汽车尾气测试方法

技术概述

汽车尾气测试方法是评估机动车排放污染物水平的重要技术手段，随着环境保护意识的不断增强和排放法规的日益严格，汽车尾气检测技术也在不断发展和完善。汽车尾气中含有多种有害物质，包括一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、颗粒物等，这些物质会对大气环境造成严重污染，对人体健康产生危害。因此，建立科学、准确、规范的汽车尾气测试方法体系，对于控制机动车污染排放、改善空气质量具有重要意义。

汽车尾气测试技术的发展历程可以追溯到20世纪中期，随着汽车保有量的快速增长，尾气排放问题逐渐引起各国政府的重视。从最初的简单化学分析法到如今的精密仪器分析，从静态工况测试到动态工况模拟，测试技术经历了多次革新。目前，国际上已经形成了较为完善的测试标准体系，包括联合国欧洲经济委员会法规、美国联邦法规以及我国的国家标准等。

现代汽车尾气测试方法涵盖了从轻型车到重型车、从汽油车到柴油车、从传统内燃机车到混合动力车的各种车型。测试工况也从早期的怠速测试发展为涵盖城市道路、城郊道路、高速公路等多种行驶工况的综合测试。近年来，随着新能源汽车的快速发展，针对混合动力汽车和燃料电池汽车的尾气测试方法也在不断完善和制定中。

尾气测试的基本原理是通过专业设备采集车辆排气管排放的废气，利用各种分析技术对废气中的污染物浓度进行定量分析，再结合排气流量或行驶工况参数，计算出污染物的排放质量或排放因子。测试过程中需要严格控制测试环境、车辆状态、燃料品质等因素，以确保测试结果的准确性和可比性。

检测样品

汽车尾气测试的检测样品主要是车辆排气管排放的废气，根据测试目的和测试方法的不同，检测样品可以分为以下几类：

• 原始尾气：直接从发动机排气歧管或排气管采集的未经任何后处理的废气，主要用于发动机台架测试或后处理系统效率评估。
• 稀释尾气：将原始尾气用清洁空气稀释后得到的混合气体，用于定容采样系统，可以更准确地模拟实际排放情况。
• 颗粒物样品：采用滤纸或滤膜采集尾气中的颗粒物，用于颗粒物质量和成分分析。
• 气态污染物样品：通过采样袋或直接进样方式采集的气态污染物，用于气体成分分析。

在进行检测样品采集时，需要考虑采样位置、采样条件、采样时间等因素。采样位置通常选择在排气管末端或靠近后处理装置出口的位置，以确保采集的样品具有代表性。采样条件包括环境温度、湿度、大气压力等，这些因素会对测试结果产生影响，需要在测试报告中予以记录和修正。

对于不同类型的车辆，检测样品的采集方式也有所不同。轻型车辆通常在底盘测功机上进行整车排放测试，重型车辆则可以在发动机台架上进行测试，也可以采用便携式排放测试系统进行实际道路测试。每种测试方式都有其适用的检测样品采集规范和要求。

检测样品的质量控制是确保测试结果准确性的关键环节。采样系统的密封性、采样管路的材料、样品保存条件等都需要严格按照标准要求进行控制。特别是对于颗粒物样品，需要控制采样温度、采样流量等参数，防止样品在采集过程中发生变化。

检测项目

汽车尾气测试的检测项目主要包括以下几类污染物：

常规气态污染物

• 一氧化碳（CO）：燃料不完全燃烧的产物，无色无味有毒气体，会降低血液携氧能力，对人体健康危害较大。
• 碳氢化合物（HC）：燃料未燃烧或部分燃烧产生的有机化合物总称，包括烷烃、烯烃、芳烃等多种成分，是光化学烟雾的前体物。
• 氮氧化物（NOx）：气缸内高温条件下氮气与氧气反应生成的产物，主要包括一氧化氮和二氧化氮，是酸雨和光化学烟雾的主要来源。
• 二氧化碳（CO2）：燃料完全燃烧的产物，虽然毒性较低，但作为温室气体的主要成分，对气候变化有重要影响。

颗粒物排放

• 颗粒物质量（PM）：尾气中固体和液体颗粒的总质量，主要包括碳烟、硫酸盐、灰分等，粒径范围从纳米级到微米级。
• 颗粒物数量（PN）：单位体积或单位时间内排放的颗粒物个数，更能反映超细颗粒物的排放水平。

其他污染物

• 氨气（NH3）：采用选择性催化还原技术的车辆可能产生的副产物。
• 醛类化合物：甲醛、乙醛等含氧化合物，具有较强的刺激性和致癌性。
• 多环芳烃（PAHs）：碳氢化合物不完全燃烧的产物，部分具有致癌性。
• 二氧化硫（SO2）：燃料中硫元素氧化生成的产物，与燃料硫含量直接相关。

随着排放法规的不断加严，检测项目也在逐步扩展。最新的排放标准已经增加了对非甲烷碳氢化合物、甲烷等组分的单独限值要求。对于柴油车，还需要检测颗粒物的数量排放；对于汽油直喷发动机车辆，同样需要进行颗粒物测试。这些检测项目的增加，对测试方法和技术提出了更高的要求。

检测方法

汽车尾气测试方法根据测试工况和测试设备的不同，可以分为台架测试方法和实际道路测试方法两大类。

台架测试方法

台架测试是目前应用最广泛的尾气检测方法，在可控的实验室条件下进行，具有较高的重复性和可比性。

• 工况法测试：按照标准规定的行驶循环，在底盘测功机上模拟车辆实际行驶过程，测量污染物排放。轻型车常用工况包括新欧洲驾驶循环、全球统一轻型车测试循环等。
• 怠速法测试：车辆处于静止状态，发动机在怠速工况下运转时测量尾气排放，方法简单，常用于在用车定期检验。
• 自由加速法测试：主要用于柴油车，在发动机怠速状态下，迅速踩下加速踏板至最大供油位置，测量烟度峰值。
• 双怠速法测试：车辆分别在低怠速和高怠速工况下进行尾气检测，比单怠速法更能反映发动机不同工况的排放特性。

实际道路测试方法

随着人们对实验室测试与实际排放之间差异的关注，实际道路排放测试越来越受到重视。

• 便携式排放测试系统（PEMS）：将便携式分析仪器安装在车辆上，在实际道路行驶条件下测量尾气排放，能够更真实地反映车辆的实际排放水平。
• 遥感检测法：在道路旁设置遥感检测设备，对行驶中的车辆进行非接触式尾气检测，适用于大规模车辆筛查。
• 路边监测法：在道路两侧设置空气质量监测站，评估交通排放对周边环境的影响。

分析方法

针对不同的污染物，采用不同的分析技术：

• 非分散红外分析法（NDIR）：用于测量一氧化碳、二氧化碳等吸收红外线的气体组分，具有响应快、选择性好的特点。
• 氢火焰离子化检测法（FID）：用于测量碳氢化合物总量，灵敏度高，能够检测ppm甚至ppb级的碳氢化合物。
• 化学发光检测法（CLD）：用于测量氮氧化物，通过一氧化氮与臭氧反应产生的化学发光信号进行定量分析。
• 电化学分析法：利用电化学传感器对特定气体进行检测，常用于便携式检测设备。
• 重量法：用于颗粒物质量测量，将采集的颗粒物滤纸在恒温恒湿条件下称重，计算颗粒物质量。
• 颗粒物计数法：利用凝结粒子计数器等仪器测量颗粒物数量浓度。

在实际测试中，需要根据测试目的、测试对象和法规要求选择合适的检测方法组合。对于型式认证测试，通常采用工况法结合定容采样系统进行；对于在用车定期检验，则可以采用怠速法或自由加速法等简化方法；对于研究性测试或法规符合性核查，可以采用便携式排放测试系统进行实际道路测试。

检测仪器

汽车尾气测试需要使用多种专业仪器设备，主要包括以下几类：

气体分析仪器

• 非分散红外分析仪：测量一氧化碳、二氧化碳浓度，核心部件包括红外光源、样品池、检测器等，具有结构简单、响应快速的优点。
• 氢火焰离子化检测器：测量总碳氢化合物和非甲烷碳氢化合物，灵敏度高，线性范围宽，是排放测试的标准配置。
• 化学发光分析仪：测量氮氧化物，需要在高温下将二氧化氮转化为一氧化氮后进行检测。
• 顺磁氧分析仪：测量氧气浓度，利用氧气的顺磁性特点，用于计算空燃比和排放因子。

颗粒物测量仪器

• 颗粒物采样系统：包括稀释通道、滤纸固定架、流量控制器等，用于按照标准方法采集颗粒物样品。
• 微量天平：用于颗粒物滤纸的精密称重，称量精度通常要求达到微克级甚至更低。
• 颗粒物数量计数器：利用凝结粒子计数原理，测量颗粒物的数量浓度，粒径检测范围通常从23纳米到2.5微米。
• 烟度计：测量柴油车排气的烟度，有滤纸式烟度计和不透光烟度计两种类型。

测试台架设备

• 底盘测功机：用于模拟车辆在道路上的行驶阻力，使车辆在室内条件下进行排放测试。底盘测功机需要具备准确的惯量模拟和阻力加载能力。
• 发动机台架：用于发动机单独测试，配备测功机、油耗仪、进气测量系统等设备。
• 定容采样系统（CVS）：将尾气用清洁空气稀释至固定体积流量，采集稀释后的样品进行污染物浓度分析，是工况法测试的核心设备。

便携式测试设备

• 便携式气体分析仪：集成多种气体检测功能的小型化设备，可用于现场快速检测。
• 便携式排放测试系统（PEMS）：集成了气体分析仪、颗粒物检测器、流量计、GPS等模块，可用于实际道路排放测试。
• 车载诊断系统读取设备：通过读取车辆OBD数据，获取发动机工况参数和排放控制系统状态信息。

辅助设备

• 环境舱：用于控制测试环境温度、湿度等参数，满足低温启动测试等特殊测试需求。
• 气体流量计：测量排气流量，用于计算污染物排放质量。
• 校准气体：标准浓度的气体，用于分析仪器的校准和线性化。
• 数据采集系统：采集和记录测试过程中的各种数据，包括车辆速度、发动机转速、气体浓度等。

检测仪器的选择和配置需要根据测试标准、测试对象和测试精度要求综合考虑。高精度的测试需要配备经过计量认证的设备，并定期进行校准和维护，以确保测试结果的准确性和可靠性。

应用领域

汽车尾气测试方法在多个领域具有广泛的应用，主要包括：

车辆型式认证

新车在上市销售前，必须通过排放认证测试，证明其排放水平符合国家或地区的排放标准要求。型式认证测试通常按照法规规定的标准工况进行，测试结果作为车辆能否获得销售许可的重要依据。不同排放阶段的车辆需要满足不同限值要求，测试方法和限值标准也在不断更新。

在用车定期检验

已投入使用的车辆需要定期进行排放检测，以确保车辆在使用过程中排放水平仍然符合要求。在用车检验方法相对简化，主要包括怠速法、双怠速法、自由加速法等。检验不合格的车辆需要进行维修保养，直至排放达标后方可继续使用。

生产一致性检查

为确保批量生产的车辆持续符合型式认证要求，相关部门会定期对生产企业的车辆进行抽样检测。生产一致性检查通常采用与型式认证相同的测试方法，检测结果用于评估企业的生产质量控制能力。

排放控制技术研发

汽车尾气测试方法是排放控制技术研发的重要工具。通过对比分析不同技术方案的排放水平，可以评估技术的有效性和应用前景。发动机开发、后处理系统优化、替代燃料研究等都离不开尾气测试技术的支持。

环境质量评估

通过大规模车辆排放测试，可以建立机动车排放清单，评估机动车排放对城市空气质量的影响，为制定交通管理政策和环境保护措施提供科学依据。遥感检测等快速筛查方法在这一领域应用广泛。

法规符合性监督

近年来，排放法规符合性监督日益受到重视。通过实际道路排放测试等方法，可以核查车辆在实际使用条件下的排放水平是否与型式认证结果一致，对于排放作弊等违法行为具有重要的监督作用。

进出口检验检疫

进口车辆需要通过排放检验才能获得市场准入许可，出口车辆也需要满足目标市场的排放法规要求。尾气测试方法是进出口检验的重要技术手段，保障贸易的顺利进行和国内市场的环境安全。

常见问题

问：汽车尾气测试的工况法是什么意思？

答：工况法是指按照标准规定的行驶循环，在底盘测功机上模拟车辆实际行驶过程，测量污染物排放的测试方法。测试过程中，车辆在测功机上按照预定的速度-时间曲线行驶，测功机施加相应的行驶阻力，同时采集和分析尾气排放。工况法能够反映车辆在典型行驶条件下的综合排放水平，是新车排放认证的标准方法。

问：怠速检测和工况法检测有什么区别？

答：怠速检测是在发动机怠速运转状态下进行的简化检测方法，只测量单一工况点的排放，操作简单、成本低，适用于在用车定期检验，但无法反映车辆在实际行驶过程中的排放情况。工况法检测模拟车辆实际行驶的各种工况，包括加速、减速、匀速、怠速等多种状态，测试结果更能代表车辆的综合排放水平，但设备和操作复杂、成本较高，主要用于新车认证和研发测试。

问：柴油车和汽油车的尾气检测有什么不同？

答：柴油车和汽油车由于燃烧方式和工作原理不同，排放特性也存在差异，检测方法和项目也有所不同。汽油车主要检测一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物，柴油车除了检测这些气态污染物外，还需要重点检测颗粒物和烟度。检测方法上，汽油车通常采用工况法或怠速法，柴油车还可以采用自由加速法检测烟度。此外，柴油车的颗粒物测试需要配备稀释通道和滤纸采样系统，测试设备更加复杂。

问：什么是实际道路排放测试？

答：实际道路排放测试是指使用便携式排放测试系统，在实际道路交通条件下测量车辆排放的方法。与实验室工况法相比，实际道路测试不受固定行驶循环的限制，能够更真实地反映车辆在实际使用条件下的排放水平。该方法近年来被纳入排放法规，用于核查车辆的实际排放性能，对于防止排放作弊行为具有重要作用。

问：尾气检测不合格的主要原因有哪些？

答：尾气检测不合格的原因主要包括：发动机燃烧不良，如喷油系统故障、点火系统故障等；排放控制系统失效，如三元催化器老化或损坏、颗粒物捕集器堵塞或损坏等；发动机机械故障，如气缸磨损、气门密封不良等；燃油品质不佳，硫含量或芳烃含量超标；车辆保养不当，空气滤清器堵塞、机油老化等。发现排放不合格后，应对车辆进行全面检查，找出具体原因并进行维修。

问：如何选择合适的尾气检测方法？

答：选择尾气检测方法需要考虑多种因素，包括检测目的、法规要求、车辆类型、检测条件等。对于新车型式认证，需要按照法规要求采用工况法测试；对于在用车定期检验，可采用怠速法或自由加速法等简化方法；对于研发测试，可根据研究目的选择工况法或实际道路测试；对于监督抽查，可采用遥感检测等快速筛查方法。选择时应确保测试方法符合相关标准要求，测试结果具有可靠性和可比性。

问：尾气测试结果的准确度受哪些因素影响？

答：尾气测试结果的准确度受多种因素影响，主要包括：测试设备的精度和校准状态，设备需要定期计量检定和校准；测试环境条件，如环境温度、湿度、大气压力等；车辆状态，包括车辆预热程度、燃料品质、行驶里程等；操作规范性，测试人员需要严格按照标准操作规程进行测试；数据处理方法，包括稀释修正、湿度修正、背景修正等。只有严格控制这些因素，才能获得准确可靠的测试结果。