机动车制动排放测试系统解决方案

一、法规背景

随着机动车尾气排放控制技术日益成熟，非尾气颗粒物排放问题逐渐凸显。研究表明，到2040年，非尾气排放占车辆颗粒物排放总量的比例预计将超过90%。其中，制动磨损是城市颗粒物（PM）的主要来源之一，在非尾气排放中，制动磨损贡献了约40%的PM10和30%的PM2.5。

欧7法规（EU 2024/1257）已将制动磨损、轮胎磨损等非尾气排放纳入管控范围，并对轻型车制动颗粒物排放（PM10）设定了明确限值：混合动力与燃油车为7 mg/km，电动车为3 mg/km。据行业评估，约50%的现有轻型车摩擦材料配方将超出该限值，约60%的制动器需要重新设计或调整配方。

中国“国七"标准草案预测显示，除PM10外，PM2.5与颗粒物数量（PN）也可能被纳入监测范围。具体限值如下：

二、系统总体描述

四方仪器机动车制动排放测试系统按照联合国全球技术法规GTR 24的要求进行设计，用于机动车制动颗粒排放的标准化测试。系统组成如下图所示：

系统采用模块化设计，各单元通过主控系统实现协调控制。稀释风道内壁经过电解抛光处理，以降低颗粒损失，提高测量可重复性。该系统可测试PM2.5、PM10、SPN和TPN等指标，满足欧7标准认证测试及相关研发需求。

三、PM采样单元

3.1 构成与原理

PM采样单元由取样喷嘴、取样探头、旋风分离器（PM2.5或PM10）、滤纸架、流量测量装置、流量控制器和真空泵组成。

在整个测试循环周期内，质量流量控制器与气泵提供恒定气流，将经旋风分离器筛分后的颗粒物（PM2.5或PM10）引导至直径为47mm的滤纸上进行收集。随后，在可控环境条件下对滤纸进行称重，计算每个测试循环的颗粒物质量。

3.2 产品特点

• 针对制动磨损应用优化设计的PM2.5及PM10采样器

• 针对制动粉尘颗粒特性进行全新研发

• 配备多种接口，易于集成至第三方自动化系统

• 可提供专业的洁净室恒温恒湿工作台，用于滤膜称重

3.3 技术参数

四、PN分析单元

4.1 构成与原理

PN分析单元由取样喷嘴、取样探头、旋风分离器（2.5μm）、稀释器、挥发性颗粒物去除器（SPN通道）及凝结核粒子计数器（CPC）组成。

在测试过程中，气泵与限流元件提供恒定气流，将制动排放产生的气溶胶吸入系统。气流首先经过旋风分离器，去除2.5μm以上的大颗粒；随后经过冷稀释（用于TPN测量）或热稀释与挥发物去除（用于SPN测量），最后进入CPC进行粒子计数并输出浓度。

4.2 CPC关键技术

4.3 产品特点

• TPN和SPN分析模块分别用于表征10nm粒径以上的总颗粒数（TPN10）和固体颗粒数（SPN10）

• 可调稀释比，为研发应用及认证测试提供高度灵活性

• 采用PN测量领域高级别的校准标准，实现最佳精度与良好可比性

4.3 技术参数

五、超声波流量计

5.1 测量原理

UFM-7200-DN超声波流量计基于超声波时差法工作。通过一对超声波换能器交替发射和接收超声波，测量超声波在气体中顺流与逆流传播的时间差，计算流体速度，进而获得流量数据。该测量方式为非接触式，引起的压差较低。

5.2 产品特点

• 采用超声波技术，精度高且寿命长，长期运行无需特殊维护

• 多声道设计，有效消除流场不稳定带来的监测难点

• 超低始动流量，宽量程比

• 配备温压传感器，通过温度与压力补偿实现精准测量

• 无可动部件，不易腐蚀，压力损失小，维护量几乎为零

• 内置无线远传模块，便于数据监控

• 数字化设计，功能齐全，显示直观

• 集成度高，外形美观，安装方便

5.3 技术参数

六、系统配置说明

四方仪器可根据用户需求提供以下配置选项：

• 完整测试系统

• 性能测试台升级

• 核心仪器单独供应

系统及核心组件已经过实际应用验证。PN设备已获得中国计量科学研究院校准证书，与进口设备的比对测试结果显示，瞬态数据曲线基本一致。