在用汽车排放及其规律研究

1、摘 要随着汽车行业的不断发展，汽车尾气排放污染日益严重，本文分析了汽车排放污染物的主要成分、危害、生成机理以及影响因素，现行汽车排放法规等，着重对在用国产汽车发动机怠速工况污染物的排放统计特征进行深入系统地研究，根据汽车检测线检测得到的大量样本实测数据，展开参数估计和假设检验，确定其最优拟合分布和相应的分布参数，进而建立轻型普通货车发动机的怠速工况污染物的排放分布密度函数和分布函数统计模型。对在用汽车的排放情况进行深入分析和研究，为控制车辆排放污染提供可靠的保证，对正确评价其对城市周围大气环境所造成的污染以及排放法规的修订必将起到重要的作用。关键词：汽车，发动机，怠速工况，排放物，统计规律Ab

2、stractWith the continuous development of automobile industry, car exhaust emission pollution is increasingly serious, this article analyzes the main components of the vehicle emission pollutants, harm, formation mechanism and influencing factors, the existing vehicle emission regulations, the pollut

3、ant emissions in a car engine idle speed conditions of statistical features in-depth study systematically, according to the sample of automobile test line detection to get a large number of measured data, parameter estimation and hypothesis test, determine the optimum fitting distribution and corres

4、ponding distribution parameters, then build a light-duty ordinary freight car engine idle speed condition emissions of pollutants distribution density function and distribution function of statistical model. To use the car emission situation in-depth analysis and research, to provide reliable guaran

5、tee to control vehicle emission pollution, to correctly evaluate its around the city atmospheric environment caused by pollution and emission regulations revision will play an important roleKeywords: Automobile, engine, idle speed condition, emissions, statistical law前 言11 汽车排放污染物的种类及其危害21.1 我国汽车发展概

6、况与环境污染21.2 汽车排放污染物的种类21.3 汽车排放污染物的危害31.3.1 CO的危害31.3.2 碳氢化合物的危害41.3.3氮氧化合物的危害41.3.4光化学烟雾的形成和危害41.3.5碳烟颗粒的危害51.3.6 CO2排放危害51.3.7 非常规污染物的危害52.汽车排放物的产生机理和影响因素72.1 CO的生成机理和影响因素72.2 HC的生成机理及影响因素72.3 NOX的生成机理及影响因素82.4 碳烟(颗粒)的生成机理及影响因素83. 汽车排气污染物检测93.1 常用汽车排放物的检测方法93.1.1 怠速法和双怠速法93.1.2 简易工况法103.1.3 我国普遍常用汽

7、车检测方法113.2 汽车排放检测仪器的选择123.3 汽车排气污染物检测标准134 汽车排放物排放样本数据的统计特征分析154.1汽车排放样本数据采集154.2排放样本实测数据的初步处理154.2.1数据分析的直方图154.2.2参数估计与假设检验204.3 数学统计模型的建立及应用244.3.1建立数学统计模型244.3.2 统计模型的应用25结 论27致 谢28参考文献29附 录3029前 言随着我国国民经济的持续快速发展，汽车产业也随之迅速发展，城市大气环境污染已经变的越来越严重，而其中汽车排放污染占到很大比重。因此，如何采取有效措施，最大限度地降低汽车发动机排放的污染物，以满足国内外

8、越来越严的排放标准，已是广大汽车面临的日趋严峻的主要问题。汽车排放控制已经引起世界各国的高度重视，国内外相关科技技术人员也对此做出了极大的努力，在新型汽车排放控制方面已经取得了良好的成果。为了更好控制大气环境质量，目前，对在用车排放污染物检测与控制的研究已成为一项重要的工作。因此采取有效的尾气排放控制措施，制定相应的排放法规，研究有效的汽车排气检测方法和分析技术，对于经济的可持续发展和城市环境治理有着重大的现实意义和深远影响，而研究和分析这些有害排放物的生成机理及影响其生成的因素和排放规律为此提供一些有益的依据。在城市交通条件下，汽车发动机经常处于怠速工况，因此，本论文通过分析汽油车排放污染物

9、的种类、危害以及生成机理，对在用国产车发动机怠速工况污染物的排放的统计特征进行深入系统地研究，根据汽车检测线检测得到的大量样本实测数据，展开参数估计和假设检验，确定其最优拟合分布和相应的分布参数，进而建立两种主要轿车发动机的怠速工况污染物的排放分布密度函数和分布函数统计模型。对在用汽车的排放情况进行深入分析和研究，为控制车辆排放污染提供可靠的保证，对正确评价其对城市周围大气环境所造成的污染以及排放法规的修订必将起到重要的作用。1 汽车排放污染物的种类及其危害1.1 我国汽车发展概况与环境污染近年来，随着汽车工业的不断发展,我国民用汽车保有量，尤其是大中城市的乘用车保有量一直保持高速增长, 中国

10、社科院发布的中国汽车社会发展报告2012-2013披露，到今年第一季度，中国私人汽车拥有量将破亿，未来10年左右每百户汽车拥有量将达到或接近60辆,从2000年开始，中国汽车市场进入到黄金10年,汽车保有量从1600万辆攀升到1亿多辆，过去五年，中国汽车产销量从930余万辆增加至1900多万辆。在城市中大气污染物来自不同的污染源，除汽车排放源外，还有工业源、生活源、第三产业污染源，包括点源、线源和面源1，已有的研究表明，一辆技术状况良好的汽车在运行中，每天约排放CO 3kg、HC 0.20.4kg、NOX 0.050.15kg，若汽车技术状况不良，排放的污染物将成倍增加，即使是在汽车排气控制严

11、格、技术水平先进的发达国家，汽车排气也仍然是大气污染物的一个重要来源，它的分担率较高。据研究，在大城市中，空气中的CO、HC、NOx等有害气体分别有87、61、55来自汽车排气。美国大气中CO的84、HC的70、NO、的42来源于汽车的排气；在欧洲，CO的76、HC的36和NOx的51来源于汽车排气2 ，对国内一些城市大气污染状况的调查研究结果也得到类似的研究结论。因而汽车排放所造成的污染日益加重,全国各地的雾霾天气越来越严重，机动车污染被认为是造成灰霾、光化学烟雾污染的重要原因。越来越多的证据显示，汽车排放对大气的污染已成为主要公害，由于汽车排放公害直接危害人类的健康，并破坏着自然界的生态平

12、衡，因此引起各个国家的重视，控制汽车排放污染刻不容缓。全国人大在3013年3月4日举行的新闻发布会上称，将针对主要污染物的总量控制、机动车污染防治等提出明确的应对措施。“国家应划出汽车保有量红线”被全国人大代表初次提出。1.2 汽车排放污染物的种类汽车排放的污染物主要来源于内燃机，主要是一氧化碳（CO），碳氢化合物（HC）,氮氧化物（NOX）及碳烟微粒(PM)等有害气体，他们会对人体健康造成危害，一氧化碳(CO)和人体红细胞中的血红蛋白亲和生成碳氧血红蛋白,从而削弱血液向各组织输送氧的功能,造成感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍,重者导致生命危险。氮氧化物(NO、NO2)都是对人体有害的气体,

13、特别是对呼吸系统有危害。据统计,机动车20万辆以上的城市,排放的氮氧化物所造成的空气污染占空气中氮氧化物(NOX)污染比例已上升到40%以上。另外，汽车排出的二氧化碳虽对人体健康无害，但它会造成温室效应，对大气环境有严重的影响。内燃机的排气成分随内燃机的类型及运转条件的改变而发生改变。汽油机中，这些有害排放物约占废气总量的5%，而一辆机动车所排出的有害废气相当于四辆小轿车。城市大气污染物中氮氧化合物居高不下,主要是由汽车尾气引起的，特别是在夏天阳光的照射条件下,NO2和O2、SO2可产生光化学反应，生成淡蓝紫色的光化学烟雾，其毒害性更大。在国内一些城市，汽车尾气污染已占大气污染比重的50%。因

14、此机动车污染已成为各城市的环境公害之一,做好机动车排污检测管理工作,是市政府有效遏制机动车污染的重要手段1.3 汽车排放污染物的危害1.3.1 CO的危害一氧化碳是燃料不完全燃烧后产生的一种无色、无味、难溶于水，无刺激性的有害气体。一氧化碳是汽油机排放浓度最高的有害气体，人吸入一氧化碳后，非常容易和血液中的血红蛋白结合，他的结和力是氧的200300倍，因此肺里的血红蛋白不与氧结合而与一氧化碳结合，人就会出现中毒现象，如反应能力、视敏度下降等，一氧化碳中毒的中期症状是咳嗽、头晕、恶心、呕吐、胸痛、呼吸困难，严重时会发生虚脱昏迷甚至死亡。表1.1不同浓度对人体健康的影响CO浓度（）对人体健康的影响

15、5-10对呼吸道患者有影响30人滞留8h，视力及神经系统出现障碍40人滞留8h，出现气喘1201h接触，中毒2502h接触，头痛5002h接触，剧烈心痛、眼花、虚脱300030min即死亡1.3.2 碳氢化合物的危害碳氢化合物是具有刺激性的气体，其浓度量小于一氧化碳，碳氢化合物中大部分对人体健康的直接影响并不明显。汽车尾气中的碳氢化合物有200多种，其中C2H4在大气中的浓度达0.5ppm（十万分之一）时，能使一些植物发育异常。碳氢化合物具有一定的毒性和易燃易爆的特性，其中的苯类物质又具有致癌作用，对人的呼吸系统、神经系统、造血系统都有严重的损坏作用。碳氢化合物形成酸雨，污染湖泊、土壤，影响林

16、业渔业、牧业生产，侵蚀石质和某些金属建筑物等。1.3.3氮氧化合物的危害氮氧化合物含量较少，但毒性很大，其毒性是含硫氧化物的3倍，氮氧化合物进入肺部后，能形成亚硝酸和硝酸，对肺组织产生剧烈刺激，增加肺毛细血管的通透性，最后造成肺气肿，亚硝酸则与血红蛋白结合，形成高铁血红蛋白，引起组织缺氧。氮氧化合物的最大危害是形成光化学烟雾，氮氧化合物与碳氢化合物在日光照射下会生成化学烟雾。光化学烟雾能使人眼红、头痛、手足抽搐，还能使植物枯死，橡胶破裂等。表1.2不同浓度对人体健康的影响NO2的浓度（）对人体健康影响1闻到臭味5闻到强烈臭味5-1010min，眼、鼻、呼吸道受到刺激501min内呼吸困难803

17、min，感到胸闷、恶心150在30-60min内因肺水肿而死亡250很快死亡1.3.4光化学烟雾的形成和危害光化学烟雾指HC和NO、在阳光作用下发生化学反应而生成的刺激性产物。光化学烟雾一般发生在逆温层和低风速、空气接近停滞状态，阳光充足的气象条件下。光化学烟雾的危害：第一，光化学烟雾中的甲醛、过氧化苯甲醛硝酸酯等对人的眼睛有刺激；第二，光化学烟雾中的臭氧引起人的胸部压缩、刺激粘膜、头痛、咳嗽、疲倦等；第三，光化学烟雾中的臭氧对有机物质有损害作用；第四，哮喘病增多、植物毁坏。1.3.5碳烟颗粒的危害碳烟是燃料不完全燃烧的产物。汽车发动机的碳烟主要是指直径0.110um的多空性碳粒。燃烧中各种各

18、样的不完全燃烧产物，可以以多种形式附着在多孔的活性很强的碳粒表面，这些附着在碳粒表面的物质种类繁多，其中有些是致癌物质。碳烟会降低大气能见度，造成交通不便。所谓微粒是排气中的铅化物、碳烟和油雾的总称，在车用汽油中，为了改善汽油的品质，曾采用添加各种铅的化合物，这种含铅的化合物随发动机排出时成为污染大气的有害物质，如果人们吸入这种铅化物气体时，铅将在人体内逐渐积累造成危害。当成年人的血液中混入0.08g/ml以上的铅时，将引起铅中毒。另外，汽油中添加的铅还会使催化剂中毒，影响催化反应器的转化效率和使用寿命。1.3.6 CO2排放危害CO2是一种无色，略带刺激性气味的气体，本身并没有毒性，它的危害

19、在于做为温室气体造成地球表面温度升高，也就是所谓的温室效应。由于地球上的森林资源越来越少，而燃料燃烧后排入大气的CO2不断增加，温室效应就日益严重。因此CO2就被列为重点排放控制的对象。有资料表明，在全球CO2的排放中，有14%来自于以内燃机发动机为动力的交通工具。为了摆脱温室效应的严重后果，世界各国正在开发各种高性能的汽车发动机，以降低能源消耗和CO2排放，同时，还在研究其他汽车新能源动力装置。1.3.7 非常规污染物的危害（1）硫化物的危害二氧化硫是有刺激性气味，易溶于水的无色气体。在一定条件下可以被氧化生成三氧化硫，遇水变为硫酸。二氧化硫对于人的呼吸器官以及眼膜具有伤害作用，人吸入二氧化

20、硫以后，容易产生喉头水肿以及支气管炎。人若是长期吸入二氧化硫后容易造成慢性中毒，促使呼吸道疾病加重，容易伤害肝、肾、心脏。当吸入的浓度达到400-500ppm时人就会窒息造成死亡。大气中的二氧化硫对于动、植物以及建筑物都有一定的伤害，尤其是二氧化硫在一定条件下被氧化生成三氧化硫，在空气中与水蒸气相结合形成酸雾甚至酸雨，会对建筑物和金属物品造成严重腐蚀，并且会造成河流湖泊还有土壤的逐渐酸化。柴油机产生的二氧化硫比汽油机产生的要多，重型柴油机产生的更多，有些甚至会腐蚀一些后处理系统造成永久性失效。（2）甲醛的危害甲醛是一种有强烈刺激气味，无色，易溶于水的气体。甲醛具有高毒性，在我国有毒化学品优先控

21、制名单上高居第二位。是全社会公认的变态反应源，世界卫生组织已经将甲醛确定为致癌以及致畸性物质，并且也是潜在的强制突变物。人若是甲醛中毒会产生嗅觉异常、过敏、肝功能异常、肺功能以及免疫功能异常。当空气中的甲醛浓度达到0.06-0.07时，儿童会产生气喘。当甲醛在空气中达到0.1时，就会有异味、不适感觉 ，达到0.5时，会刺激眼睛，流泪，达到0.6时，会造成咽喉疼痛。当浓度更高时，就会造成呕吐恶心，胸闷气喘，甚至肺水肿。达到30时，人会死亡。 2.汽车排放物的产生机理和影响因素汽车内燃机排气所造成的公害，对汽油机而言，CO、HC和NOX是主要的有害成分，而光化学烟雾是由HC和NOX转化而成的。空燃

22、比(AF)：是指可燃混合气中空气与燃料的质量比。理论上，1kg汽油完全燃烧需要空气14.7kg。故对于汽油机而言，空燃比为14.7的可燃混合气可成为理论混合气。若可燃混合气的空燃比小于14.7，则意味着其中汽油含量有余（亦即空气量不足），可称之为浓混合气。同理，空燃比大于14.7的可燃混合气则可称为稀混合气，应当指出，对于不同的燃料，其理论空燃比数值是不同的。过量空气系数（）：=燃烧1kg燃料所实际供给的空气质量完全燃烧1kg燃料所需的理论空气质量 由此定义表达式可知：无论使用何种燃料，凡过量空气系数=1的可燃混合气即为理论混合气；1的为浓混合气；1的则为稀混合气。2.1 CO的生成机理和影响

23、因素CO 是一种由于缺氧而不完全燃烧的产物，其生成机理比较复杂。CO 的产生主要受可燃混合气的质量和浓度的影响。对内燃机来说，CO主要在浓混合气燃烧时形成，混合气浓度越大，排气中的CO含量就越高，当降低混合气浓度时，排气中CO就明显降低。在怠速工况下，混合气较浓，由于缺氧使燃料中的C不能完全氧化成CO2，从而有CO 作为其中间产物生成。除此之外，HC 在发动机排气过程中的不完全氧化也会产生少量的CO。一般来说，燃烧终了时的CO 浓度通常取决于燃气温度，但实际上由于发动机膨胀过程中气缸内的温度下降很快，从而使温度的下降速度远高于气体中各成分建立新的平衡过程的速度，而产生“冻结”现象，所以使实际的

24、CO 浓度会大于排气温度相对应的化学平衡浓度。2.2 HC的生成机理及影响因素HC指未燃烃，是指没有燃烧或未完全燃烧的碳氢化合物的总称。除排气中的未燃烃外，还包括燃料供给系统的蒸发排放及曲轴箱排出(漏出)的未燃烃，但排气中的未燃烃在HC的生成的总量中所占比例要大的多。其生成机理有:（1）不完全燃烧怠速运转时，汽油机中的可燃混合气处于过浓状态（过量空气系数<1），同时怠速时受节气门开度小、发动机转速低、燃烧温度低、废气残余量r相对较高等因素的影响，造成不完全燃烧，产生较高的HC排放。（2）表面激冷作用增强当发动机燃烧室及气缸表面温度较低时，温度比火焰低得多，这时对燃气火焰有强烈的冷却作用，

25、从而在表面上形成一层厚0.10.2mm的未燃或未完全燃烧的混合气层，称为激冷层(Quenching layer)。该层中大量未燃HC在排气过程中被排出。研究结果表明，由于表面激冷作用而产生的HC排放可占车用汽油机HC排放的30%50%。在冷启动、暖机和怠速运转等工况下，容易形成较厚的激冷层，出现较高的HC排放。怠速工况下汽油机HC排放规律:点火时刻一定时，提高怠速转速，HC排放下降；过量空气系数一定时，推迟点火时刻，HC排放下降；提高冷却水温，HC排放亦下降。内燃机主要在浓混合气燃烧时形成。2.3 NOX的生成机理及影响因素气缸充量中的氮在高温条件下与充量中的一定量的氧发生化学反应，生成氮氧化

26、合物。氮氧化合物有NO、NO2、N2O3、N2O、N2O5、N2O4等，主要是NO，还有少量N02，统称为NOx 。NOX生成的三要素：高温、富(剩余)氧、长的持续时间等。内燃机主要在稀混合气燃烧时产生。NO的生成主要与温度有关，一般温度高于1300时开始生成氮氧化合物，随温度升高，生成量增加。NOx的排放在过量空气系数为1.1时达到最高值，无论混合气变浓还是变稀，NOx排放量均降低。2.4 碳烟(颗粒)的生成机理及影响因素颗(微)粒(Particulate Matter，PM)：稀释的排气在517(125下)或以下通过滤纸收集到的所有物质(固态和液态)。内燃机的颗粒排放由以下几部分组成：残留

27、物(主要来自润滑油灰分)；来自燃料中的硫和水：来自未燃的燃料、润滑油、重碳氢、碳粒(烟)等。其中碳烟是微粒的主要组成成份。排气微粒的组成取决于柴油机的运转工况，尤其是排气温度。碳烟产生的条件是高温和缺氧。由于柴油机的混合气浓度极不均匀，尽管总体上是富氧燃烧，但是局部的缺氧还是导致了碳烟的形成。排气中是否出现碳烟，很大程度上取决于膨胀期间温度过分下降以前燃料是否能足够快地与空气混合和燃烧。从形成机理上分析，减少碳烟和控制NOx生成在一定程度上是矛盾的。在进行排放检测时，颗粒用颗粒分析系统检测，碳烟用烟度计检测。3. 汽车排气污染物检测检测并控制汽车排放污染物，对于保护人类生存环境具有重要的意义，

28、同时，汽车发动机所排出的污染物成分与浓度与发动机的技术状况密切相关，所以通过对发动机的排气污染物进行检测，可评价发动机的技术状况，特别是燃油供给系统和点火系统的技术状况。3.1 常用汽车排放物的检测方法乘用车的检测方法主要按有无负荷进行分类，分为无负荷检测方法和有负荷检测方法两大类；根据检测工况和参数不同，目前汽车排放污染物的检测方法有：工况法、简易工况法、怠速法和双怠速法。各大检测站（线）主要用怠速法和双怠速法。我国GB18285-2005在用汽车排气污染物限制及测试方法规定，我国在用汽车采用怠速法、双怠速、加速模拟工况法、瞬态工况法和简易工况法检测汽油发动机车辆的排放污染物。3.1.1 怠

29、速法和双怠速法怠速法是对在用车排放的最初检测方法。怠速工况指发动机无负载运转状态, 即离合器处于接合位置, 变速器处于空挡位置（对于自动变速器的车应处于“停车”或“P”档位）；采用化油器供油系统的车, 阻风门处于全开位置, 油门踏板与手油门处于完全松开位置4。怠速法就是在发动机怠速工况下用废气分析仪测量尾气中HC和CO的容积排放浓度，测试值的单位为相对体积分数ppm(×10 )或百分比。它的特点是方法简单、设备费用低、测试时间短等。测量汽车怠速污染物浓度的目的是判断汽车发动机燃烧是否达到正常状态，从而降低油耗和排放。双怠速法是在用车在怠速工况和高怠速(50额定转速)工况下，测量排气中

30、CO、HC体积浓度的方法。它由国际标准化组织在IS03929中提出，各国普遍认可并采用。国家环境保护部在颁布的在用汽油车排放法规中，把双怠速法作为基本的测量方法，双怠速法测量是为了监控由化油器量孔的磨损造成的汽车排放恶化，或者为了监控因催化转化器转化效率降低造成的汽车排放恶化。当汽车为多排气管时，分别取各排气管高怠速排放测量结果的平均值和怠速排放测量结果的平均值。双怠速法测量的主要污染物是CO和HC，GB 182852005规定用双怠速法测量污染物使用不分光红外分析仪(NDR)。双怠速测量的主要优点是对测试仪器的要求不高，简单易行，对高排放测量有一定的识别率。3.1.2 简易工况法简易工况法是

31、一种比怠速法更先进的检测技术，是针对机动车的复杂工况，利用底盘测功机模拟机动车在道路(负荷)行驶工况各种状态下检测机动车排放的主要废气污染物CO(一氧化碳)、HC(碳氢化合物)、NOx(氮氧化合物)等，从而发现高排放车辆，对在用的机动车辆实施机动车排放污染控制5。简易工况法检测技术主要包括稳态加速模拟工况(ASM)、瞬态加载工况(IM240)和简易瞬态工况法（IM240）。（1）汽油车稳态加载模拟工况法（ASM）稳态加载模拟工况法又称加速模拟工况（Acceleration Simulation Mode，简称 ASM），是美国西南研究所和 SIERRA 研究所于1988年共同研究开发的试验方法

32、。1996 年美国 EPA 认可了ASM，并规定了试验方法、设备要求等。该方法是将车辆放置在底盘测功机上，模拟汽车以一定车速（一般为25.0km/h 和 40.0km/h）加速时的道路负荷，测试排放中的 HC、CO 和NOX的浓度，检测结果以浓度表示。国外研究表明 ASM 检测结果与美国联邦新车实验程序 FTP 结果相关性较差，这主要是由于 ASM 是等速等负荷的稳态行驶工况，而 IM240 和 FTP 是变速变负荷的瞬态行驶工况，显然对排放有不同影响。另外，排放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，尤其是对电喷加三元催化器的车辆，误判率最高可达

33、35%左右，准确率最差时可低到 65%。ASM 法可识别出NOX排放高的车辆，但由于工况单一，与汽车实际行驶时的排放状况仍有一定差别。ASM 的另一不足之处是该方法基于排放浓度而不是排放质量。发动机排量小的车辆排放质量少，排量大的车辆排放质量多，但其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。（2）汽油车瞬态工况法（IM240）1990 年，美国提出了加强型的瞬态排放检测方法IM240，该方法所用试验仪器设备基本与美国联邦试验法FTP（新车排放试验方法）相同。IM240试验工况采用FTP曲线前 0333 秒的两个峰，并将测试时间缩短为240。IM240 试验要求底盘测

34、功机的控制精度更高，排放结果以g/mile表示。IM240是一种技术含量高的检测方法，与FTP的相关性较好，测试精度和重复性也较好，但设备费用昂贵，维护比较复杂，检测时间较长，对检测人员也有较高的要求。国外研究表明，IM240特点测试结果与FTP结果有很好的相关性，同时IM240对3种污染物的测试结果相对于FTP结果的离散性很小，所以IM240的错判率很低。（3）汽油车简易瞬态工况法（VMAS） 为了克服 ASM 与 FTP 相关性差，但费用太高、不利于推广的困难，一种被称作 VMAS（Vehicle Mass Analysis System）的检测方法在美国出现，VMAS是美国 Sensor

35、s 公司于 1998 年研发的用于一般型在用汽车排放检测的简易瞬态排放测试方法。美国 EPA 在 2001 年认可了用的 VMAS 检测方法。相对于 IM240 工况法，VMAS 工况法要求的设备仪器条件要求低，但略高于 ASM 法。当 VMAS 采用与 IM240 相同的测试工况时，两者测试结果的相关性非常好。1998 年美国 EPA 进行了 VMAS 和 IM240 对比的试验，试验对随机选取的846 辆车做了 VMAS、IM240 的同步测试。三种污染物的相关因子可达到：CO为 99.3%；HC 为 93%；NOX为 99.2%。，表现出极好的相关性。3.1.3 我国普遍常用汽车检测方法

36、由于在城市交通条件下，汽车频繁的在怠速、加速、减速等工况下运行，行驶速度极低，这种恶劣的行驶条件将导致排放的进一步增加，在城市交通流中，汽车多为汽油机，汽车发动机经常处于怠速工况，汽车启动后的暖机时刻，十字路口等红灯时刻及交通堵车时刻，汽车均处于怠速工况，而且怠速法方法简单、设备费用低、测试时间短。因此在在用汽车排放标准方面，我国现阶段主要还是怠速法。怠速状态下的排放主要受稳态下发动机空燃比和点火状态的影响，对在用车来说，通过怠速排放检测，可以发现由使用所造成的空燃比、点火状态及气门间隙等因素异常所引起排放超标，并通过多项调整手段可以使之恢复正常6。国家GB18285-2005在用汽车排气污染

37、物限值及测试方法要求汽油车的排放污染物CO和HC浓度检测在怠速下进行，以便反映车辆的排放情况。因此本文作为研究基础的样本数据是通过怠速工况下大量某型在用国产车汽油机排放实际检测获得的。这样可以从数理统计角度保证研究结果的准确性和可靠性。并观察每辆车的怠速HC排放是否符合GB18285-2005轻型汽车污染物排放限值及测量方法(双怠速法及简易工况法)中的限值。汽油机怠速运转的特点是转速低，节气门开度小，供油量少，但混合气浓度较高，雾化质量不良。节气门开度小，使残余废气相对较多有的汽油机残余废弃系数可达0.350.8，而且各缸差别较大。这种情况导致燃烧缓慢，燃烧不完全，甚至因点不着火而出现间歇性着

38、火现象，一般情况下，在怠速时CO和HC排放浓度高而NOx排放浓度相对较低，我们可以适当提高汽油机怠速，使进气节流度减小，充气量增加，残余废气量相对减少，以改善发动机燃烧，对降低CO和HC排放量有利。3.2 汽车排放检测仪器的选择汽油车在发动机怠速工况下，检测排放废气中的CO和HC的含量。主要的检测仪器有：不分光红外线CO和HC气体分析仪、氢火焰离子型分析仪、化学发光分析仪和五气体分析仪。检测站（线）大多使用不分光红外线CO和HC气体分析仪，个别地区（北京、上海等城市）由于排放标准的要求用五气体分析仪。不分光红外线CO和HC气体分析仪利用CO、HC气体能够吸收一定波长范围内红外线的性质，且红外线

39、被吸收的程度与废气体积分数之间有一个正比的关系，来检测废气中的CO和HC的体积分数（1）不分光红外吸收法：仪器结构简单，测量精度高，运行费用低，操作简便，可分析 CO、CO2、HC、NO 等气体的浓度，因而被广泛用于汽车排放污染物浓度的分析。（2）电化学法：NOX、O2检测器是电化学式，属消耗性的，寿命多为两年以内。当有气体通过时会输出与气体浓度成良好线性的电压、电流信号，通过一定的电路处理送显，结构简单，易于更换。（3）氢火焰离子化法：测量HC具有准确度高、输出与碳原子数成良好线性关系的优点。（4）化学发光法分析：NOX具有灵敏度高、反应速度快、线性好等特点。因而用氢火焰离子化法分析 HC，

40、用化学发光法分析NOX被各国广泛推荐为发动机排气分析的标准方法。但由于他们结构较复杂，运行费用较高，操作不够简便，目前只应用于发动机排气分析。可见，汽油车尾气检测仪器的检测原理不同、检测精度不同，价格也有高低，所以应根据当地的排放要求和检测站（线）功能综合考虑选择。按照我国现行标准规定，怠速排放检测使用不分光红外线分析仪( NDIR) 确定尾气中CO和HC 的浓度。怠速排放分析仪成本低、操作方便快捷, 在我国机动车排放管理中使用普遍怠速检测的优点是测试仪器价格便宜、试验持续时间较短、试验费用较低、简单快捷, 因此广泛适用于检测线车辆年检、环保部门进行路检以及修理厂对车辆的检修工作等方面，用以帮

41、助环境监管人员、车辆维修人员判断发动机是否处于正常的工作状态。不分光红外线气体分析仪（NDIR）由废气取样装置、废气分析装置、浓度指示装置和校准装置构成。废弃取样装置由取样探头、滤清器、导管、水分离器和泵等组成。通过取样探头、导管和泵从汽车排气管中收集废气，经滤清器和水分离器除去废气中的碳渣、灰尘和水分后，送入废气分析装置。3.3 汽车排气污染物检测标准我国的汽车排放标准是根据我国汽车排放污染物检测的历史与现状，以及我国汽车排放控制技术发展的状况而制定的。与国外先进国家相比，我国汽车尾气排放法规起步较晚、水平较低，根据我国的实际情况，从八十年代初期开始采取了先易后难分阶段实施的具体方案，其具体

42、实施至今主要分为四个阶段，也就是我们常说的国I、国II、国III、国IV。第一阶段：1983年我国颁布了第一批机动车尾气污染控制排放标准，这一批标准的制定和实施，标志着我国汽车尾气法规从无到有，并逐步走向法制治理汽车尾气污染的道路，在这批标准中，包括了汽油车怠速污染排放标准、柴油车自由加速烟度排放标准、汽车柴油机全负荷烟度排放标准三个限值标准和汽油车怠速污染物测量方法、柴油车自由加速烟度测量方法、汽车柴油机全负荷烟度测量方法三个测量方法标准。第二阶段： 在1983年我国颁布第一批机动车尾气污染控制排放标准的基础上，我国在1989年至1993年又相继颁布了轻型汽车排气污染物排放标准、车用汽油机排

43、气污染物排放标准二个限值标准和轻型汽车排气污染物测量方法、车用汽油机排气污染物测量方法二个工况法测量方法标准，至此，我国已形成了一套较为完态的汽车尾气排放标准体系；值得一提的是，我国93年颁布的轻型汽车排气污染物测量方法采用了ECER1504的测量方法，而测量限值轻型汽车排气污染物排放标准则采用了ECER1503限值标准，该限值标准只相当于欧洲七十年代来的水平（欧洲在1979年实施ECE R1503标准）。第三阶： 以北京市DB11/1051998轻型汽车排气污染物排放标准的出台和实施，拉开了我国新一轮尾气排放法规制订和实施的序曲，从1999年起北京实施DB11/1051998地方法规，200

44、0年起全国实施GB149611999汽车排放污染物限值及测试方法（等效于91/441/1EEC标准），同时压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法也制订出台；与此同时，北京、上海、福建等省市还参照ISO3929中双怠速排放测量方法分别制订了汽油车双怠速污染物排放标准地方法规，这一条例标准的制订和出台，使我国汽车尾气排放标准达到国外九十年代初的水平。第四阶段：汽车排放污染物主要有HC（碳氢化合物）、NOx（氮氧合物）、CO（一氧化碳）、PM（微粒）等，通过更好的催化转化器的活性层、二次空气喷射以及带有冷却装置的排气再循环系统等技术的应用，控制和减少汽车排放污染物到规定数值以下

45、的标准。根据规划，北京市2008年对全市新增机动车实施“国家第四阶段机动车污染物排放标准”（以下简称“国4排放标准”），具有国4标准的汽车燃油将在2008年1月1日起开始全市供应。对于本文研究的田野BQ1021普通轻型汽车，我国汽车排放污染物限值实施的国家标准主要有GB182852005点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法），在此标准中，规定了在用汽油汽车对装用点燃式发动机的车辆怠速 CO、HC排放的具体规定，见表3.1表3.1 装用点燃式发动机的车辆怠速实验排气污染物限制值车辆类型CO ( %)HC ()2005年7月1日新生产的第一类轻型汽车0.5100200

46、0年7月1日新生产的第一类轻型在用汽车0.8150* HC容积浓度值按正乙烷当量 浓度单位均为体积比4 汽车排放物排放样本数据的统计特征分析4.1汽车排放样本数据采集按照现行国家标准规定，在汽车怠速排放排放物样本数据采集过程中，用不分光红外线吸收型( NDIR) 检测仪进行检测。检测时， 发动机由怠速工况加速至70 % 标定转速，维持该转速60 s 后降至怠速；将取样探头插入排气管内400 mm 并予以固定；将指示仪表的读数转换开关设到最高量程位置，一边观察指示仪表，一边用读数转换开关选择相应具体排放值的合适量程挡位。待发动机维持怠速15 s 后开始读数，记录30 s 测量时段内出现的排放最大

47、值和最小值，取二者的平均值作为检测结果。一辆车检测完毕后，将取样探头从排气管中抽出，置于新鲜空气中5 min 并待仪器指针回0 后，方可进行下一辆车的检测。本文所得样本数据为汽车检测线获得的227辆田野牌普通轻型货车怠速时所测得的CO、HC、CO2量。（检测得到的原始数据见附录）4.2排放样本实测数据的初步处理自然界中总是存在着一类现象，归纳起来可以看作是在相同条件下一系列的试验，其可能结果不止一个，在每次试验之前无法预知其确切的结果，即呈现出不确定性，但在大量重复试验下结果却呈现出特有规律性。这种在大量重复试验中所呈现出的固有规律性，就是所谓统计规律。4.2.1数据分析的直方图直方图是用来整

48、理数据，找出其规律性的一种常用方法。通过直方图，可以求出一批数据（一个样本）的样本均值及样本标准差，更重要的是根据直方图的形状可以初步判断该批数据（样本）的总体属于哪类常见分布。对利用分析仪在怠速状态下采集到的轻型货车排放数据进行认真地分析处理，在分析过程中，具体步骤如下：（1）在收集到的一批数据中，先将数据进行排序，找出最大值最小值。（2）确定极差，将数据分组，一般分为813组。 (3) 计算组距和各组频数和频率，得到各排放物的数据初步处理结果，如下表:表4.1 发动机怠速 CO排放数据初步处理结果组别下限上限频数累计频数频率10.10.3495950.41850220320.340.587

49、21670.31718061730.580.82241910.10572687240.821.06122030.05286343651.061.3192220.08370044161.31.540222071.541.7812230.00440528681.782.020223092.022.2602230102.262.542270.017621145表4.2 发动机怠速HC排放数据初步处理结果组别下限上限频数累计频数频率1221.332320.140969163221.340.634660.149779736340.659.9361020.158590308459.979.2241260.

50、105726872579.298.5361620.158590308698.5117.8221840.0969163007117.8137.1131970.0572687228137.1156.4142110.0616740099156.4175.752160.02202643210175.7195112270.04845815表4.3 发动机怠速CO2排放数据初步处理结果组别下限上限频数累计频数频率10.11.5650500.22026431721.563.0213630.05726872233.024.4815780.06607929544.485.948860.03524229155.9

51、47.410960.04405286367.48.8671030.03083700478.8610.32161190.070484581810.3211.78201390.088105727911.7813.24271660.1189427311013.2414.7612270.268722467（4）画出各排放物的频率分布直方图图4.1 怠速CO排放频率分布直方图图4.2 怠速HC排放分布直方图图4.3 怠速CO2排放分布直方图4.2.2参数估计与假设检验根据数据统计原理建立各种主要分布，如指数分布，正态分布，威布尔分布以及对数分布等，并展开相应的参数估计与假设检验，通过对各排放物的分布直方

52、图观察和用MATLAB软件对数据分析和假设检验得，各排放物均不服从正态分布，随之用最小二乘法相关系数检验法对指数分布，威布尔分布等数学模型进行相应的参数估计和假设检验，采用相关系数的高低来评价拟合的高低准确程度，并在此基础上选出最优的拟合分布。（1）参数估计下面以两参数威布尔分布为例导出相应的线性回归模型，其分布函数形式如下：，x>0 (4.1)对式（1）移项整理，反复取两次自然对数后有 (4.2)令,，得到线性回归方程Y=a+bX (4.3)于是可得：服从威布尔分布的参数m=b，=，相关系数R。不同分布线性回归模型对应的相关系数见下表：表4.4 怠速CO排放参数估计及拟合检验结果分布形

53、式参数估计值分布拟合检验相关系数威布尔分布m=1.5062=1.8007R=0.9347指数分布=2.1098R=0.9565正态分布=0.4974=0.4123 R=表4.5 怠速HC排放参数估计及拟合检验结果分布形式参数估计值分布拟合检验相关系数威布尔分布m=1.3076=81.9921R=0.9919指数分布=0.0151R=0.9230正态分布=73.6696=49.5076 R=表4.6 怠速CO2排放参数估计及拟合检验结果分布形式参数估计值分布拟合检验相关系数威布尔分布m=0.6568=9.1878R=0.9056指数分布=0.1290R=0.7769正态分布=8.0291=5.4

54、364R=（2） 拟合检验在EXCEI中，使用图表功能求出服从威布尔分布的形状参数m和尺度参数，以及服从指数分布时的，通过插画散点图，添加回归直线，可以得出拟合相关系数，从而判断检验拟合的高低程度，以下各图即为各排放物服从最优分布时的线性回归检验图：图4.4 CO服从指数分布是的线性回归检验图图4.5 HC服从指数分布是的线性回归检验图图4.6 CO2服从指数分布是的线性回归检验图由以上各图表可知，对于怠速CO排放，用指数分布拟合所得相关系数最大，所以指数分布是最优拟合分布，对于怠速HC、CO2排放，用两参数威布尔拟合所得的相关系数在各种不同拟合分布中最大，所以威布尔分布被认为是最优拟合分布。4.3 数学统计模型的建立及应用4.3.1建立