技术概述
汽车尾气转鼓试验，又称为底盘测功机试验，是现代汽车排放检测与认证领域中至关重要的一项技术手段。它通过在实验室环境下模拟汽车在实际道路行驶时的各种工况，对车辆的尾气排放进行精确、可重复的测量与分析。与简单的自由加速法或怠速法不同，转鼓试验能够全面反映车辆在不同速度、负载及行驶循环下的真实排放水平，是目前国内外环保部门进行新车型式核准、在用车符合性检查以及科研机构进行排放研究的主要方法。
该技术的核心在于利用底盘测功机（转鼓）来模拟道路行驶阻力。试验时，车辆驱动轮停放在转鼓上，随转鼓转动而“行驶”，而车辆实际上保持静止。这种设置允许测试人员在受控的环境中精确控制试验条件，包括环境温度、湿度、背景浓度以及驾驶循环模式。通过加载不同的阻力系数，转鼓试验可以模拟车辆在城市拥堵路况、郊区道路以及高速公路等不同场景下的行驶状态，从而捕捉车辆在冷启动、加速、减速、匀速等各个阶段的排放特征。
随着全球环保法规的日益严苛，汽车尾气转鼓试验的技术标准也在不断升级。从早期的国Ⅰ、国Ⅱ排放标准，逐步演变至如今广泛实施的国六排放标准，试验循环也由原本的新欧洲驾驶循环（NEDC）向更为贴近实际路况的全球统一轻型车辆测试循环（WLTC）转变。此外，为了评估车辆在实际使用中的排放表现，便携式排放测试系统（PEMS）与转鼓试验的结合也成为技术发展的新趋势。转鼓试验不仅用于测量常规的气态污染物，还成为了颗粒物数量（PN）排放检测的关键平台，对于控制大气污染、改善环境空气质量具有不可替代的作用。
检测样品
汽车尾气转鼓试验的检测样品主要针对的是各类机动车，涵盖了广泛的车辆类型和燃料种类。根据检测目的和适用标准的不同，送检样品通常具有明确的分类和状态要求。检测机构需要对样品进行登记、检查，确保其具备代表性且处于可正常试验的状态。
在进行型式核准或新生产车抽查时，检测样品通常为全新车辆，且需保持出厂原状，未经过私自改装。而对于在用车的检测，样品则涵盖了已经过一定里程使用的旧车。此时，车辆的维护保养状况、里程表读数以及发动机控制单元（ECU）的数据版本都成为记录样品状态的重要信息。样品的准备直接影响检测结果的公正性，因此，在试验前必须对样品车辆进行严格的预检。
- 轻型汽车：包括最大总质量不超过3.5吨的M1类、M2类和N1类车辆。这类车辆是转鼓试验最常见的检测对象，涵盖了轿车、SUV、MPV以及轻型货车等。它们通常采用点燃式发动机（汽油车）或压燃式发动机（柴油车）。
- 重型汽车：对于最大总质量超过3.5吨的车辆，虽然部分需要进行发动机台架试验，但某些特定类型或符合特定标准的重型车辆也需进行整车转鼓试验，特别是混合动力重型车辆。
- 混合动力汽车（HEV/PHEV）：这类车辆由于其动力系统的复杂性，是转鼓试验的重点关注对象。试验需涵盖纯电动模式、混合动力模式以及电量保持模式下的排放表现。
- 天然气汽车（NGV）：包括使用压缩天然气（CNG）或液化天然气（LNG）作为燃料的车辆，这类样品主要检测甲烷逃逸等非常规排放物。
- 两轮摩托车及轻便摩托车：此类样品同样需要进行工况法排放试验，其试验循环和设备参数设置与轻型汽车有所不同。
检测项目
汽车尾气转鼓试验的检测项目依据不同的排放标准（如国六、国五等）及车辆类型而有所不同。检测项目的设置旨在全面评估车辆排放对人体健康和大气环境的影响。随着检测技术的进步，检测项目已从最初的“三大污染物”扩展到了对微小颗粒物和新型污染物的监测。
对于点燃式发动机车辆（主要指汽油车），常规检测项目包括一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化物。在更为严格的标准下，还需要检测非甲烷碳氢化合物以及颗粒物质量（PM）和颗粒物数量（PN）。特别是PN项目的引入，旨在应对缸内直喷技术带来的细颗粒物排放问题。
对于压燃式发动机车辆（主要指柴油车），检测重点在于控制颗粒物和氮氧化物的排放。常规项目包括一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物以及颗粒物质量。在最新标准中，氨气的排放也被纳入监控范围，以防止尾气处理系统（如SCR选择性催化还原）导致的二次污染。
- 一氧化碳（CO）：一种无色无味的有毒气体，由燃料不完全燃烧产生，吸入后会降低人体血液输送氧气的能力。
- 碳氢化合物（HC）：包括未燃烧和部分燃烧的碳氢燃料，是形成光化学烟雾的主要前体物之一。
- 氮氧化物：主要是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），是酸雨和光化学烟雾的重要成因。
- 颗粒物质量（PM）：排气中各种固体和液体颗粒的总称，主要来自碳烟、硫酸盐等。
- 颗粒物数量（PN）：统计颗粒物的个数，主要针对超细颗粒物，比PM质量更能反映其对人体的潜在危害。
- 二氧化碳（CO2）：作为温室气体，虽然通常不属于污染物控制项目，但现已成为油耗及碳排放核算的重要参数。
- 氨气（NH3）：在使用尿素选择性催化还原系统中，可能发生的泄漏副产物。
检测方法
汽车尾气转鼓试验的检测方法是一个严谨、系统的过程，必须严格遵循国家强制性标准（如GB 18352.6-2016）的相关规定。整个方法流程涵盖了试验车辆的准备、试验循环的运行、排放物的取样与分析以及结果的计算与修正。
首先，车辆在进入试验室前需进行预处理，包括在标准环境条件下静置数小时，以确保发动机冷启动状态的一致性。试验开始时，车辆被固定在底盘测功机上，测功机根据车辆的基准质量设定相应的行驶阻力。试验室内的环境控制系统需将温度控制在20℃至30℃之间，湿度控制在相对湿度规定范围内，以消除环境因素对测试结果的干扰。
试验过程中，驾驶员或自动驾驶机器人需严格按照规定的驾驶循环曲线操作车辆。以WLTC循环为例，该循环包含低速、中速、高速和超高速四个阶段，最高车速可达131.3km/h，相比旧的NEDC循环，WLTC具有更高的平均速度和更少的匀速工况，更能代表真实驾驶情况。
尾气取样通常采用定容取样法（CVS）。车辆排出的尾气在取样系统中被环境空气稀释，稀释后的气体流量保持恒定。在稀释过程中，通过滤纸收集颗粒物（用于PM和PN分析），同时将部分稀释气体收集在采样袋中。试验结束后，利用分析仪器对采样袋中的气体成分进行浓度测量，并结合稀释排气总容积，计算出各污染物的排放质量，最终除以试验行驶里程，得出每公里的排放量（g/km）。
- 冷启动常温试验：这是最基础的试验方法，车辆在常温下静置后启动，模拟车辆每天首次启动时的排放状况。
- 低温冷启动试验：在-7℃的环境下进行的试验，重点考核车辆在低温恶劣环境下的冷启动排放性能，主要针对CO和HC。
- 实际道路行驶排放试验（RDE）：虽然主要依赖PEMS设备，但在转鼓试验室中进行模拟实际道路工况的研究也是辅助方法之一。
- 蒸发排放试验：虽不属于尾气排放，但常与转鼓试验配套进行，检测车辆燃油系统蒸发出的HC气体。
- 混合动力试验方法：需根据车辆是否具备外部充电功能（PHEV/HEV），分为电量消耗模式和电量保持模式分别测试，并加权计算最终结果。
检测仪器
汽车尾气转鼓试验是一项高度依赖精密仪器的检测活动。为了确保数据的准确性和可追溯性，试验室必须配备符合国家标准要求的高精度检测设备。这些设备不仅涵盖了尾气分析的核心仪器，还包括了模拟行驶工况和保障环境条件的辅助设施。
核心设备为底盘测功机，它由转鼓、测功机头、控制系统和冷却风扇组成。转鼓用于承载车辆驱动轮并模拟路面滚动；测功机头通过电力涡流或交流电机施加负载，精确模拟空气阻力、滚动阻力和坡度阻力；控制系统则实时监控车速和加载扭矩，确保车辆按照预定的阻力曲线行驶。冷却风扇置于车辆前方，根据车速自动调节风速，模拟车辆行驶时的迎面风冷效果，防止发动机过热。
分析仪器是“化验”尾气成分的关键。不分光红外分析仪（NDIR）用于测量一氧化碳和二氧化碳；氢火焰离子化检测器（FID）用于测量总碳氢化合物（THC）和甲烷；化学发光分析仪（CLD）用于测量氮氧化物。对于颗粒物数量（PN）的测量，则需要使用冷凝颗粒物计数器（CPC）配合挥发性颗粒去除器（VPR）。
定容取样系统（CVS）是连接车辆尾气管与分析仪器的桥梁。它通过临界流量文丘里管或流量控制泵，提供恒定体积的稀释排气，保证采样具有代表性。此外，试验室还需配备高精度的气象站，实时监测大气压力、温度和湿度，用于对排放结果进行湿度修正和标准状态换算。
- 底盘测功机：单鼓或双鼓设计，直径通常为48英寸或更大，用于模拟道路负载。
- 定容取样系统（CVS）：包含稀释通道、文丘里管、气泵和采样袋，是尾气稀释与采样的核心。
- 气体分析仪：包括NDIR、FID、CLD等模块，用于定性定量分析气态污染物。
- 颗粒物测量系统：包括颗粒物滤纸称重系统（微量天平）和颗粒物数量计数器。
- 自动驾驶机器人：部分高端实验室采用机器人驾驶，以消除驾驶员操作误差，提高测试循环的重复性。
- 环境舱：用于控制试验温度和湿度，特别是进行低温试验时必不可少的设施。
应用领域
汽车尾气转鼓试验的应用领域非常广泛，它不仅服务于政府监管，也为汽车制造业、科研机构以及二手车交易市场提供了重要的技术支撑。通过这一试验，可以有效地控制机动车污染物的排放总量，推动汽车技术的绿色升级。
在政府部门层面，转鼓试验是实施机动车环保达标监管的基石。生态环境部及其下属机构利用该试验进行新车型式核准（公告认证），确保每一款新上市的车型都符合当时的排放标准。此外，在生产一致性抽查和在用车符合性检查中，转鼓试验也是判断车辆是否合规的最终裁判。如果某车型被发现在实际使用中排放超标，监管部门有权要求企业召回整改。
在汽车工业领域，主机厂及零部件供应商在研发阶段需要大量依赖转鼓试验。工程师利用试验数据来标定发动机控制单元（ECU），优化三元催化器、颗粒捕集器（GPF/DPF）等后处理系统的性能。在车辆出口认证方面，由于不同国家和地区（如欧盟、美国、日本）有不同的排放法规，转鼓试验室还需按照目标市场的法规进行测试，助力中国汽车走向世界。
- 新车型式核准：新车型上市销售前的强制认证检测，是车辆获得“公告”目录的前提。
- 生产一致性检查：监管机构对已量产车辆进行随机抽样检测，确保量产车与认证车型保持一致。
- 在用车符合性检查：对行驶一定里程后的车辆进行检测，评估其耐久性和实际排放状况。
- 进出口汽车检验：进出口汽车需符合当地环保法规，转鼓试验是通关和合规的重要环节。
- 燃油与润滑油评价：石油化工企业利用转鼓试验评估不同标号燃油或润滑油添加剂对车辆排放和油耗的影响。
- 科研与教学：高等院校和研究机构利用该试验研究排放机理、开发新型后处理技术或制定新的政策法规。
常见问题
在进行汽车尾气转鼓试验的过程中，无论是委托方还是相关人员，往往会遇到各种技术疑问和操作难点。解答这些常见问题有助于提高检测效率，加深对排放法规的理解。
一个常见的问题是与简单的“年检”的区别。许多车主疑惑为何年检时只需上线检测（通常为双怠速法或简易瞬态工况法），而无需进行复杂的转鼓试验。实际上，年检方法旨在快速筛查高排放车辆，成本较低、效率较高，但精度和代表性不如转鼓试验。转鼓试验是全方位、深层次的检测，主要用于认证和研发，其结果具有法律效力，可直接用于判断车辆是否符合国六等严格标准。
另一个关注点是关于测试结果的重复性。由于转鼓试验涉及复杂的机械、化学和人为操作因素，结果出现波动是正常的。但在严格的质控体系下，这种波动会被限制在标准允许的误差范围内。为了保证重复性，实验室必须定期对测功机阻力设定、分析仪零点量距进行校准，并使用标准气体进行验证。
- 问：WLTC循环与NEDC循环有什么区别？
答：NEDC循环主要基于欧洲上世纪90年代的驾驶习惯，匀速工况多，加减速平缓，容易导致排放测试结果低于实际使用情况。而WLTC循环（全球统一轻型车辆测试循环）包含更多急加速、急减速工况，最高车速更高，测试时间更长，因此测得的油耗和排放数据更接近真实驾驶水平，对车辆技术要求也更为严苛。
- 问：为什么车辆在转鼓试验前需要静置？
答：静置过程是为了让车辆发动机、催化器等部件完全冷却至环境温度，模拟车辆长时间停放后的“冷启动”状态。冷启动阶段是车辆排放最恶劣的时段，催化器未达到工作温度，污染物排放量极大，因此必须严格控制静置时间和条件以保证测试的公正性。
- 问：电动汽车需要进行尾气转鼓试验吗？
答：纯电动汽车（BEV）没有尾气排放，因此不需要进行尾气排放转鼓试验。但是，它们需要进行续航里程和能耗的测试，这同样是在转鼓试验台上进行的。对于混合动力汽车（HEV/PHEV），由于仍配备内燃机，必须进行尾气排放试验。
- 问：转鼓试验中如何模拟车辆负载？
答：通过底盘测功机的控制系统设定行驶阻力曲线。阻力值通常来源于车辆在道路上实际滑行试验得出的数据，或者依据标准公式计算。测功机通过电机施加反向扭矩，精确模拟车辆在相应速度下的空气阻力、滚动阻力及机械摩擦阻力。
- 问：如果检测结果超标，一般是什么原因？
答：原因可能多种多样，包括但不限于：三元催化器老化或失效、氧传感器故障、发动机燃烧状态不良、ECU标定策略缺陷、燃油品质不佳、或者是后处理系统（如GPF）破损或堵塞等。通常需要结合车载诊断系统（OBD）的数据进行排查。
