汽车试验学课件 第9章 汽车环境保护性试验

第9章

汽车环境保护性试验课件制作：许兆棠汽车试验学（许兆棠主编）机械工业出版社9.1

汽车排气污染物测量

9.1.1汽油车排气污染物测量9.1.2柴油车排气污染物测量9.2汽车噪声测量

9.2.1汽车噪声测量仪9.2.2汽车行驶车外噪声的测量

9.2.3汽车车内噪声测量

9.2.4汽车喇叭声级的测量讲授内容9.1汽车排气污染物测量

9.1.1汽油车排气污染物测量

9.1.2柴油车排气污染物测量9.1.1汽油车排气污染物测量

1.汽油车排气污染物测量的目的及标准

汽油车排气污染物测量的目的是测量汽油车排气中CO、HC、NOx、CO2和O2的5种气体成分的浓度，主要测量CO、HC、NO和CO2的浓度，其中，CO、HC、NOx、CO2是排气污染物，用于评价汽油车排气污染物是否超标。汽油车排气污染物测量的标准是国家标准GB18285-2018《汽油车污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）》，用于新生产下线车、入境进口车、注册登记车和在用车检验。9.1.1汽油车排气污染物测量

2.汽油车排气污染物测量的仪器

(1)不分光红外分析仪不分光红外分析仪用于检测汽车排气中的CO、HC、NOx和CO2气体的含量，是测量CO和CO2最好的方法，但测定NOx的精度不高。

不分光红外分析仪的工作原理是利用气体吸收红外线的性质。汽车排气中的CO、HC、NOx和CO2等气体都具有吸收一定波长范围红外线的性质，而且红外线被吸收的程度与排气浓度之间有一定的关系。

(2)氢火焰离子检测器氢火焰离子检测器是检测汽车排气中HC成份最有效的方法。

氢火焰离子检测器的工作原理是利用碳氢化合物在氢火焰的高温（2000℃左右）中热致电离形成自由离子，且离子数与碳原子数基本成正比。碳离子在100V～300V外加电压作用下形成离子流，微弱的离子电流经放大后输出，根据离子电流，测出排气中HC含量。9.1.1汽油车排气污染物测量

(3)化学发光分析仪化学发光分析仪被认为是目前测定汽车排气中NOx的最好方法，它具有的优点是灵敏度高，反应速度快的优点。化学发光分析仪的原理是：化学发光法只能直接测定NO，不能直接测量NO2。检测时，令待测气体中的NO与臭氧O3反应，生成NO2*（NO2的激发态）分子，在NO2*由激发态向基态衰减的过程中，会发出波长为0.6～3μm的光量子，这一现象即为化学发光。其发光强度与NO的体积分数成正比。化学发光反应所产生的光子，由光电倍增管转换后，经放大器送往记录器检测。对于被测气体中的N02，先通过适当的转换将其还原成NO，即可间接测出NO2含量以及NOx总量。9.1.1汽油车排气污染物测量(4)四气体分析仪和五气体分析仪

能同时检测CO、HC、CO2和O2的4种气体成分的浓度仪器为四气体分析仪，其中，CO、CO2和HC的浓度通过不分光红外分析的原理测定，O2的浓度通过氧传感器测定。氧传感器主要包括氧化钛和氧化锆传感器，是一个与O2的浓度有关的原电池，具体原理，可见汽车发动机燃油供给系统。如果在上述四气体分析仪的基础上，再增加NOx的检测功能，就成为五气体分析仪。测定NOx的最好的方法是化学发光分析法，但是该方法的仪器复杂，成本高。一些供在线检测用的五气体分析仪，没有采用化学发光分析仪，而是将CO、HC、NOx和CO2都交由不分光红外分析仪来检测，O2仍然由氧传感器测定，NOx的检测精度低。9.1.1汽油车排气污染物测量图9-1汽车尾气分析仪9.1.1汽油车排气污染物测量(5)气相色谱仪

气相色谱法是一种利用不同气体的沸点、极性及吸附性质的差异，将混合气体中各种成分相互分离，以便于对混合气的组成和各成分的浓度进行详细分析的方法。

气相色谱仪主要用于确定排放气体中HC的具体组分以及各种成分的体积分数，而一般的汽车排放分析仪只能给出HC的总体积分数。(6)顺磁分析仪

根据磁学理论，顺磁性物质的特性是在无外磁场作用时，由于热运动，使原子磁矩取向无规则；在有外磁场作用时，原子的磁矩有沿磁场方向取向的趋势，显示出磁性。汽车排气中的顺磁性气体有O2和NO等，并且NO的顺磁性较弱，仅为O2的44%。在汽车排气中，一般情况下氧的浓度要比NO高，故可以根据顺磁性物质特性制作的顺磁分析仪来测量排气中的O2，或者说，顺磁分析仪主要用于测量排气中的O2。9.1.1汽油车排气污染物测量3.汽油车排气污染物测量的方法

新车、注册登记和在用车辆，要进行排气污染物的测量。汽油车排气污染物的测量采用简易工况法中的一种方法进行测量，对无法使用简易工况法的车辆及4驱的新车，采用双怠速法进行测量。在汽油车排气污染物测量中，测试仪器为四气体分析仪或五气体分析仪。简易工况法在测功机上进行，双怠速法不在测功机上进行。

9.1.1汽油车排气污染物测量

(1)双怠速法1）双怠速法的概念双怠速法是指在怠速工况下测定CO和HC的排放量，以及高怠速工况下测定CO、HC的排放量和过量空气系数的方法。双怠速法的测量数据应符合标准限值。进行双怠速法试验需要使用排气分析仪，不需要使用底盘测功机。

怠速工况指汽车发动机最低稳定转速工况，即离合器处于结合位置、变速器处于空挡位置、自动变速器处于“P”挡位，加速踏板处于完全松开位置。

高怠速工况指满足上述条件（除加速踏板处于完全松开位置的条件），用加速踏板将发动机转速稳定控制在规定的高怠速转速下。轻型汽车的高怠速转速为2500±200r/min，重型汽车的高怠速转速为1800±200r/min；如这些高怠速转速不适用，则执行汽车制造厂技术文件中规定的高怠速转速。9.1.1汽油车排气污染物测量2）双怠速法测量程序

①首先进行测试前的发动机准备:保证被检测车辆处于制造厂规定的正常状态。测试仪器的取样探头插入排气管中，深度不少于400mm，并固定在排气管上。

②发动机预热：发动机从怠速状态加速至70%额定转速，运转30s后降至高怠速状态。

③高怠速污染物测量：发动机在高怠速状态维持15s后，由具有平均值功能的双怠速法测试仪器读取30s内的平均值，其平均值即为高怠速污染物测量结果。④怠速污染物测量：发动机从高怠速降至怠速状态15s后，由具有平均值功能的仪器读取30s内的平均值，其平均值即为怠速污染物测量结果。9.1.1汽油车排气污染物测量图9-2双怠速法测量程序9.1.1汽油车排气污染物测量图9-3测试仪器的取样探头插入排气管中9.1.1汽油车排气污染物测量(2)稳态工况法1）稳态工况法的概念稳态工况又称加速模拟工况(ASM)。稳态工况法是指汽车预热到规定的热状态后，加速至规定车速，根据汽车规定车速时的加速负荷，通过底盘测功机对汽车加载，使汽车保持等速运转的运行状态，在这样的工况下测试汽车排放的方法稳为态工况法。

稳态工况试验方法由ASM5025和ASM2540两个试验工况组成。图9-4稳态工况法(ASM)试验运转循环9.1.1汽油车排气污染物测量2）稳态工况法测量程序①测试前的准备:检测车辆的驱动轮位于底盘测功机的滚筒上，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。

②ASM5025工况测试：车辆预热后加速至25km/h。驾驶员控制车速，保持在25km/h±2.0km/h等速运转5s后，工况计时器开始计时t=0s。ASM5025工况时间长度不应超过90s，ASM5025整个测试工况最大时间长度不应超过145s。

ASM5025工况记时开始10s后，开始检测，每秒测量一次，计算10s内排放的平均值，并结速检测，进行排放限值判定；如果没有通过检测，则车辆继续运行至计时器t=90s，ASM5025工况结束，期间车速应控制在25km/h±2.0km/h内。9.1.1汽油车排气污染物测量③ASM2540工况测试：ASM5025工况排放检验不合格的车辆，需要继续进行ASM2540工况排放检验。ASM5025工况检测结束后，车辆立即加速至40km/h。测功机以车辆速度为40km/h，并以(40±1.5)km/h的速度持续运转5s后，工况计时器开始计时t=0s。ASM2540工况时间长度不应超过90s，ASM2540整个测试工况最大时间长度不应超过145s。

ASM2540工况记时开始10s后，开始检测，每秒测量一次，计算10s内排放的平均值，并结速检测，进行排放限值判定；如果没有通过检测，则车辆继续运行至计时器t=90s，ASM2540工况结束，期间车速应控制在40km/h±2.0km/h内。9.1.2

柴油车排气污染物测量1.柴油车排气污染物测量的目的及标准柴油车排气污染物测量的目的是测量柴油车排气污染物中PM（颗粒状物质，即炭黑），用于评价柴油车排气污染物是否超标。柴油车排气中的有害成分主要有CO、HC、NOx以及PM（颗粒状物质）等。

柴油车排气污染物测量的标准是国家标准GB3847-2018《柴油车污染物排放限值及测量方法（自由加速度法及加载减速法）》，用于新生产下线车、入境进口车、注册登记车和在用车检验。9.1.2

柴油车排气污染物测量2.柴油车排气污染物测量的仪器不透光烟度计的工作原理：利用透光衰减率来测定排气中的可见污染物的含量。测量前，向空气校正器中吹人干净空气，转动转换手柄，使光源和光电池移至空气校正器两侧，做零点校正。然后再转动手柄，将光源和光电池移至排气测试管两侧，并将需要测定的一部分汽车排气连续不断地导人排气测试管。光源发出的光被排气中的可见污染物所吸收，烟度越大，光吸收率就越高，即不透光度越高，光电池接收到的光通量也就越小，并通过光电转换显示出测量结果。图9-6不透光式烟度计工作原理图9-5烟度计9.1.2

柴油车排气污染物测量9.1.2

柴油车排气污染物测量3.柴油车排气污染物测量的方法

(1)自由加速法

自由加速法是指发动机怠速下，在1秒的时间内，迅速将油门踏板踩到底，使喷油器供给最大油量，发动机突然加速到高速空载运转，此时，发动机不完全燃烧，污染物增多，在此过程中，检测排气污染物。检测过程如下：1）测试准备

发动机应充分预热，在正式进行排放测量前，应采用三次自由加速过程或其他等效方法吹拂排气系统，以清扫排气系统系统中的残留污染物。将分流式不透光烟度计的采样探头插入受检车辆的排气管内，插入深度不得低于400mm。9.1.2

柴油车排气污染物测量2）排气污染物检测①怠速：发动机在每个自由加速循环的开始点均处于怠速状态，对于重型车发动机，油门踏板放开后至少等待10秒钟。②自由加速及烟度检测：在1秒的时间内，将油门踏板连续完全踩到底，使供油系统在最短时间内达到最大供油量，同时进行烟度检测，油门踏板踩到底后，保持油门踏板踩到底的位置到符合松开油门踏板的条件，再松开油门踏板，恢复怠速，为下次自由加速及烟度检测做准备。松开油门踏板的条件为：在松开油门踏板前，发动机必须达到断油转速；对于使用自动变速器的车辆，应达到发动机的额定转速，如无法达到额定转速，不应小于额定转速的2/3。在自由加速法检测中，要进行多次自由加速烟度检测，取最后3次自由加速烟度测量结果的算术平均值作为所测烟度值。9.1.2

柴油车排气污染物测量

3）测量结果的判定与测量标准

注册登记和在用汽车排放检验排放限值见表9-4，其检测结果小于表9-4中自由加速法规定的限值a；汽车所在地区对车排放要求高时，其检测结果小于表9-4中自由加速法规定的限值b。表9-4注册登记和在用汽车排放检验排放限值类别自由加速法加载减速法光吸收系数（m-1）或不透光度(%)光吸收系数（m-1）或不透光度(%)氮氧化物(×10-6)限值a1.2（40）1.2（40）1500限值b0.7（26）0.7（26）900注：海拔高度高于1500mm的地区加载减速法可以按照1000m增加0.25m-1幅度调整，总调整不得超过0.75m-1。9.1.2

柴油车排气污染物测量(2)加载减速法加载减速法是在车辆空挡加速、前进挡加速、发动机转速稳定后加速的工况下，在底盘测功机上，测量汽车排气可见污染物的方法，其测试设备主要包括底盘测功机、分流式不透光烟度计、化学发光分析仪和发动机转速计等，由计算机控制。氮氧化物的测定用化学发光分析仪，测得结果为NO和NO2的总和。

检测过程如下：1）测试准备

试验前先对车辆的技术状况进行预检，以确定待检车辆是否能够进行后续的排放检测。再将待检车辆放在底盘测功机上，驱动轮在滚筒上，预热发动机，直到冷却液温度达到正常温度范围；选择合适挡位，使油门踏板要最大位置时，待检车辆的最高转速最接近70km/h。发动机熄火，变速器置空挡，将分流式不透光烟度计的采样探头插入受检车辆的排气管内，插入深度不得低于400mm。9.1.2

柴油车排气污染物测量2）排气污染物检测①空挡检测：起动发动机，变速器置空挡，逐渐加大加速踏板直到开度达到最大，并保持在最大开度状态，记录这时发动机的最大转速，然后松开加速踏板，使发动机回到怠速状态。

②前进挡检测：使用前进挡驱动被检车辆，选择合适的挡位，使加速踏板处于全开位置时，测功机指示的车速接近70km/h，但不能超过100km/h。对装有自动变速器的车辆，应注意不要在超速挡下进行测量。

③自动检测：当发动机转速稳定后，检测员按下自动检测开始键，系统自动进行加载减速试验，加速踏板保持在全开位置。假设最大功率下的转鼓线速度用VelMaxHP表示，则依次完成VelMaxHP和80%VelMaxHP两个速度点的排放检测。

④结束检测：关闭测功机测功控制装置(PAU)和车辆。9.1.2

柴油车排气污染物测量

3）测量结果的判定与测量标准

注册登记和在用汽车排放检验排放限值见表9-4，其检测结果小于表9-4中加载减速法规定的限值a；汽车所在地区对车排放要求高时，其检测结果小于表9-4中加载减速法规定的限值b。表9-4注册登记和在用汽车排放检验排放限值类别自由加速法加载减速法光吸收系数（m-1）或不透光度(%)光吸收系数（m-1）或不透光度(%)氮氧化物(×10-6)限值a1.2（40）1.2（40）1500限值b0.7（26）0.7（26）900注：海拔高度高于1500mm的地区加载减速法可以按照1000m增加0.25m-1幅度调整，总调整不得超过0.75m-1。9.2

汽车噪声测量

9.2.1汽车噪声测量仪

9.2.2汽车行驶车外噪声的测量

9.2.3汽车车内噪声测量

9.2.4汽车喇叭声级的测量9.2.1汽车噪声测量仪声级计通常由传声器（也称话筒、麦克风）、放大器、衰减器、计权网络、检波电路和指示表头等部分组成。

声级计的基本工作原理：将被测声波的声压信号通过传声器转换成电压信号，经放大器放大，交由衰减器调整量程后，再经过计权网络修正、检波，最后由表头显示相应的声压级数值。图9-8声级计的外形图9-8声级计的组成及基本原理9.2.2汽车行驶车外噪声的测量汽车行驶车外噪声的测量分为汽车行驶车外噪声的场地测量和室内测量。

下面介绍轻型汽车多工况行驶车外噪声场地测量和汽车加速行驶车外噪声室内测量。9.2.2汽车行驶车外噪声的测量

1.轻型汽车多工况行驶车外噪声场地测量轻型汽车多工况行驶车外噪声场地测量是在场地上测量轻型汽车加速和等速工况行驶的车外噪声，包括轻型汽车加速和匀速行驶车外噪声场地测量。

轻型汽车多工况行驶车外噪声场地测量的标准是国家标准GB/T40578-2021《轻型汽车多工况行驶车外噪声测量方法》。

（1）测量条件汽车噪声测量场地及测量区的布置如图9-9所示，图中单位是米。测量场地跑道应为平直、干燥的沥青或混凝土路面，坡度应不大于0.5%。声级计话筒布置在20m跑道中心点两侧，各距中心线7.5m，距地面高度1.2m，话筒轴线平行于路面并垂直于车辆行驶方向。测量时，使用声级计的“F”时间计权特性和“A”频率计权特性，“快”挡测量，读数时间间隔不超过30ms。通过汽车速度测量仪测量车速。测试质量为整车整备质量车上75kg后的质量。9.2.2汽车行驶车外噪声的测量图9-9汽车噪声测量场地及测量区的布置9.2.2汽车行驶车外噪声的测量图9-9汽车噪声测量场地及测量区的布置9.2.2汽车行驶车外噪声的测量（2）加速行驶车外噪声场地测量

1）车速条件及加速度范围

试验车辆的加速度a应满足以下要求：VPP′=30km/h±1km/h时，0.5m/s2≤a≤3.5m/s2。VPP′=50km/h±1km/h时，0.5m/s2≤a≤3.0m/s2。VPP′=70km/h±2km/h时，0.3m/s2≤a≤2.5m/s2。2）试验方法

在30km/h±1km/h、50km/h±1km/h、70km/h±2km/h和对应的加速度范围内，进行两次测量，记录试验车辆每次通过测量区的最大声压级，车辆同侧两次测量结果之差，应不大于2dB，并把测量结果记入规定的表格中。取两侧平均值中较大值作为最终结果。9.2.2汽车行驶车外噪声的测量（3）匀速行驶车外噪声场地测量

1）车速条件

测量过程中，试验车辆接近纵向中心线CC′线动力装置的转速应不大于80%额定转速，试验车辆传动系统采用道路正常行驶常用的驱动方式。M1类车辆的车速为80km/h±2km/h和110km/h±2km/h，N1类类车辆的车速为80km/h±2km/h和90km/h±2km/h，2）试验方法

试验车辆在每个车速条件下，进行两次测量，记录试验车辆每次通过测量区的最大声压级，车辆同侧两次测量结果之差，应不大于2dB，并把测量结果记入规定的表格中。取两侧平均值中较大值作为最终结果。试验车辆从进入AA′线至通过BB′线，应保持匀速行驶。9.2.2汽车行驶车外噪声的测量

2.轻型汽车多工况行驶车外噪声室内测量

下面介绍M1类、M2类和N1类车辆（轻型汽车）车外噪声室内测量，包括汽车加速和匀速行驶车外噪声室内测量。

轻型汽车多工况行驶车外噪声室内测量的标准是国家标准GB/T40625-2021《汽车加速行驶车外噪声室内测量方法》。9.2.2汽车行驶车外噪声的测量

(1)测量条件汽车噪声试验室如图9-10所示，汽车噪声试验室的布置如图9-11所示，图中单位是米。试验室应与室外测量场地具有等效的自由场条件，应能提供相同的有效的声传播特性。试验室为半消声室，只有地面反射声波，四周的墙面及室顶上有吸声材料，靠墙面阵列传声器（声级计话筒），传声器到吸声材料的距离超过1/4波长，地面反射噪声，室内试验设施的背景噪声至少比被测噪声低10dB(A)。AA′线与BB′线之间的距离为20m。底盘测功机对称CC′线安装在试验室的中部靠近PP′线的位置。传声器布置在中心点两侧，各距中心线7.5m，距地面高度1.2m，话筒轴线平行于路面并垂直于车辆行驶方向，由中心点向两侧试轨道每隔0.5m放置一个传声器，形成阵列。测量时，使用声级计的“F”时间计权特性和“A”频率计权特性，“快”挡测量，读数时间间隔不超过30ms。上75kg后的质量。9.2.2汽车行驶车外噪声的测量图9-10汽车噪声试验室9.2.2汽车行驶车外噪声的测量图9-10汽车噪声试验室9.2.2汽车行驶车外噪声的测量图9-11汽车噪声试验室的布置L左侧传声器阵列L0左侧传声器阵列中心点R左侧传声器阵列R0左侧传声器阵列中心点1吸声材料2虚拟线BB′3虚拟线PP′4虚拟线AA′5后部通风6前部通风7底盘测功机8试验室中心9行驶方向10中心线CC′9.2.2汽车行驶车外噪声的测量

(2)加速行驶车外噪声室内测量

测量过程中，试验车辆接近纵向中心线CC′线运动，试验车辆的参考点到达PP′线的车速（VPP′）应为50km/h±1km/h。试验车辆的参考点到达AA′线之前踩下加速踏板，进行加速，这也称为预加速。当试验车辆的参考点到达AA′线时，将加速踏板踩到底，并保持不变，直到后部到达BB′线时，再尽快松开加速踏板。在AA′线与BB′线之间用汽车速度测量仪测量速度和加速度，速度取瞬时值，加速度取平均值，测量的车速保留到小数点后两位有效数字。在一定挡位下，进行4次试验，两次试验之间间隔1min，取4次试验的加速度的平均值。通过声级计，获得汽车加速行驶时车外噪声。9.2.2汽车行驶车外噪声的测量

(3)匀速行驶车外噪声室内测量

测量过程中，试验车辆匀速行驶与加速行驶使用相同的传动比，加速踏板位置不变，车速稳定，匀速行驶，试验车辆的参考点到达PP′线的车速（VPP′）应为50km/h±km/h。通过声级计，获得汽车匀速行驶时车外噪声。根据试验车辆的参考点到达PP′线的50km/h±1km/h车速，可在底盘测功机进行试验车辆的加速行驶车外噪声室内测量。9.2.3汽车车内噪声测量汽车车内噪声测量的目的是测量汽车车内噪声的大小，及验证汽车制造企业所生产的汽车是否满足有关噪声的标准。汽车车内外噪声测量的标准是国家标准GB/T18697-2002《声学汽车车内噪声测量方法》。1.测量条件测试的路段为干燥、平滑、硬路面，不得有接缝，不得有雪、污物、石块、树叶等杂物。噪声测量时，车辆载荷状态为空载，除驾驶员、测量人员和测试设备外，不得有其他载荷。使用声级计的“F”时间计权特性和“A”频率计权特性进行噪声测量。噪声测试点的数量：所有车辆必须选一个测量点在驾驶员座位处，如图中B点；对于轿车，可以在后排无人座位上追加一个测量点，如图中A点；对于公共汽车还应沿汽车的纵向轴线，追加车厢中部和后部的测量点。除驾驶员外，所选的测量位置不得有人。9.2.3汽车车内噪声测量噪声测试点的位置分为座位、站立和卧姿处的噪声测试点。座位处的噪声测试点如图9-12所示，此噪声测试点是传声器的位置，测试点A在座椅表面上方0.75±0.05m的对称平面上，测试点B由测试点A的位置再向右0.2±0.02m。站立处的噪声测试点在地板上方1.6±0.1m、站立位置处。卧姿处的噪声测试点在枕头中部上方0.15±0.02m处。话筒指向汽车行驶方向。图9-12噪声测量点的位置9.2.3汽车车内噪声测量

2．车内噪声的测量(1)匀速行驶的车内噪声测量

在60km/h或40%的最高车速（取小者）至120km/h或80%的最高车速（取小者）的范围内至少以等间隔的5种车速进行A声级的测量，每一车速，至少测试5s。(2)油门全开加速行驶的车内噪声测量

汽车用最高档（若变速器置最高档，发动机额定转速的90%所对应的车速超过120km/h时，选用次高档）以45%的发动机额定转速所对应的车速，油门全开，加速至90%的发动机额定转速所对应的车速或120km/h的车速（取小者），测量车内各测点噪声A声级的最大值。9.2.3汽车车内噪声测量(3)定置噪声测量将变速器置于空档，起动发动机使之以怠速稳定运转；再尽可能快地将油门全开，发动机达到高转速后至少保持5s，测量发动机怠速运转的噪声和发动机加速运转过程的最大噪声。

(4)多点噪声测量噪声与汽车况及测试点位置的关。噪声测中，可在不同工况下、选择多个噪声测试点，进行噪声测试，获得车厢内噪声的分布，用Matlab绘制噪声分布的三维图。振动产生噪声。可通过汽车的振动分析，找出噪声源；通过对驱动电机、发动机、减速