摘 要：文章基于N市汽车尾气检测方法的分析，提出对汽车尾气检测方法要有总体设计，并对可能影响系统功能实现的因素，如系统的硬件选型、软件设计及功能的实现途径等开展研究，以完成对AVL测量发动机转速功能的扩展、AVL在瞬态工况下检测数据的时延修正及幅值修正等，最终改进ASM汽车尾气检测方法。

关键词：汽车尾气；ASM；工况分析

近年来，随着汽车使用量的大幅增长，由汽车尾气引发的环境问题愈发严重，汽车行驶过程中产生的CO、HC、NOX以及近CO2等气体对地球和人类产生的危害已经到了不能容忍的地步，机动车污染成了大气的第一污染源。伴随着人们环保意识的增强，对汽车尾气的治理也就显得尤为重要。在我国，各大、中型城市已经把汽车尾气的治理摆在了政府工作的议题上[1-2]。

传统的汽车尾气检测设备与检测方法主要是在室内使用，检测结果往往偏离实际情况，尤其对重型汽车实际运行时的尾气检测偏差更大。而采取有效方式检测汽车在实际运行过程中的尾气，对于汽车尾气治理以及保护大气环境均具有重要的现实意义。

1 ASM检测技术

为减少设备投资和日常运行费用，提高检测效率，扩大检测范围，美国提出了更为简单的方法，ASM则是使用较多、具有代表性的一种。1996年美国EPA认可了ASM，规定了试验方法、设备要求等。ASM最大的特点是试验设备充分简化，可使用在怠速法中广泛使用的直接取样浓度分析仪[3]。ASM所需的整套设备价格仅为I/M240的30%左右，操作与维护都比I/M240简易。其原理：CO、HC和CO2采用不分光红外法（NDIR），NO和O2采用电化学法；排放结果以浓度表示。

但是，ASM检测结果与美国联邦实验程序FTP结果相关性较差，3种污染物的相关因子分别为：一氧化碳43.5%；碳氢化合物49.2%；氮氧化物71.4%[4]。这主要是由于ASM是等速等负荷的稳态行驶工况，而I/M240与FTP是变速变负荷的瞬态行驶工况，显然对排放有不同影响。此外，尾气污染物分析原理也不相同。ASM与新车试验的相关性较差，使得ASM方法误判率偏高，尤其是对电喷+三元催化器的车，误判率最高可达35%左右，准确率最差时可低到65%（根据美国资料，以I/M240的准确率为100%计）[5]。ASM的另一不足之处是其基于污染物排放浓度而不是排放质量。而发动机排量不同车辆的排放浓度却有可能相同，因而ASM对不同发动机排量的车辆是欠公允的[6]。

2 基于改进ASM汽车尾气检测的研究

本研究基于N市汽车尾气检测方法的分析，研究AVL测量发动机转速功能的扩展、AVL在瞬态工况下检测数据的时延修正及幅值修正等，最终改进汽车尾气检测方法。

2.1 测试前的车辆准备

记录与试验车辆及与试验负荷设定有关的各项参数：车辆牌照号、车辆类型、燃料种类及供油方式、底盘型号或整车编号（VIN）、发动机型号、车辆初次登记日期、累计行驶里程、基准质量、最大总质量和整备质量、制造厂名和厂牌型号、气缸数和发动机排量（L）、变速器形式、排气管类型及数量等。车辆机械状况应良好，无影响安全或引起测试偏差的机械故障。如需要，可在发动机上安装冷却水和润滑油测温计等测试仪器。车辆进、排气系统不得有任何泄漏；车辆的发动机、变速箱和冷却系统等应无液体渗漏。检察被测车辆，其轮胎气压不得低于标准气压（可以是标准气压的100%，120%）；清除轮胎中夹杂的石块、金属屑，以免损坏滚筒，或者抛出伤人。把轴流或风扇置于发动机前方2m，以冷却发动机及轮胎，风量在21～26m/h中选择。测试前应关闭空调、暖风等附属装备，并中断车辆上可能影响试验的功能（如ASR、ESP、EPC牵引力控制或自动制动系统等）。测试前，车辆各总成的热状态应符合汽车技术条件的规定，并保持稳定；车辆等候时间超过20min或在测试前熄火超过5min，应选以下任一种方法预热车：①在无负荷状态让发动机以转速2500r/rain运转4min；②车辆在测功机上按AsM5025工况运行60s。驾驶车辆至驱动轮正直位于滚筒上，确保车辆横向稳定和驱动轮胎干燥、限位良好。对于前轮驱动车辆，测试过程中应使驻车制动起作用。安装自动变速器的车辆应使用前进挡，安装手动变速器的车辆应使用二挡，如果二挡所能达到的最高车速低于45km/h可使用三挡。在试验工况计时过程中，车辆不允许制动，否则工况起始记时应重新置零（t=O）。

2.2 实验前的设备准备

（1）预热分析仪（分析仪器在通电后40min内方可达到稳定）。

（2）测试前2min分析仪对零，测定环境空气和检查HC残留量。

（3）检测前需检查排气分析仪系统有无泄漏，如未检查或检测未通过，系统应锁定。

（4）开机时自动预热底盘测功机，并且之前不应进入正式检测程序；底盘测功机如停用30min以上，应在使用前再次预热。根据制造商的建议，这一时间间隔可以延长。

（5）当试验场地环境温度超过22℃，应启动冷却风机以降低发动机温度，但不得冷却催化转化器。

2.3 检测方案的确定

测试系统满足以下条件后，可开始ASM检测：CO+CO2之和满足规定的稀释限定值；分析系统未检测到存在低流量的现象；发动机处于怠速状态，转速范围400～1250r/mmrain；底盘测功机滚筒未转动（车速<1km/h）。本实验中，利用汽车尾气检测方法测试在简单升档加速工况下尾气水平的相关设置如下：

检测时间：2011/09/23，阵雨，无风，29℃；

检测地点：XX大学室外的平坦马路；

检测车辆：Audi A6汽油汽车；

检测工况：简单升档加速；

检测系统：汽车尾气远程移动测系统；

检测人员：仪器操作员、计时员以及驾驶员。

2.4 检测程序方法

测试程序：车辆驱动轮位于测功机滚筒上，将分析仪取样探头插入排气管中，深度为400mm，并固定于排气管上（对独立工作的多排气管应同时取样）。车辆经预热后，加速至25km/h，测功机根据测试工况要求加载，工况计时器开始计时（t=Os），车辆保持25km/h±1.5km/h等速5s后开始检测。系统按规定开始预置10s之后开始快速检查工况，计时器为t=15s时分析仪器开始测量，每秒钟测量一次，并根据稀释修币系数及湿度修讵系数计算10s内的排放平均值。运行10s（t=25s）ASM5025快速检查工况结束。车辆运行至90s（t=90s）ASM5025工况结束。测功机在车速25km/h±1.5km/h的允许误差范围内，加载扭矩随车速变化相应调整，保证加载功率不随车速改变。扭矩允许误差为该工况设定扭矩的±5%。

在测量过程中，任意连续10s内第一秒至第十秒的车速变化相对于第一秒小于±0.5kmh，测试结果有效。快速检查工况的10s内排放平均值经修正后如果等于或低于限值的50%，则测试合格，检测结束，否则应继续进行至90s工况。如果所有检测污染物连续10s的平均值均低予或等于限值，则该车应判定为ASM5025工况合格，继续进行ASM2540检测；如果任何一种污染物连续10s的平均值超过限值，则测试不合格，检测结束。检测过程中，任意连续10s内的任何一种污染物10次排放值经修正后均高于限值的500%，则测试不合格，检测结束。

2.5 检测工况设置条件分析

对简单升档加速工况设定：在30s的检测时间内，实验的汽油汽车从静止起步，进行不同的升档方式加速到车速为40km/h后，开始保持车速不变，进行匀速行驶到检测结束。此过程中，利用本研究所设计的系统检测实验汽车发动机转速、排放与空燃比，按其升档方式分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种工况（见表1和图1）。

3 ASM检测研究结果

3.1 研究工况参数

ASM是当前《在用汽车排气污染物限值及测试方法》（GB18285-2005）中规定的对在用汽车排放的检测方法。本研究在此基础上设置改进ASM工况条件，以AudiA6汽油汽车为检测车辆，检测地点为重庆大学室外的平坦马路，模拟城郊汽车在两个客运站间的典型运行情况。研究工况参数如图2和表2所示。其运行时间为80s，实验车辆所行驶的总距离为541.7m。

3.2 实验结果

在利用汽车尾气移动远程检测系统进行测试时，由于工况操作的熟练度以及路况等条件限制，30组实验数据中有效数据为13组。平均有效数据，获得实验结果（见图3）。实验中，由于AVL相关部件老化，未获得空燃比数据。一氧化碳与碳氢化合物排放的符号时间序列直方图和时间信号如图4（a）与图4（b），相应的汽车尾气量以及Shannon熵如表3所示。

3.3 检测结果分析

由以上结果可知，本研究并未得到类似相对标准结果，考虑瞬态排放并非一个数值，而是以一个过程存在，所以，在分析排放结果时，可根据两种工况的排放状况变化过程，分析其影响因素。通过对比，找出其中的共性与差异。所以，本研究仅对结果采取了时延修正，放弃了幅值修正。

3.3.1 简单升档加速工况条件下结果分析

（1）发动机转速曲线与排放曲线对比分析。经时延修正的实验结果，发动机转速曲线无法与排放曲线有效对应。简单升档加速主要由加速工况组成。而实验的汽油汽车的排气管道作为一个系统，在发动机转速发生变化时，其排气管内的气流速度也会发生变化。此过程中，发动机转速变化已经脱离了修正实验中的脉冲形式，由于驾驶员的频繁换挡操作，发动机的转速也连续地发生变化，排气管道内气体的流动速度变化导致排放信号的时延值不断发生变化。此时固定时延值已不能对时延误差进行有效修正。

（2）排放物影响因素分析。对于发动机排放污染物中的CO的主要影响因素是混合气的浓度。由实验结果图示可以看到，空燃比曲线与CO的排放曲线对应良好，说明在简单升档加速工况下，空燃比是影响CO的主要因素。而排放HC的实验结果中，虽然空燃比曲线与HC排放曲线的对应程度不如CO，但整体上依然具有一定对应度。伴随着工况的时间与换挡次数的增加，发动机转速变化不大，但HC的排放曲线呈现前低后高趋势，说明在简单升档加速工况下，碳氢化合物C的生成受到淬熄、空燃比、吸附以及缝隙效应等因素共同影响。由于发动机的热惯性造成的后期会现象与空燃比是影响其生成的主要因素。

3.3.2 ASM工况条件下实验结果分析

（1）发动机转速曲线与排放曲线对比分析。该工况下，实验结果的发动机转速曲线与排放曲线对应程度显示良好。ASM工况在匀速行驶阶段的时间较长，并且发动机的转速变化基本上是以脉冲形式出现。所以，用过时延值对时延误差的修正可得到了较好的效果。

（2）排放物生成影响因素分析。ASM工况是混合工况，它包含怠速、加速、匀速与滑行。当实验汽车发动机处于怠速状态，CO与HC处在高排放状态，此时发动机处于低转速，节气门近似全部关闭，发动机则依靠怠速喷口所产生的混合气来维持基本运转[7]。由于进行了多次连续实验，发动机的温度已处于正常状态，发动机温度偏低的影响可以排除。所以，进气流速度不高、发动机转速偏低所导致残余废气的稀释与混合气浓度高是该阶段排放状况不佳的主要原因。随着实验汽车开始加速，其发动机的转速曲线逐渐上升，每一次转速的波动均对应着一次换挡的过程。当发动机曲线上升到一定程度，排放曲线便开始下降，仍然会出现排放曲线随变档操作呈波动情况。

发动机经由怠速工况转为加速工况时，节气门开启，进气门的气流速度加大，此时，燃烧室内的残余废气的稀释作用降低，导致混合气混合程度上升，燃烧状况逐渐好转，CO与HC的排放量亦逐渐开始下降。当实验汽车加速到一定车速后便开始换挡，此时驾驶员松开油门的同时踩下离合器，加速过程停止，汽车发动机在瞬间进入减速工况，进气门的气流速度开始下降，破坏燃烧状态，致使CO与HC的排放量瞬间变大。换挡结束，实验车辆由加速变至匀速状态，从而进入稳态工况，而整机的热力系统与燃烧室内混合气的混合程度趋于平衡，燃烧状况逐渐好转，两种气体的排放量持续下降，直到换挡加速进行。

实验中，汽油汽车进入滑行阶段后，发动机转速曲线下降到怠速工况，排放曲线此时迅速地上升。由于发动机转速快速下降，节气门快速关闭与进气量减少，均使进气管内的真空度升高，导致了前面两个阶段所积累下来的燃油的油膜迅速征服，大量生成两种气体。另外，怠速喷口所喷出的浓度很高的混合气也是此两种气体生成的一个原因。

综述，可知在ASM工况下，进气门的气流速度的变化与发动机的转速都是影响CO和HC的主要因素。

4 结论

本文对汽油汽车道路检测实验中的简单升档加速工况与改进ASM工况进行了设定，同时开展了道路检测实验。根据实验所得最终数据，分析了两种工况下影响汽油汽车尾气的主要因素，并对其共性与差异进行了总结。

发动机怠速转速是影响汽油汽车在怠速工况下排放的主要原因，提高发动机转速可降低CO与HC的排放量。CO与HC的平均排放量在工况Ⅰ、Ⅱ与Ⅲ中随着发动机平均转速的下降是逐渐下降的，充分地体现了转速低排放高、转速高排放低的特点。

ASM工况下的实验结果，由图4可知，当实验汽车处于空挡滑行以及怠速时，发动机的转速最低，排放量最大，两次的尾气曲线的波峰对应着两次的换挡过程。

[参考文献]

[1]国家质量技术监督局.GB18285-2000在用汽车排气污染物限值及测试方法[S].北京：中国标准出版社，2000.

[2]许建昌，李孟良，徐达，等.车载排放测试技术的研究综述[J].天津汽车，2006（3）：30-33.

[3]臧斌.汽车尾气远程移动检测技术的研究[D].长沙：长沙理工大学，2008，4：2-5.

[4]Crookell A.Remote Measurement of Vehicle Emissions at Low Cost[EB/OL]..cn/qkpdf/wxhl/wxhl201312/wxhl20131285-2.pdf" style="color:red" target="_blank">原版全文