汽车排放耐久性测试

技术概述

汽车排放耐久性测试是衡量车辆在整个使用寿命期内排放控制系统能否持续有效工作的关键性评估手段。随着全球环境保护意识的不断增强以及各国排放法规的日益严格，汽车尾气排放已经成为衡量汽车环境友好性的核心指标之一。然而，仅仅关注新车出厂时的排放水平是远远不够的，因为汽车的排放控制系统会随着使用时间的推移、行驶里程的增加以及各种复杂工况的累积而逐渐劣化。因此，开展科学、系统、全面的汽车排放耐久性测试，对于确保车辆在全生命周期内持续满足排放标准、保护大气环境质量具有重要的现实意义。

从技术定义的角度来看，汽车排放耐久性测试是指在规定的试验条件下，对车辆或发动机按照特定的运行循环进行长时间、长里程的运行，定期测量其尾气排放水平的变化情况，从而评估排放控制装置的耐久性能。该测试的核心目的是验证车辆的催化转化器、颗粒捕集器、氧传感器、废气再循环系统等关键排放控制零部件能否在经历规定的耐久性运行里程或时间后，仍然能够维持较高的转化效率和工作性能，确保整车排放持续达标。

在实际应用层面，汽车排放耐久性测试广泛应用于车辆型式核准、新车型开发验证、排放控制技术研发、在用车符合性检查等多个领域。根据我国现行的排放标准体系，轻型汽车需要按照国六排放标准的要求进行耐久性测试，重型发动机则需要按照相关重型车排放标准执行。测试过程中，车辆或发动机需要在底盘测功机或发动机台架上运行，模拟实际道路行驶过程中的各种典型工况，累计运行里程通常达到16万公里甚至更长，以充分考察排放控制系统的长期稳定性。

值得注意的是，汽车排放耐久性测试不仅是一项法规强制性要求，更是汽车制造商提升产品竞争力、优化排放控制策略的重要技术手段。通过对耐久性测试过程中排放变化规律的深入分析，工程技术人员可以发现排放控制系统潜在的薄弱环节，为产品改进和技术升级提供科学依据。同时，耐久性测试数据的积累也为排放预测模型的建立、维修保养周期的确定以及排放法规的制修订提供了宝贵的基础数据支撑。

检测样品

汽车排放耐久性测试的检测样品范围涵盖了多种类型的机动车辆及其核心排放控制部件。根据不同的测试目的和法规要求，检测样品的选取存在一定的差异性和针对性。

• 轻型汽油车辆：包括乘用车、轻型客车、轻型货车等最大总质量不超过3500kg的点燃式发动机车辆，这类车辆是我国道路交通的主力车型，也是排放耐久性测试的重点对象。
• 轻型柴油车辆：包括采用压燃式发动机的轻型载货汽车、轻型客车等，由于柴油机的排放特性与汽油机存在显著差异，其耐久性测试项目和限值标准也有所不同。
• 重型柴油车辆：主要指最大总质量超过3500kg的柴油载货汽车、客车及专用车辆，其测试通常以发动机台架试验的形式进行。
• 混合动力车辆：包括插电式混合动力汽车和非插电式混合动力汽车，这类车辆的耐久性测试需要兼顾传统动力系统和电驱系统的协同工作特性。
• 天然气车辆：包括压缩天然气汽车和液化天然气汽车，其燃料特性决定了排放成分与汽柴油车辆存在差异。
• 排放控制关键零部件：包括三元催化转化器、柴油氧化催化器、柴油颗粒捕集器、选择性催化还原系统、氮氧化物存储催化器、氧传感器、空气质量流量计等。
• 替代燃料车辆：如甲醇汽车、乙醇汽油汽车、氢燃料电池汽车等新型动力车辆。

在进行耐久性测试样品准备时，需要确保样品具有充分的代表性。对于整车耐久性测试，通常要求测试车辆是从生产线上随机抽取或在市场销售环节随机采购的合规量产车辆，车辆的技术状态应与实际销售的车辆保持一致。对于零部件耐久性测试，样品应从正常生产批次中随机抽取，并按照规定的程序进行预处理和初始性能测量。测试前需要对样品进行详细的初始检查和记录，包括车辆识别代码、发动机型号、排放控制系统配置、里程表读数等关键信息。

检测项目

汽车排放耐久性测试涉及的检测项目内容丰富、指标多样，需要根据不同的车型类别、燃料类型以及适用的排放标准来确定具体的检测参数。总体而言，检测项目可以分为常规排放污染物、非常规排放污染物、蒸发排放物以及排放控制系统性能指标等几大类。

• 一氧化碳排放量：一氧化碳是燃料不完全燃烧的产物，对人体血液携氧能力有严重危害，是各类车辆排放控制的必测项目。
• 碳氢化合物排放量：碳氢化合物是未燃烧或部分燃烧的燃油成分，参与光化学烟雾的形成，对大气环境造成严重污染。
• 氮氧化物排放量：氮氧化物是高温燃烧条件下空气中的氮气和氧气反应的产物，是酸雨和光化学烟雾的主要前体物质之一。
• 颗粒物质量：主要来源于柴油车和直喷汽油车，颗粒物可深入人体呼吸系统，对健康造成严重威胁。
• 颗粒物数量：相较于颗粒物质量，颗粒物数量更能反映细颗粒物的排放特征，是国六标准新增的重要控制指标。
• 氨排放量：在使用选择性催化还原技术的车辆上，尿素分解可能产生氨泄漏，需要进行监测控制。
• 氧化亚氮排放量：作为强效温室气体，部分先进排放标准已将其纳入控制范围。
• 甲醛排放量：主要针对使用甲醇等替代燃料的车辆，甲醛具有致癌风险。
• 蒸发排放量：衡量燃油系统密封性和蒸发控制装置性能的重要指标，主要针对汽油车辆。
• 曲轴箱排放量：评估曲轴箱强制通风系统工作效能的参数。

除了上述污染物排放量的测量之外，汽车排放耐久性测试还需要对排放控制系统相关功能参数进行监测和评估。这些参数包括催化转化器的起燃温度特性、空燃比控制精度、氧传感器响应特性、废气再循环率、喷油控制策略等。通过综合分析这些参数在耐久性运行过程中的变化规律，可以更深入地理解排放劣化的内在机理，为排放控制系统的优化改进提供技术支撑。

在进行检测项目确定时，必须严格依据现行有效的国家标准和法规要求。对于轻型汽车，我国目前执行的是GB 18352.6-2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》标准；对于重型车用发动机，则需执行GB 17691-2018《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》等相关标准。测试机构应当具备对上述所有检测项目进行准确测量的资质能力和技术条件。

检测方法

汽车排放耐久性测试的方法体系经过多年的发展和完善，已经形成了一套科学严谨、可操作性强的标准化流程。根据测试对象的不同，耐久性测试方法可分为整车耐久性试验和发动机台架耐久性试验两大类；根据试验地点的不同，又可分为跑道试验和底盘测功机试验两种方式。

对于轻型汽车而言，整车耐久性试验是最为常用的测试方法。按照国六标准的规定，轻型汽车的耐久性试验可以在试验跑道上进行，也可以在底盘测功机上进行，或者两种方式结合使用。试验累计行驶里程应达到规定的耐久性要求，国六标准规定轻型汽车耐久性里程为160000公里。试验过程中需要按照规定的行驶循环和速度曲线驾驶车辆，行驶循环应当包含市区、市郊和高速等不同典型工况，以模拟实际使用条件。在试验起始阶段和此后每隔一定里程间隔（通常为10000公里或更短），需要对车辆进行定型排放试验，测量各污染物的排放量，记录排放控制系统的工作状态参数。

重型发动机的耐久性测试通常在发动机台架上进行。台架试验具有工况控制精确、重复性好、不受外界环境干扰等优点，特别适合于发动机排放控制系统的耐久性验证。试验过程中，发动机按照规定的台架耐久性运行循环运行，累计运行时间需要达到标准规定的小时数。运行循环的设计需要充分反映发动机在实际使用中的典型工况分布，包括不同转速、负荷、工况持续时间等因素。与整车耐久性试验类似，在台架耐久性试验过程中也需要定期进行发动机排放试验，监测排放性能的变化。

除了完整的实车或实机耐久性试验外，在工程实践中还广泛采用加速老化试验方法。这种方法通过提高排气温度、增加污染物的入口浓度、强化热冲击循环等手段，在较短时间内达到与实际耐久性运行相当的催化剂老化效果。加速老化试验可以显著缩短试验周期、降低试验成本，在新产品开发阶段得到广泛应用。然而，加速老化试验需要通过科学的等效性验证，证明其老化效果与实际道路运行具有可比性。

对于蒸发排放控制系统的耐久性测试，需要采用专门的试验方法。蒸发排放主要来源于燃油箱燃油蒸气的泄漏，耐久性测试重点关注的是燃油箱压力控制阀、碳罐等部件的长期密封性能和吸附脱附能力。试验方法包括昼间换气损失试验、热浸损失试验、运行损失试验等，需要在恒温环境舱内模拟不同温度变化条件下的蒸发排放特征。

在进行耐久性测试过程中，必须严格执行质量控制措施，确保测试数据的准确可靠。这包括试验设备的定期校准、标准物质的溯源、试验环境条件的监控、驾驶操作规范性的检查等。试验完成后，需要对试验数据进行系统整理和分析，绘制污染物排放量随里程或时间变化的劣化曲线，计算劣化系数，判断排放控制系统是否满足法规要求。

检测仪器

汽车排放耐久性测试是一项技术含量高、仪器设备复杂的专业性工作，需要借助一系列高精度的检测仪器设备才能完成。根据仪器设备在测试过程中的功能作用，可以将其分为底盘测功机系统、发动机台架系统、排放分析系统、环境模拟系统以及辅助测量设备等几大类。

• 底盘测功机：用于在实验室条件下模拟车辆道路行驶的设备，能够精确控制车辆行驶速度、模拟道路阻力、测量驱动轮输出功率。高性能的底盘测功机配备惯性飞轮模拟系统或电模拟系统，可准确再现车辆在不同工况下的行驶阻力。
• 发动机测功机：用于发动机台架耐久性试验的核心设备，能够对发动机施加精确的负载，测量发动机的输出扭矩、功率、转速等参数。现代发动机测功机多采用交流电力测功机，具有动态响应快、控制精度高、能量可回馈等优点。
• 定容取样系统：排放采样的核心设备，能够将车辆排出的全部废气用经过过滤和调温调湿的稀释空气进行稀释，在等容积流量条件下采集样气。定容取样系统是保证排放测量准确性的关键环节。
• 气体分析仪：用于精确测量尾气中各气体污染物浓度的仪器设备。常用的分析原理包括不分光红外分析法用于测量一氧化碳和二氧化碳、氢火焰离子化检测法用于测量碳氢化合物、化学发光分析法用于测量氮氧化物等。
• 颗粒物测量系统：包括颗粒物质量测量系统和颗粒物数量测量系统。质量测量系统通过滤纸称重法测量颗粒物质量；数量测量系统通过凝聚核粒子计数器测量颗粒物数量浓度。
• 环境舱：用于为排放试验提供恒定环境条件的设施，能够精确控制温度、湿度、气压等环境参数。环境舱的温度控制范围通常为-7℃至40℃，湿度控制范围通常为相对湿度30%至80%。
• 车载排放测试系统：用于在实际道路行驶条件下测量车辆排放的便携式设备，可满足实际道路行驶排放测试的要求。
• 蒸发排放测量设备：包括密封室蒸发排放测定系统，用于测量燃油蒸发排放物的专用设施。

上述检测仪器设备需要定期进行计量校准和维护保养，确保其测量性能持续满足标准要求。其中，气体分析仪需要使用标准气体进行校准，标准气体应具有可追溯的标准物质证书；底盘测功机和发动机测功机需要定期进行力值校准和速度校准；环境舱的温度湿度测量系统需要定期检定。只有确保检测仪器设备处于良好的工作状态，才能保证耐久性测试结果的准确可靠。

此外，随着智能化测试技术的发展，越来越多的自动化设备和数据采集系统被应用于耐久性测试过程中。自动驾驶员系统可以实现车辆行驶过程的精确控制，消除人为驾驶差异对试验结果的影响；远程监控系统可以对试验过程进行实时监控和故障预警；数据处理软件可以自动完成试验数据的采集、存储、分析和报告生成。这些先进技术的应用有效提升了耐久性测试的效率和精度。

应用领域

汽车排放耐久性测试作为一项专业化的技术服务，其应用领域十分广泛，贯穿于汽车产品设计开发、生产制造、市场准入、在用监管等全生命周期。不同应用场景对耐久性测试的需求侧重点有所差异，测试方法和评价标准也存在相应的调整。

• 车辆型式核准：这是耐久性测试最为核心的应用领域。汽车生产企业在新车型上市销售前，必须向主管部门申请型式核准，其中排放耐久性是强制性检验项目。主管部门指定检测机构按照法规要求进行耐久性试验，试验合格后方可获得型式核准证书，车型方可进入市场销售。
• 新产品研发验证：汽车制造企业在开发新车型或改进现有车型的过程中，需要进行大量的内部耐久性验证试验。通过这些试验，工程师可以评估排放控制方案的可行性，发现潜在的设计缺陷，优化控制策略，为产品设计决策提供依据。
• 排放控制系统优化：催化剂供应商和整车企业在开发新一代催化转化器或其他排放控制零部件时，需要通过耐久性测试来验证产品的长期性能。这包括筛选催化剂配方、优化载体结构、改进封装设计等环节。
• 在用车符合性检查：为确保已投入使用一定年限的车辆仍然满足排放标准，监管机构会组织在用车符合性抽查。从市场随机抽取在用车辆进行排放检测，如果发现排放超标情况，将责令生产企业采取召回措施。
• 技术进口与国产化：进口汽车进入国内市场需要进行认证试验，其中包括排放耐久性试验。同样，引进技术进行国产化生产时，也需要验证国产化产品是否保持了原有的排放耐久性能。
• 替代燃料和新能源车辆认证：随着新能源汽车和替代燃料车辆的发展，相关法规对这些新型车辆的排放耐久性也提出了要求，需要进行专门设计的耐久性试验。
• 科研与标准研究：高校、研究院所在进行排放控制技术研究、排放模型开发、标准法规制修订等科研工作时，需要大量耐久性测试数据作为研究基础。

随着我国生态文明建设的深入推进和"双碳"目标的提出，汽车排放监管将持续趋严。未来，排放耐久性测试的应用范围有望进一步扩展到更广泛的车辆类型，测试技术也将向更高效率、更智能化方向发展。同时，实际道路行驶排放监测技术的成熟，将为在用车排放监管提供更有力的技术手段，形成实验室耐久性测试与道路实际监测相结合的立体化监管体系。

常见问题

在汽车排放耐久性测试的实际工作中，客户和技术人员经常会遇到各种疑问和困惑。以下针对一些具有代表性的常见问题进行解答，以期帮助相关方更好地理解和开展耐久性测试工作。

第一个常见问题：耐久性测试需要多长时间才能完成？这是客户最为关心的问题之一。以轻型汽车160000公里耐久性试验为例，如果采用跑道试验方式，按照每天行驶500-800公里计算，单纯运行里程就需要200-300个工作日，加上定期排放试验和车辆维护，整个试验周期通常需要一年左右的时间。如果采用加速老化方法，可以显著缩短试验周期，但需要证明与实际耐久性的等效性。

第二个常见问题：耐久性试验过程中车辆出现故障如何处理？按照标准规定，试验过程中如果车辆出现故障，应按照制造商的使用说明书进行维修，维修内容和零件更换情况需要详细记录。如果故障属于排放控制系统相关部件的失效，则可能影响耐久性评价结果；如果是与排放控制无关的故障，经修复后可以继续试验。

第三个常见问题：劣化系数是如何计算和使用的？劣化系数是反映排放控制系统性能衰减程度的量化指标。通过耐久性试验获得各污染物排放量随里程变化的实测数据，采用线性回归或其他方法拟合劣化曲线，计算得到实测劣化系数。该系数可用于生产一致性检查和在用车符合性检查中的排放限值修正。

第四个常见问题：不同燃料类型的车辆耐久性测试有何区别？汽油车、柴油车、天然气车等不同燃料类型车辆的排放特性存在显著差异，因此耐久性测试的检测项目、运行循环、限值标准都有相应的特殊规定。例如，柴油车需要特别关注颗粒物排放的耐久性，天然气车需要关注甲烷排放的控制效果。

第五个常见问题：如何选择耐久性试验的运行循环？运行循环的选择直接关系到试验结果的有效性和代表性。标准规定了多种可供选择的运行循环，如标准行驶循环、客户相关性循环等。选择时应综合考虑车辆的目标市场、使用条件、技术特点等因素，确保试验循环能够真实反映车辆的实际使用工况。

第六个常见问题：耐久性测试结果能否用于其他车型的认证？在满足一定条件的情况下，可以通过数学扩展的方法将一种车型的耐久性测试结果扩展应用到其他配置相近的车型上，这就是所谓的耐久性试验车型扩展。扩展需要遵循标准规定的准则，主要考虑发动机排量、排放控制系统配置、整车质量等因素的相似性。

综上所述，汽车排放耐久性测试是一项技术复杂、周期漫长、投入巨大的专业化检测工作。开展此项工作需要具备先进的检测设备、雄厚的技术力量、完善的质量管理体系。测试机构应当不断跟踪排放法规的最新动态，持续提升检测能力，为汽车行业的绿色发展和环境保护事业提供有力的技术支撑。汽车生产企业更应当高度重视排放耐久性能的研发和控制，从设计源头确保车辆在全生命周期内的排放达标能力，为消费者提供真正环境友好的优质产品。