北京市輕型在用車實際道路排放特征分析＊

李孟良 馮玉橋 秦孔建 馮于久 張建偉 高繼東

（中國汽車技術研究中心1） 天津 300162） （北京市機動車尾氣管理中心2） 北京 100003）

0 引 言

隨著新車排放法規(guī)和控制措施的不斷完善，大量研究開始關注在用車排放問題.實際道路形式條件下車輛排放測量是進行在用車排放研究和評估的主要手段.這些研究活動大多使用了車載排放測試系統(tǒng)［1－4］，也有一部分研究活動則使用了排放遙感測量設備［5－6］.這些研究方法不同與試驗室測試，更強調實際使用條件和使用環(huán)境因素對機動車排放因子的影響，直接反映車輛實際使用過程中的真實排放狀況.多數(shù)研究結果表明：城市在用車實際排放水平普遍高于其相應新車型排放認證的限值；交通狀況對機動車排放的影響顯著.

北京是我國機動車保有量最大的城市，面臨突出的在用車排放污染問題.清華大學的研究人員曾利用車載排放測試及排放分析模型對北京市機動車排放進行過研究［7］，但北京市在用車保有規(guī)模發(fā)展迅猛，車輛排放控制技術方面的組成結構變化巨大，早期的研究成果難以用來評估北京市在用車排放的現(xiàn)狀.另外，北京市實施的機動車檢查維護制度，在車車排放是否較好.因此，利用車載排放測試系統(tǒng)開展了本論文的試驗和研究.

1 道路排放測試方案

1.1 測試設備

使用了HORIBA公司型號為OBS－2200的車載排放測試系統(tǒng).其排氣分析單元工作原理與法規(guī)級排放試驗室所用分析儀相同，其測量精度在與排放實驗室測量系統(tǒng)的對比實驗中得到了驗證.設備主要性能參數(shù)見表1.

表1 測試設備的主要性能參數(shù)

由表1可見，道路試驗過程中車載測試系統(tǒng)測量得到各種污染物排放的質量濃度，同時還測量排氣流量，據(jù)此可以計算出各種污染物瞬時的排放質量（g／s）；再結合通過GPS天線測得的車速信號，進而計算出車輛的排放因子（g／km）.除表1中的測量項目外，OBS－2200還測量試驗過程中實時的溫度、濕度等環(huán)境參數(shù).

1.2 試驗車輛

共測試55輛具有代表性的北京市輕型在用車，包含了不同階段排放標準的車型，數(shù)量分布如表2所列.

表2 被測車輛所符合排放標準的分布情況

1.3 測試線路

遵循2條原則選擇測試線路：（1）盡量包含各種典型交通狀況的路段，根據(jù)國內外同類研究的經(jīng)驗，車載排放測試線路通常由高速路、主干路和分支路等幾種類型的路段組合而成；（2）測試路線的長度適中，通常測試路線的車程在40～60min之間比較好，若線路太長，排放測試設備則需長時間不間斷運行，工作性能會受到影響.圖1所示是本研究選擇的測試線路.

圖1 測試路線

選定的測試線路位于北京市區(qū)東三環(huán)路和東五環(huán)路之間，包含了高速路、主干道和分支路3種不同類型的路段，全長22km，車程約為45min.

2 試驗結果與分析

2.1 冷啟動排放

汽車冷啟動過程中，大部分污染物排放比正常行駛或熱啟動過程高得多.本研究考察了車輛的冷啟動排放.所有車輛在進行道路測試前都靜置10h以上.圖2給出了4輛車排放測試前600 s的排氣溫度曲線.

圖2 試驗車輛啟動過程排氣溫度曲線

道路測試在冬季進行的，圖中4次試驗的環(huán)境溫度在4～12℃之間.圖中所示，發(fā)動機啟動約200s后排氣溫度達到穩(wěn)定值.這與美國加州大學的相關研究結果一致［8］.因此，可以認為從發(fā)動機啟動至其后的200s間為車輛冷啟動過程.表3給出了這4輛車冷啟動和熱啟動2種啟動過程中的各種排放.

表3 冷啟動和熱啟動過程的排放對比

圖3給出了冷啟動過程各種污染物排放因子相對與熱啟動過程增加的百分比例.

圖3 冷啟動過程的排放增量

相對于熱啟動過程，冷啟動的CO高出1～3.5倍，HC高出3～5倍，NOx變化不明顯，CO2排放高出10%～60%.冷啟動時發(fā)動機內處于不完全燃燒狀態(tài)，因此CO、HC排放很高；同時，由于缸內溫度較低，所以相對于熱啟動過程，NOx并沒有明顯增高.

2.2 不同排放標準車型結果對比分析

表4為對符合各種排放標準的車型實際道路測得的綜合排放因子（不包含冷啟動過程）進行統(tǒng)計的結果.

表4 各排放標準車隊的實測排放因子

由圖4可見，國1排放標準的實施效果十分顯著：CO降低了50%，HC降低了46%，NOx降低了39%.國2排放標準實施后，在國1基礎上，CO又降低了32%，HC和NOx各降低了19%.而國3階段車輛實際排放又在國2的基礎上顯著下降：CO降低了36%，HC降低了66%，NOx降低了61%.綜上，從未實施排放標準到實施國3排放標準，車輛實際排放污染物的消減率均達到80%.同時隨著排放標準的加嚴，車輛主要溫室氣體CO2的排放也逐步降低.

圖4 不同排放標準車輛之間排放因子對比

對照國家3階段輕型車排放標準，滿足3階段法規(guī)的車輛實測排放因子中，CO比標準限值高出約50%，NOx高出50%，HC在標準限值以內.

2.3 車齡和行駛里程對在用車排放的影響

表2所列，被測的國2階段車輛數(shù)量最多.為了排除排放標準不同這一干擾因素，同時保證統(tǒng)計樣本盡量大，下面以就國2階段車輛為例，分析車齡、行駛里程等因素對在用車排放的影響.

圖5統(tǒng)計了各種污染物排放因子隨車齡的分布情況.可以看出，NOx和CO2排放隨車齡的增加表現(xiàn)出一定的升高的趨勢；但CO和HC卻沒有明顯的趨勢.

圖6統(tǒng)計了各種污染物排放因子隨車輛已有行駛里程的分布情況.CO，HC和NOx排放隨車輛行駛里程增加而升高的趨勢十分明顯，如圖中用虛線表示的變化趨勢所示，車輛已有行駛里程每增加1萬公里，這些污染物（CO，HC和NOx）的排放因子分別增加0.43g／km，0.036g／km和0.06g／km.CO2排放和行駛里程之間沒有明顯趨勢關系.

綜合圖5和圖6，已有行駛里程對在用車排放的影響關系更為明顯，比較而言，車齡對排放影響小得多.CO2排放是車輛油耗的表征，其大小主要由發(fā)動機排量決定，因此車齡和行駛里程對它沒有明顯的影響關系.車齡和行駛里程對在用車排放的影響，與文獻［1］的相關結果相比，由于北京市實施了在用車檢查維護制度，在用車排放狀況較好，劣化較慢.

圖5 各污染物排放隨車齡的變化趨勢

圖6 各污染物排放隨車輛已有行駛里程的變化趨勢

3 結 論

本研究利用車載排放測試設備，對北京市典型輕型在用車進行了實際道路行駛條件下的排放測試研究，揭示了其排放規(guī)律.與其他城市如天津市的在用車排放研究相比，由于北京市實施了在用車檢查維護制度，在用車排放狀況較好，劣化較慢，但是，仍然有如下特征.

1）在用車冷啟動過程的排放顯著惡劣于熱態(tài)運行，相對于熱啟動過程，冷啟動的CO高出1～3.5倍，HC高出3～5倍，CO2排放高出10%～60%，但NOx沒有明顯增加，甚至比熱啟動少.

2）隨排放標準的加嚴，符合相應標準的車輛實際排放不斷大幅降低；相對于未實施排放標準時期保有的車輛，滿足國3標準的車輛CO實際排放降低了78%，HC降低了85%，NOx降低了81%.同時隨著排放標準的加嚴，車輛主要溫室氣體CO2的排放也表現(xiàn)一定的降低趨勢.

3）在用車實測排放因子統(tǒng)計分析表明，CO、HC和NOx隨車輛行駛里程增加而惡化的趨勢十分明顯；車齡對在用車實際排放影響關系不大；車齡和行駛里程對CO2均沒有明顯的影響關系.

［1］秦孔建，李孟良，高繼東，等.天津市在用車輛排放車載測試試驗研究［J］.汽車工程，2007，29（9）：771－775.

［2］李孟良，蘇茂輝，秦孔建.實際行駛工況下柴油車發(fā)動機負荷分布及排放［J］.江蘇大學學報：自然科學版，2007，28（3）：213－215.

［3］李孟良，劉伏萍，陳燕濤.基于PEMS的混合動力客車排放和油耗性能評價［J］.江蘇大學學報：自然科學版，2006，27（1）：55－59.

［4］Li Mengliang，Wang Linghui，Qin Kongjian.Heavyduty hybrid vehicle emission contrast research under different modes［C］／／IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference （VPPC），China，Harbin，September，2008：3－5.

［5］錢國剛，馮于久，秦孔建.在用車尾氣排放遙測試驗研究［J］.汽車工程，2008，30（5）：87－91.

［6］Guo Hui，Zhang Qingyu，Shi Yao.Characterization of on－road CO，HC and NOxemissionsfor petrol vehicle fleet in China city［J］.Journal of Zhejiang University SCIENCE B，2006，7（7）：532－541.

［7］郝占明，吳 燁，傅立新.北京市機動車污染分擔率的研究［J］.環(huán)境科學，2001，22（9）：1－6.

［8］Brett C S，Thomas W K，Robert A H.A fuel－based approach to estimating motor vehicle cold－start emission［J］.Jounal of the Air and Waste Management Association，1999，49（2）：125－135.