采用系统检测分析汽车排放物的研究
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Ｖｍａｓ系统的工作原理及试验方法
汽车排放总量分析系统（Ｖｅｈｉｃｌｅ
Ｍａｓｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ
ｓｖｓＩｅｎ・——ｖＩｒｌａｓ）是美国Ｓｅｎｓｏｒ公司近年来开发的用 于检测汽乍有害气体排放总质量的低价位测试设 备。它通过测试汽车排气体积和有害气体质量浓 度．确定警车有害气体的排放总质量，具有相当高的 精度和可币复性，能实现息速、负载状态和瞬态质量 排放测试。通过一条ＲＳ２３２通信电缆将主机测量的 信号传给计算机，测量稀释后尾气的流虽和相应的 稀释率，计算出总的排放质最流量和相应的ｃ（），， ＣＯ，ＮＯ。和ｆｔＣ的累积质量，记录每秒钟的测试结 果。该系统结构简单，使用和移动方便，网１示出 该系统的构成，包括主机与订１算机系统两部分．主 机由Ｖｍａｓ总量分析系统和风机构成．主机上分布有 采样进气口、发动机转速传感器接口和ＲＳ２３２电缆 通信接ｆ１等；汁算机上安装有该系统的监控分析软
收稿日期：ａｍ—Ｉｆ）一０ｆＩ
基金项目：ｆ“东省环保科技鲐赀资助项目（粤环２０００一３０）
式中，０。为大气的游离氧体积浓度，其值为
２０．８％。
・原始排气中第１ｔ种气体物质质量的计算根 据计算所得的ｙ，，按式（２）汁算汽车在１ ｓ内排放的 原始排气中第ｎ种气体物质的质量ｍ。。
ｔｉｔ。＝＂Ｃ，护，。， （２）
第３期（总第１４５期） ２００３年６月
车用发动机
ＶＥＨＩＣＩＺ
Ｎｏ．３（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１４５）
Ｊｕｎ．２００８
ＥＮＧＩⅦ
・测试技术与设备・
采用Ｖｍａｓ系统检测分析汽车排放物的研究
蔡锐彬１，陈丹青２，孙国斌‘，俞明１，陈子健１
（１．华南理工大学，广东广州５１０６４０；２广东省环境保护监测中心站，广东广州５１００４５） 摘要：采用美国２０世纪９０年代朱期生产的汽车排放总量分析系统（Ｖｍａｓ），按汽车排放法规中规定的试验工 况，对ＣＡｌ０２０Ｆ汽车排气排放物进行测量和分析．，结果表明，该系统用于汽车排放的测试分析是有效可行的；排气 中ＨＣ主要产生于汽车减速工况．即油门突然减小、转速突然降低的工况．而ｃｏ和ＮＯｔ则主要产生于发动机负荷
・４ｌ
１６
善帕
４
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ＣＯ排放总质量
图２试验车运行工况
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４．２
ｆＮＯ。排放总质量 图３试验车排气测量结果曲线
ＨＣ排放量急升是在减速工况下，发动机负荷
己 喜
：：ｈ止
突然减少，混合气过浓而造成的；而ＣＯ和ＮＯ。排放 升高的主要原因则是由于发动机负荷的增大。前者 是因燃烧不完全而产生，后者则因负荷增大使燃烧 温度升高所致。 ４．３有害气体的浓度随工况的变化直接影响着各 种有害气体排放总量的变化规律。 ４．４控制ＨＣ的排放量，主要应控制好汽车减速时 混合气的浓度；ＣＯ排放量的控制主要在于改善发动
１
件，分测控和记录数据两个工作区，所测数据包括 ｃｑ，ＣＯ，ＮＯ，和ＨＣ的排放值、ｑ浓度以及对应的 发动机转速。 Ｖｍａｓ系统的工作原理如下”Ｊ：
排放分析仪的中心部分是一台美国‰公司
生产的Ｖｍａｓ传感器，它测定稀释后的排气气流中游 离氧体积浓度Ｏ。、稀释后的排气气流体积流量ｎ 及稀释后的排气中待测成分的密度Ｐ。。 ・原始排气的体积流量＂的计算在Ｖｍａｓ测 得的Ｏ。及Ｋ的基础上，结台排气分析仪测定的原 始排气的游离氧体积浓度Ｏ，，就可以算出原始排 气的体积流量ｙ．。流经Ｖｍａｓ的稀释后排气气流中 包含的游离氧总量为Ｏ。Ｋ，这些游离氧由两部分 组成，一部分来自原始排气，其数量为Ｏ。ｎ；另一 部分来自用于稀释排气的新鲜空气，其数量为Ｏ． （虬一ｎ），即Ｏ。ｎ＝Ｏ，ｎ＋Ｏ。（ｎ—Ｖ，），则
ｒｅａｃｔｉｖｅ
ｂｅｄ＿临ｋｎｅ镐ｈ
ｄｉｆｆ世ｉｏｌｌ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｉｓｓｅｃｔｅｄ．
Ｋｅｙ
ｗｏｒ目ｂ：ｅｌｌｌｉｎｅ；ｈａｌｆ－ｂｅｉｎｇ；ｃｏａｔｉｎｇ‰湎；ｐｅ而ｍａｎｃｅⅦ由ｎｃｅ
［编辑：张１花］
（上楼第３８页）
Ｔｈｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｎｇｉｎｅ
Ｔｅｓｔｉｓ！Ｅｘｐｅ—Ⅱ硷ｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ
浓度；排放总量，随时间累加４种气体各自的累积值 和排放总量的累积值；联合方式，既有每秒的排放浓 度，也有每秒的排放质量。
２试验结果
汽车在底盘测功机上按国标规定的汽车运行工 况运行（见图２），利用Ｖｍａｓ系统进行数据采集和分 析。本次试验采用了排放总量和联合方式两种方式 记录数据，图３为各有害气体成分测量结果。
３试验结果分析
４结论
。＋竺。之恐曼票能慧翟璧缀瓮１车亲麓淼蒜黎嬲盏嚣嚣蓑 …………………～…………。……… 定’竺萋苎兰呈璧减尘竺塑慧誓妻主曼篓望兰磊翁善蘸蕊磊、赫蓁；蒜菡黼＿
０２，使得燃烧较完全；汽车运行在减速、换挡和离台
万方数据
２００３年６月
蔡锐彬，等：采用Ｖｍａｓ系统检测分析汽车排放物的研究
增大时的工况。 关键词：汽车；ｖｎｍ系统；排放分析 中图分类号：ＴＫ４１Ｉ
５
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１—２２２２（２００３）０３—００３９—０４
新的汽车排放法规要求按工况法测量汽车排气 排放物，汽车必须在底盘测功机上运行．利用国标规 定的采样分析系统进行数据采集和分析。有害气体 排放总量是衡量汽车排气污染的总体尺度，不受汽 车类型和发动机排量的影响，它包含了汽车排气中 有害气体的浓度和体积。排放法规中规定了汽车运 行工况，分析４ｉ同工况Ｆ有害气体排放总量的不同 情况可以为生产厂家提供设计参考，对减：ｐ汽车排 气污染有一定意义，
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ
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ＣＡｌ０２０Ｆ
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ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ
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ＸＵ Ｙｉｎｇ－ｓｈｅｎｇ，ＭＥＮＧ
Ｌｉｕ－ｊｉ
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ｍ删：Ｔｈｅ
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ＭⅢｌｇｅｎｌｅｎｔ｜ｎｍｉｔｕｔｅ
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ＰＩＡ，Ｂ咄２３３０１１，Ｃｈｉｎａ）
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式中，ｃ，。为原始排气中第ｎ种物质的体积浓度，由 排气分析仪测定；ｐ。为原始排气中第ｎ种物质的密
作者简介：蔡锐彬（１９４５一）．男，ｒ东省澄海县凡．教授，主耍从事车辆妇：僳科学与节能技术的研究
万方数据
・４０
车用发动机
２００３年第３期
图１
Ｖｎｍ系统
度，该值可由已知的第ｎ种物质在环境压力和温度 下的密度通过质量守恒算出。排放分析仪中的主计 算机根据ｍ。的算式能够逐秒计算出原始排气中第 ｎ种气体物质的质量；对其积分就可求出在整个工 况法规定的循环中各种排放物的质量。 本试验按国标ＧＢ １４７６１－－１９９９“汽车排放污 染物限值及测试方法”中的规定和要求，在底盘测功 机上对ＣＡｌ０２０Ｆ汽车进行Ｊ５工况的排放测试。测 试前对测功机进行了标定，按国标中汽车行驶工况 的要求操控汽车，测量有害气体的排放量。 试验中使用从德国引进的ＡＥＰ一５第五轮仪对 道路试验进行数据采集及分析；采用从德国引进的 ４８一Ｃｏｍｐａｃｔ底盘测功机。试验时大气温度为 ３２℃，风速为０，路面状况良好。测量时使Ｖｍａｓ系 统与汽车排气系统相连接，探头将采集到的信号通 过Ｖｍａｓ的采样器进口送人Ｖｍａｓ进行处理。 Ｖｍａｓ系统采用以４种记录方式保存结果：Ｃ０２，
０ｆＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｇ１∞ｎ咖５１００４５，Ｃｈｉｎａ） Ｕｒｌｉｔｅｄ‰ｌａｔｅ
１９９０ｓ
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［编辑：赵成伟］
Ｋｅｙ
ｗｏ州ｂ：ａｕｍｍｅｂｉｌｅ；ｖｅｈｉｃｌｅ聃晒ａ聃ｉ埘５ ８ｙ曲唧；ｅｘｂ，一ｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
（上接第３１页）
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ
ＣＯ，ＮＯ，和ＨＣ ４种气体的每秒排放质量；每秒排放
器脱开工况时，ＨＣ浓度急剧增加，出现了４个明显 峰值，分别对应于图２中的４个减速运行工况。试 验车的Ｈｃ排放主要产生在减速工况和离合器脱开 情况下，说明当发动机在高速运转状态下突然放松 油门或换挡时，化油器在短时间内仍供应较浓的混 合气，加上进气管壁面油膜蒸发使混合气过浓，发动 机工作循环中混合气的燃烧速度减慢，且气缸壁面 激冷层处的燃油不可能燃烧，使得排气中有大量的 ＨＣ存在。 由图３ｂ可见，ＣＯ产生的几个峰值都对应于图 ２中汽车加速和稳速工况下，而这些工况发生在汽 车较大负荷状态。因此，该车排气中ＣＯ主要产生 在发动机负荷较大的加速状态下，由于短时间内从 化油器加速泵系统中供应过量的燃料，燃烧不完全 造成的。 图３ｃ中ＮＯ，的变化过程中基本上也有４个峰 值，分别对应图２中的４个等速运行工况，汽车都在 大负荷等速运转。说明该试验车排气中ＮＯ，的产 生主要是因发动机负荷增大，使气体燃烧温度和压 力增高所致。 从图３ｄ、图３ｅ和图３ｆ可以看出，ＨＣ，ＣＯ和ＮＯ， 总量的变化过程是与三者浓度的变化过程息息相 关，对应于浓度变化曲线中的每一个峰值，３条排放 总量曲线在相应时刻的累积值就有一个增加。ＨＣ 在１７０ ｓ附近有一明显的突变，其主要原因是汽车在 高速状态下突然减速，发动机油门突然减小，混合气 过浓，使得ＨＣ的排放鼍急剧增加。
Ｖｍａｓ系统的工作原理及试验方法
汽车排放总量分析系统（Ｖｅｈｉｃｌｅ
Ｍａｓｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ
ｓｖｓＩｅｎ・——ｖＩｒｌａｓ）是美国Ｓｅｎｓｏｒ公司近年来开发的用 于检测汽乍有害气体排放总质量的低价位测试设 备。它通过测试汽车排气体积和有害气体质量浓 度．确定警车有害气体的排放总质量，具有相当高的 精度和可币复性，能实现息速、负载状态和瞬态质量 排放测试。通过一条ＲＳ２３２通信电缆将主机测量的 信号传给计算机，测量稀释后尾气的流虽和相应的 稀释率，计算出总的排放质最流量和相应的ｃ（），， ＣＯ，ＮＯ。和ｆｔＣ的累积质量，记录每秒钟的测试结 果。该系统结构简单，使用和移动方便，网１示出 该系统的构成，包括主机与订１算机系统两部分．主 机由Ｖｍａｓ总量分析系统和风机构成．主机上分布有 采样进气口、发动机转速传感器接口和ＲＳ２３２电缆 通信接ｆ１等；汁算机上安装有该系统的监控分析软
收稿日期：ａｍ—Ｉｆ）一０ｆＩ
基金项目：ｆ“东省环保科技鲐赀资助项目（粤环２０００一３０）
式中，０。为大气的游离氧体积浓度，其值为
２０．８％。
・原始排气中第１ｔ种气体物质质量的计算根 据计算所得的ｙ，，按式（２）汁算汽车在１ ｓ内排放的 原始排气中第ｎ种气体物质的质量ｍ。。
ｔｉｔ。＝＂Ｃ，护，。， （２）
第３期（总第１４５期） ２００３年６月
车用发动机
ＶＥＨＩＣＩＺ
Ｎｏ．３（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１４５）
Ｊｕｎ．２００８
ＥＮＧＩⅦ
・测试技术与设备・
采用Ｖｍａｓ系统检测分析汽车排放物的研究
蔡锐彬１，陈丹青２，孙国斌‘，俞明１，陈子健１
（１．华南理工大学，广东广州５１０６４０；２广东省环境保护监测中心站，广东广州５１００４５） 摘要：采用美国２０世纪９０年代朱期生产的汽车排放总量分析系统（Ｖｍａｓ），按汽车排放法规中规定的试验工 况，对ＣＡｌ０２０Ｆ汽车排气排放物进行测量和分析．，结果表明，该系统用于汽车排放的测试分析是有效可行的；排气 中ＨＣ主要产生于汽车减速工况．即油门突然减小、转速突然降低的工况．而ｃｏ和ＮＯｔ则主要产生于发动机负荷
・４ｌ
１６
善帕
４
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图２试验车运行工况
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４．２
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ＨＣ排放量急升是在减速工况下，发动机负荷
己 喜
：：ｈ止
突然减少，混合气过浓而造成的；而ＣＯ和ＮＯ。排放 升高的主要原因则是由于发动机负荷的增大。前者 是因燃烧不完全而产生，后者则因负荷增大使燃烧 温度升高所致。 ４．３有害气体的浓度随工况的变化直接影响着各 种有害气体排放总量的变化规律。 ４．４控制ＨＣ的排放量，主要应控制好汽车减速时 混合气的浓度；ＣＯ排放量的控制主要在于改善发动
１
件，分测控和记录数据两个工作区，所测数据包括 ｃｑ，ＣＯ，ＮＯ，和ＨＣ的排放值、ｑ浓度以及对应的 发动机转速。 Ｖｍａｓ系统的工作原理如下”Ｊ：
排放分析仪的中心部分是一台美国‰公司
生产的Ｖｍａｓ传感器，它测定稀释后的排气气流中游 离氧体积浓度Ｏ。、稀释后的排气气流体积流量ｎ 及稀释后的排气中待测成分的密度Ｐ。。 ・原始排气的体积流量＂的计算在Ｖｍａｓ测 得的Ｏ。及Ｋ的基础上，结台排气分析仪测定的原 始排气的游离氧体积浓度Ｏ，，就可以算出原始排 气的体积流量ｙ．。流经Ｖｍａｓ的稀释后排气气流中 包含的游离氧总量为Ｏ。Ｋ，这些游离氧由两部分 组成，一部分来自原始排气，其数量为Ｏ。ｎ；另一 部分来自用于稀释排气的新鲜空气，其数量为Ｏ． （虬一ｎ），即Ｏ。ｎ＝Ｏ，ｎ＋Ｏ。（ｎ—Ｖ，），则
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Ｔｈｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｎｇｉｎｅ
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浓度；排放总量，随时间累加４种气体各自的累积值 和排放总量的累积值；联合方式，既有每秒的排放浓 度，也有每秒的排放质量。
２试验结果
汽车在底盘测功机上按国标规定的汽车运行工 况运行（见图２），利用Ｖｍａｓ系统进行数据采集和分 析。本次试验采用了排放总量和联合方式两种方式 记录数据，图３为各有害气体成分测量结果。
３试验结果分析
４结论
。＋竺。之恐曼票能慧翟璧缀瓮１车亲麓淼蒜黎嬲盏嚣嚣蓑 …………………～…………。……… 定’竺萋苎兰呈璧减尘竺塑慧誓妻主曼篓望兰磊翁善蘸蕊磊、赫蓁；蒜菡黼＿
０２，使得燃烧较完全；汽车运行在减速、换挡和离台
万方数据
２００３年６月
蔡锐彬，等：采用Ｖｍａｓ系统检测分析汽车排放物的研究
增大时的工况。 关键词：汽车；ｖｎｍ系统；排放分析 中图分类号：ＴＫ４１Ｉ
５
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１—２２２２（２００３）０３—００３９—０４
新的汽车排放法规要求按工况法测量汽车排气 排放物，汽车必须在底盘测功机上运行．利用国标规 定的采样分析系统进行数据采集和分析。有害气体 排放总量是衡量汽车排气污染的总体尺度，不受汽 车类型和发动机排量的影响，它包含了汽车排气中 有害气体的浓度和体积。排放法规中规定了汽车运 行工况，分析４ｉ同工况Ｆ有害气体排放总量的不同 情况可以为生产厂家提供设计参考，对减：ｐ汽车排 气污染有一定意义，
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ
ｔＩ．ｅ岫ｌａｙ∞Ｉ出蛐ｏｆ
ｄｉｆｆ碱ｖｉｔｙ
ｃａｎ
ｐｏｌ ｍｅｔａｌ，ｉｓ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａ—
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式中，ｃ，。为原始排气中第ｎ种物质的体积浓度，由 排气分析仪测定；ｐ。为原始排气中第ｎ种物质的密
作者简介：蔡锐彬（１９４５一）．男，ｒ东省澄海县凡．教授，主耍从事车辆妇：僳科学与节能技术的研究
万方数据
・４０
车用发动机
２００３年第３期
图１
Ｖｎｍ系统
度，该值可由已知的第ｎ种物质在环境压力和温度 下的密度通过质量守恒算出。排放分析仪中的主计 算机根据ｍ。的算式能够逐秒计算出原始排气中第 ｎ种气体物质的质量；对其积分就可求出在整个工 况法规定的循环中各种排放物的质量。 本试验按国标ＧＢ １４７６１－－１９９９“汽车排放污 染物限值及测试方法”中的规定和要求，在底盘测功 机上对ＣＡｌ０２０Ｆ汽车进行Ｊ５工况的排放测试。测 试前对测功机进行了标定，按国标中汽车行驶工况 的要求操控汽车，测量有害气体的排放量。 试验中使用从德国引进的ＡＥＰ一５第五轮仪对 道路试验进行数据采集及分析；采用从德国引进的 ４８一Ｃｏｍｐａｃｔ底盘测功机。试验时大气温度为 ３２℃，风速为０，路面状况良好。测量时使Ｖｍａｓ系 统与汽车排气系统相连接，探头将采集到的信号通 过Ｖｍａｓ的采样器进口送人Ｖｍａｓ进行处理。 Ｖｍａｓ系统采用以４种记录方式保存结果：Ｃ０２，
０ｆＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｇ１∞ｎ咖５１００４５，Ｃｈｉｎａ） Ｕｒｌｉｔｅｄ‰ｌａｔｅ
１９９０ｓ
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［编辑：赵成伟］
Ｋｅｙ
ｗｏ州ｂ：ａｕｍｍｅｂｉｌｅ；ｖｅｈｉｃｌｅ聃晒ａ聃ｉ埘５ ８ｙ曲唧；ｅｘｂ，一ｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
（上接第３１页）
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ
ＣＯ，ＮＯ，和ＨＣ ４种气体的每秒排放质量；每秒排放
器脱开工况时，ＨＣ浓度急剧增加，出现了４个明显 峰值，分别对应于图２中的４个减速运行工况。试 验车的Ｈｃ排放主要产生在减速工况和离合器脱开 情况下，说明当发动机在高速运转状态下突然放松 油门或换挡时，化油器在短时间内仍供应较浓的混 合气，加上进气管壁面油膜蒸发使混合气过浓，发动 机工作循环中混合气的燃烧速度减慢，且气缸壁面 激冷层处的燃油不可能燃烧，使得排气中有大量的 ＨＣ存在。 由图３ｂ可见，ＣＯ产生的几个峰值都对应于图 ２中汽车加速和稳速工况下，而这些工况发生在汽 车较大负荷状态。因此，该车排气中ＣＯ主要产生 在发动机负荷较大的加速状态下，由于短时间内从 化油器加速泵系统中供应过量的燃料，燃烧不完全 造成的。 图３ｃ中ＮＯ，的变化过程中基本上也有４个峰 值，分别对应图２中的４个等速运行工况，汽车都在 大负荷等速运转。说明该试验车排气中ＮＯ，的产 生主要是因发动机负荷增大，使气体燃烧温度和压 力增高所致。 从图３ｄ、图３ｅ和图３ｆ可以看出，ＨＣ，ＣＯ和ＮＯ， 总量的变化过程是与三者浓度的变化过程息息相 关，对应于浓度变化曲线中的每一个峰值，３条排放 总量曲线在相应时刻的累积值就有一个增加。ＨＣ 在１７０ ｓ附近有一明显的突变，其主要原因是汽车在 高速状态下突然减速，发动机油门突然减小，混合气 过浓，使得ＨＣ的排放鼍急剧增加。
