符合性检查和年检，要求车辆保养状态正常，无影响排放的故障代码存在
• 发动机系统：包括发动机本体、燃油供给系统、进气系统、排气系统等，用于分析排放控制技术的有效性
• 后处理系统：包括三元催化转化器、颗粒捕集器（GPF/DPF）、选择性催化还原系统（SCR）等，用于评估后处理装置的转化效率
• 燃油及润滑油：燃油品质对排放有显著影响，试验需使用符合标准规定的基准燃料
• OBD系统：车载诊断系统是监控排放控制系统工作状态的重要手段，需进行功能性检测

对于型式批准试验，检测样品的选取有严格的规定。制造商需要提交代表型式的车辆样品，样品数量根据认证类型和检验项目确定。为确保样品的代表性，要求试验车辆与量产车在生产工艺、材料选用和装配质量等方面保持一致。

样品的预处理是保证试验结果准确性的重要环节。试验前需对车辆进行适当行驶，使发动机、传动系统和排放控制系统达到稳定的工作状态。预处理行驶通常包括城市道路和高速公路行驶的组合，行驶里程和方式需符合标准规范要求。

在进行蒸发排放试验时，检测样品还包括车辆燃油系统的相关部件。需要检测燃油箱、燃油管路、碳罐等部件的密闭性和蒸发控制功能。试验样品需在特定的温度环境下放置规定时间，以测量昼间呼吸损失和热浸损失。

检测项目

轻型汽车排放试验的检测项目涵盖多个方面，根据现行国家和行业标准的规定，主要包括以下检测内容：

常规气态污染物检测项目：

• 一氧化碳（CO）：燃油不完全燃烧的产物，影响人体血液携氧能力，高浓度可致人中毒
• 碳氢化合物（HC）：包括烷烃、烯烃、芳香烃等多种有机化合物，参与光化学烟雾形成
• 氮氧化物（NOx）：高温燃烧条件下氮气与氧气反应的产物，主要包含NO和NO2，是酸雨和光化学烟雾的前体物
• 非甲烷碳氢化合物（NMHC）：除甲烷以外的碳氢化合物总和，光化学活性更强

颗粒物检测项目：

• 颗粒物质量（PM）：通过滤纸称重法测量的颗粒物总质量，反映颗粒物的排放水平
• 颗粒物数量（PN）：通过粒子计数器测量的颗粒物数量浓度，国六标准新增的控制指标

温室气体排放检测项目：

• 二氧化碳（CO2）：温室效应气体的主要成分，与燃油消耗直接相关
• 氧化亚氮（N2O）：温室效应潜值远高于CO2，需关注其排放水平
• 甲烷（CH4）：温室气体，同时作为碳氢化合物的一部分进行管控

蒸发排放检测项目：

• 昼间呼吸损失：模拟昼夜温度变化导致的燃油蒸发排放
• 热浸损失：发动机熄火后的燃油蒸发排放
• 加油排放：加油过程中挥发的碳氢化合物

低温环境试验检测项目：

• 低温冷起动排放：在-7℃环境温度下进行的排放试验，测量冷起动条件下的污染物排放

实际道路排放检测项目：

• RDE试验：在实际道路条件下利用PEMS设备测量的CO、NOx、PN等污染物排放
• 行程动力学特性：包括平均速度、相对正加速度、行驶特征参数等

OBD系统检测项目：

• 故障代码存储与清除功能
• 排放相关部件监控功能
• 故障指示灯激活逻辑
• OBD数据通讯协议符合性

检测方法

轻型汽车排放试验采用多种检测方法相结合的方式，以全面评估车辆的排放特性。不同的检测项目对应不同的标准方法和试验程序：

常温下冷起动后排气污染物排放试验（I型试验）：

这是轻型汽车排放试验的核心内容，按照标准规定的行驶循环在底盘测功机上进行。试验前车辆需在20-30℃的环境中静置6-36小时，确保发动机和排放控制系统处于冷态。试验开始后，按照WLTC循环或NEDC循环驾驶车辆，同时使用定容取样系统（CVS）收集稀释后的尾气，分析各污染物的排放量。

试验过程分为三个阶段：车辆预处理、浸车和正式试验。预处理行驶用于稳定车辆状态；浸车过程确保车辆达到热平衡；正式试验中连续测量各污染物的浓度，结合排气流量计算排放质量。试验结果需按照标准规定的方法进行修正和计算。

曲轴箱污染物排放试验（III型试验）：

该试验用于检测发动机曲轴箱通风系统的密封性，确保曲轴箱内的气体不会泄漏到大气中。试验时在发动机不同工况下测量曲轴箱内的压力，要求曲轴箱压力不超过大气压力。现代汽车普遍采用闭式曲轴箱通风系统，将曲轴箱窜气引入进气系统参与燃烧。

蒸发污染物排放试验（IV型试验）：

蒸发排放试验采用密闭室法，在专用的蒸发排放密闭室（SHED）中进行。试验包括昼间呼吸损失试验和热浸试验两部分。昼间呼吸损失试验模拟昼夜温度变化引起燃油蒸发，温度从较低点（如15.5℃）升高到较高点（如32.5℃），持续时间12小时；热浸试验在车辆运行结束后立即进行，持续1小时。通过分析密闭室内碳氢化合物浓度的变化计算蒸发排放量。

污染控制装置耐久性试验（V型试验）：

该试验用于验证排放控制系统在车辆全寿命周期内的耐久性。可采用道路行驶试验或试验台架老化试验两种方式进行。道路行驶试验按照规定的里程循环行驶16万公里或20万公里；试验台架老化试验则在发动机台架或底盘测功机上模拟老化工况，加速催化剂老化过程。老化试验后需再次进行I型试验，验证排放控制系统仍能满足标准要求。

低温环境冷起动后排气污染物排放试验（VI型试验）：

该试验在环境温度为-7℃的条件下进行，评价车辆在低温条件下的排放水平。低温导致混合气形成困难、催化剂起燃延迟，排放水平通常高于常温条件。试验方法和程序与I型试验类似，但采用不同的行驶循环和排放限值。

实际道路排放试验（RDE试验）：

RDE试验是国六标准新增的重要内容，用于评估车辆在实际道路条件下的排放水平。试验需使用便携式排放测试系统（PEMS），在城市、郊区和高速三种道路上行驶，总里程至少90公里。试验结果采用移动平均窗口法进行数据处理和评估。RDE试验有效弥补了台架试验与实际排放之间的差距。

OBD系统试验：

OBD系统试验验证车载诊断系统的功能完整性。包括验证OBD系统能否正确识别排放相关部件的故障、能否正确存储和清除故障代码、故障指示灯激活阈值是否符合标准要求等。试验通过模拟各种故障条件，检验OBD系统的诊断能力。

检测仪器

轻型汽车排放试验需要使用一系列精密的检测仪器设备，这些设备构成了完整的排放测试系统。主要的检测仪器包括：

底盘测功机：

底盘测功机是排放试验的核心设备，用于模拟车辆在道路上行驶时的阻力。现代底盘测功机采用交流电机驱动，具有高精度扭矩控制和惯性模拟功能。测功机通过滚筒与车辆驱动轮接触，可精确模拟不同车速下的行驶阻力，包括滚动阻力、空气阻力和坡度阻力等。测功机配备精密的力传感器和速度传感器，确保试验过程中行驶阻力的准确控制。

环境仓：

环境仓是进行标准化排放试验的必要设施，可控制试验环境的温度、湿度和压力等参数。环境仓的温度控制范围通常为-40℃至+50℃，湿度控制范围为5%RH至95%RH。对于常温排放试验，环境仓温度控制在20-30℃；对于低温排放试验，温度控制在-7℃。环境仓还配备换气系统，确保室内空气质量符合试验要求。

定容取样系统（CVS）：

CVS系统是稀释和取样尾气的关键设备，通过引入稀释空气将尾气稀释到可测量的浓度范围。系统包括稀释通道、稀释风机、临界流文丘里管或文丘里管流量计等组件。稀释比例通常设定为使稀释后的样气温度不超过50℃，样气被收集到采样袋中进行分析。CVS系统配备高精度的温度和压力传感器，用于计算标准状态下的样气体积。

气体分析仪：

气体分析仪用于测量样气中各污染物的浓度。常用的分析技术包括：

• 非分散红外分析仪（NDIR）：用于测量CO、CO2浓度，基于红外吸收原理
• 氢火焰离子化检测器（FID）：用于测量HC浓度，灵敏度高，可测量总碳氢
• 化学发光分析仪（CLD）：用于测量NOx浓度，通过NO与O3反应发光检测
• 气相色谱仪（GC）：用于分离和测量NMHC等特定组分

颗粒物测量系统：

颗粒物测量系统用于测量PM和PN。PM测量采用滤纸称重法，将稀释样气通过特氟龙涂层滤纸，颗粒物沉积在滤纸上，通过精密天平称重计算PM质量。PN测量采用凝结核粒子计数器（CPC）或凝结颗粒计数器，先通过挥发颗粒去除器（VPR）去除挥发性组分，再对固态颗粒进行计数。PN测量系统需定期进行效率校准和流量标定。

便携式排放测试系统（PEMS）：

PEMS是进行RDE试验的便携设备，体积小、重量轻，可安装在车辆上进行实际道路测量。PEMS系统集成了气体分析仪、颗粒物计数器和流量计等，可实时测量CO、NOx、PN等污染物排放。PEMS设备需定期进行实验室比对验证，确保测量结果的准确性和可追溯性。

蒸发排放密闭室（SHED）：

SHED用于蒸发排放试验，是密封性良好的密闭空间，内壁采用不锈钢等低吸附材料制作。SHED配备碳氢分析仪、温度和压力传感器，可实时监测室内碳氢浓度的变化。根据容积大小，SHED可分为小型蒸发密闭室和完整车辆蒸发密闭室。

OBD诊断仪：

OBD诊断仪用于读取和分析OBD系统数据，包括故障代码、数据流和就绪状态等。诊断仪需支持标准的通讯协议（如ISO 15765-4、SAE J1939等），可与车辆OBD接口通讯。诊断仪具备数据记录和分析功能，用于验证OBD系统的工作状态。

辅助设备：

• 冷却风机：模拟车辆行驶时的迎面风冷却效果
• 司机助系统：显示行驶循环曲线，辅助驾驶员按照规范驾驶
• 数据采集系统：采集和记录试验过程中的各类参数
• 基准燃料供应系统：提供符合标准规定的试验用燃料
• 气象监测设备：监测环境温度、湿度、压力和风速等参数

应用领域

轻型汽车排放试验技术在多个领域发挥着重要作用，为车辆研发、生产制造和使用管理提供技术支撑。主要应用领域包括：

车辆型式批准：

新车型上市销售前，必须通过型式批准试验获得市场准入资格。排放试验是型式批准的核心内容之一，车辆需满足相应排放标准的要求。型式批准试验由具备资质的检测机构进行，试验报告作为型式批准证书的附件。对于进口车辆，同样需要进行型式批准试验以获得国内市场的准入许可。

生产一致性检查：

为确保量产车辆与型式批准样品保持一致，监管部门定期对生产企业的产品进行生产一致性检查。从生产线下线车辆或经销商处随机抽取样品，进行排放试验，检验结果应满足标准规定的生产一致性限值要求。如发现不合格情况，生产企业需进行整改并可能面临处罚。

在用车符合性检查：

在用车符合性检查是对已投入使用的车辆进行排放水平评估，目的是确保车辆在整个使用寿命期内都能满足排放要求。检查对象为行驶里程在规定范围内（如不超过16万公里）的在用车辆，通过抽样检测的方式评估排放达标情况。

研发与标定：

排放试验是汽车研发过程中的重要环节。工程师利用排放试验数据优化发动机燃烧系统、标定排放控制策略、开发后处理系统。在研发阶段，需要进行大量的试验验证工作，包括不同工况点的排放特性试验、后处理系统的效率试验、OBD系统的诊断策略验证等。试验数据是产品开发决策的重要依据。

质量检验与故障诊断：

在车辆生产和售后环节，排放试验用于产品质量检验和故障诊断。生产线下线车辆进行排放抽检，及时发现生产过程中的问题；在售后维修中，排放试验帮助技术人员诊断排放控制系统故障，如催化剂老化、氧传感器失效、喷油器堵塞等。

年检与环保检测：

在用车辆需定期进行安全技术检验和环保检测，排放检测是环保检测的核心内容。检测站配备简易工况排放检测设备，采用双怠速法、稳态工况法或简易瞬态工况法进行检测。检测结果作为车辆年检是否通过的重要依据，不达标车辆需维修后复检。

进出口检验：

进口车辆需进行排放检验以符合国内排放标准要求，出口车辆也需满足目的国家或地区的排放法规。进出口检验由海关或授权的检测机构进行，检验报告是车辆通关和销售的重要文件。

法规研究与标准制定：

排放试验数据是排放法规研究和技术标准制定的基础。通过大量的试验研究，了解各类车辆的排放水平和影响因素，为标准限值的制定提供科学依据。随着技术的发展，新的测试方法和限值要求不断被研究和验证。

常见问题

轻型汽车排放试验过程中常遇到一些技术和操作方面的问题，以下对常见问题进行分析和解答：

试验条件控制问题：

问：试验过程中环境温度超出规定范围怎么办？

答：环境温度是影响试验结果的重要因素，需严格控制。如试验过程中发现环境温度超出20-30℃的范围，应根据偏差大小决定是否继续试验。温度偏差较小时可进行记录并在报告中注明；偏差较大时应暂停试验，待温度恢复到规定范围后重新开始。对于低温试验，温度控制更为严格，偏差超过±2℃通常需要重新试验。

问：湿度对试验结果有何影响？

答：环境湿度影响发动机进气状态和燃烧过程，进而影响排放水平。高湿度可降低NOx排放，但可能导致燃烧不稳定。标准规定了湿度的允许范围，CVS系统的稀释空气也需进行湿度控制。试验报告中需记录环境湿度数据，必要时对结果进行湿度修正。

驾驶循环执行问题：

问：驾驶过程中车速偏差超出允许范围如何处理？

答：驾驶循环执行过程中，实际车速与目标车速的偏差需控制在规定范围内。如瞬时偏差超过±2km/h或累积偏差超出限值，应分析偏差原因。如果是驾驶员操作不当导致，可进行修正后继续试验；如果是测功机故障或车辆动力性问题导致，需排除故障后重新试验。试验软件通常具有实时监控功能，可及时发现偏差。

问：如何提高驾驶循环执行的重复性？

答：提高驾驶重复性需要驾驶员充分熟悉循环工况，掌握加速、减速和稳态行驶的操作技巧。现代试验室配备机器人驾驶员或驾驶辅助系统，可显著提高驾驶循环的执行精度和重复性。此外，车辆状态的一致性、测功机阻力的准确设定、环境条件的稳定控制也是保证重复性的重要因素。

仪器设备问题：

问：气体分析仪校准周期如何确定？

答：气体分析仪需定期进行校准以确保测量准确性。校准周期根据仪器类型、使用频率和标准要求确定。通常NDIR分析仪和CLD分析仪每天试验前需进行零点和量程校准，每周或每月进行线性度检查。FID分析仪需定期检查氢火焰状态和检测器响应。所有校准记录应完整保存，便于追溯。

问：CVS系统泄漏如何检测和处理？

答：CVS系统泄漏会导致样气浓度测量不准确，需定期进行泄漏检查。检查方法是在系统入口处封堵，测量系统内部压力变化或稀释气体浓度变化。发现泄漏后需逐一检查连接点、密封件和管路，排除泄漏源后重新进行气密性检查。重大维修后CVS系统需进行流量标定。

结果分析与判定问题：

问：蒸发排放试验结果偏高可能是什么原因？

答：蒸发排放结果偏高可能由多种原因导致：燃油系统密封不良，如油箱盖、管路接头处泄漏；碳罐吸附能力下降或失效；试验车辆预处理不充分；试验环境本底浓度过高或密闭室泄漏。需要逐一排查，检查车辆燃油系统的密封性，验证碳罐的工作性能，确认试验设备和环境条件符合要求。

问：颗粒物数量（PN）测量结果异常如何分析？

答：PN测量结果异常可能表现为结果偏高或结果不稳定。结果偏高可能原因包括：后处理系统（GPF）效率下降、燃油品质问题、发动机燃烧异常导致烟度增大。结果不稳定可能由于：VPR系统工作状态异常、样气稀释比例不当、采样管路沉积或泄漏。需要结合PM结果、发动机运行状态和后处理系统状况进行综合分析。

RDE试验相关问题：

问：RDE试验路线不满足边界条件要求怎么办？

答：RDE试验对行驶路线有严格要求，包括城市、郊区和高速路段的比例、行程动力学参数等。如试验后发现路线条件不满足要求，可能需要重新进行试验。为避免此类情况，建议在试验前规划路线并使用预评估软件进行验证，试验后及时检查数据完整性。交通拥堵等不可控因素导致的边界条件偏差，在报告中说明后可能被接受。

问：PEMS设备安装对试验结果有何影响？

答：PEMS设备有一定重量，安装在车辆上会影响车辆载荷和行驶特性。标准规定了设备的最大重量限制，并允许调整车辆载荷以补偿设备重量。设备安装应避免遮挡传感器进气口，采样管路应尽量短且保温。设备供电应使用独立电源，避免影响车辆电气系统。合理的设备安装可将影响降到最低。

质量保证与数据有效性：

问：如何确保排放试验结果的准确可靠？

答：确保结果准确可靠需要建立完整的质量保证体系：使用经计量检定合格的仪器设备；严格执行标准规定的试验程序；定期进行人员培训和考核；建立完善的质量控制程序，包括仪器校准、平行试验、比对试验等；完整记录试验数据和过程信息；试验报告经过审核和批准。试验室应通过资质认定，建立符合ISO/IEC 17025要求的管理体系。

问：试验数据异常值如何处理？

答：试验数据的异常值需谨慎处理。首先应检查试验过程是否存在问题，如设备故障、操作失误等；其次分析异常值产生的原因是否合理。如确认是试验过程中的问题导致，应进行重复试验；如原因不明，可采用统计方法判断是否剔除异常值，但需在报告中详细说明。不可随意删除或修改试验数据。