随着轻型汽车排放法规走向超低排放(ULEV/欧4)、超超低排放(SULEV/欧5)以及国4阶段,车辆污染物排放浓度大幅下降,传统的排气取样及分析系统面临新的挑战。目前,为了配合排放法规的实施,世界上主要的排放设备供应商正与汽车制造商合作,对新一代车辆排放测试分析设备的关键技术进行攻关。由于定容稀释取样(CVS)测试分析方法是工况法排放法规执行过程中唯一公认的手段,多年来已经形成了广泛的用户群体。因此,通过改进CVS系统来满足超低排放测量这条技术路线具有深厚的现实基础。但是,面向超超低排放车辆的测试,CVS系统的测试精度将受到极限的挑战。因此,研究CVS系统的改进方法和实施方案,进而验证其发展潜力是一项具有重要现实意义的工作。目前,在车辆排放测试技术研究领域还存在另外一个热点话题,即是否需要发展一种新的取样分析系统来代替CVS系统。这一话题缘由分流稀释气袋取样(BMD)分析系统在大排量发动机及超超低排放车辆排放检测领域已经表现出卓越的测试分析能力,但目前还没有被大多数国家的排放法规所认可。因此,对BMD分析系统进行深入研究,例如开展更多的对比验证试验研究和关键环节的改进研究等,这项工作既具有现实意义,又具有战略意义。本文基于以上两条技术路线,结合在AVL-皮尔堡公司开展的新一代排放系统研发工作,以误差来源分析、改进方案设计和试验验证等手段,分别在改进传统CVS系统和发展BMD系统两方面做了一些探索性的研究,具体内容按章节概述如下。第一章论述了美国、欧盟和中国排放法规的发展和执行情况,及其对车辆尾气排放控制的成效；分析了传统CVS排放分析系统应对超低和超超低排放法规测量面临的各种技术挑战,包括系统的复杂性、测量阈值的限制、高精度与大量程之间的冲突,以及对新增排放测试内容的适应性等；明确指出更新换代传统CVS排放分析系统是一项必要、紧迫、有代价的工作。第二章基于CVS分析系统基本工作原理及其技术发展现状的分析,利用误差分析原理推导出仪器测试误差对总测量误差的贡献率公式,并对一组SULEV车辆的排放测试数据进行分析,指出污染物分析仪的测量误差对总误差的影响最大；将CVS系统总测试误差归结为稀释因子DF计算误差、污染物质量分析误差和系统实际测试过程不完善三大部分,并有针对性地提出了相应的改进方案,通过对一辆乘用车进行对比测试试验,得出改进的CVS系统完全可以胜任ULEV/欧4水平车辆的排放测试,但对SULEV/欧5排放水平的测量还需要进一步优化及试验验证。第三章针对传统CVS系统中皮尔堡4000型THC分析仪对低浓度测量分辨率低、准确性差的问题,试制原始信号发生器,研究了样气、燃气和助燃气不同的流量配方对测量下限的影响,进而对分析仪燃烧室的结构参数进行了优化,验证试验结果表明,改进方案对拓展最小检测极限具有明显的改善效果；为了改善原来的分析仪由于需要量程切换而造成测量不连续和准确度受影响的问题,对放大电路进行了改进,采用一个24位A/D转换器代替原来的4个16位A/D转换器,实现全量程连续测量。第四章首先对BMD系统需要解决的关键问题进行了较全面的分析,包括如何优化稀释比、装袋流量与直接排气流量的比例关系,以及保持它们在整个测试循环中的稳定性,还有排气流量直接测量技术等等；为了研究BMD系统应用于ULEV及SULEV排放测量的可行性,分别采用BMD系统和CVS系统,就同等排放水平车辆进行排放测量,通过对比测量结果,分析BMD系统在提高THC、NOx、CO测量精度方面的潜力,并通过丙烷喷射模拟试验,进一步分析BMD系统测量误差的主要来源。第五章针对BMD系统的关键技术之一,即排气流量直接测量技术,以发展超声波流量计(UFM)为目标,通过分别采用超声波流量计(UFM)、亚音速文氏流量计(ASO)和燃油消耗量计算方法,对比测量分析排气流量,从中分析造成UFM测量误差的主要因素,结果表明,UFM在排气流量直接测量中的应用需要解决排气脉冲波和排气门开启对UFM脉冲信号的干扰问题,同时需要极高的采样频率；对于排气系统的影响,提出了利用声学原理设计的排气压力管理系统方案,具体采用脉冲消除器、共振器以及改变连接管路参数等改善措施,经发动机台架试验验证,安装有压力管理系统的UFM可以满足超超低排放测试系统的排气流量测量精度要求。