北京市轻型在用车实际道路排放特征分析＊

李孟良 冯玉桥 秦孔建 冯于久 张建伟 高继东

（中国汽车技术研究中心1） 天津 300162） （北京市机动车尾气管理中心2） 北京 100003）

0 引 言

随着新车排放法规和控制措施的不断完善，大量研究开始关注在用车排放问题.实际道路形式条件下车辆排放测量是进行在用车排放研究和评估的主要手段.这些研究活动大多使用了车载排放测试系统［1－4］，也有一部分研究活动则使用了排放遥感测量设备［5－6］.这些研究方法不同与试验室测试，更强调实际使用条件和使用环境因素对机动车排放因子的影响，直接反映车辆实际使用过程中的真实排放状况.多数研究结果表明：城市在用车实际排放水平普遍高于其相应新车型排放认证的限值；交通状况对机动车排放的影响显著.

北京是我国机动车保有量最大的城市，面临突出的在用车排放污染问题.清华大学的研究人员曾利用车载排放测试及排放分析模型对北京市机动车排放进行过研究［7］，但北京市在用车保有规模发展迅猛，车辆排放控制技术方面的组成结构变化巨大，早期的研究成果难以用来评估北京市在用车排放的现状.另外，北京市实施的机动车检查维护制度，在车车排放是否较好.因此，利用车载排放测试系统开展了本论文的试验和研究.

1 道路排放测试方案

1.1 测试设备

使用了HORIBA公司型号为OBS－2200的车载排放测试系统.其排气分析单元工作原理与法规级排放试验室所用分析仪相同，其测量精度在与排放实验室测量系统的对比实验中得到了验证.设备主要性能参数见表1.

表1 测试设备的主要性能参数

由表1可见，道路试验过程中车载测试系统测量得到各种污染物排放的质量浓度，同时还测量排气流量，据此可以计算出各种污染物瞬时的排放质量（g／s）；再结合通过GPS天线测得的车速信号，进而计算出车辆的排放因子（g／km）.除表1中的测量项目外，OBS－2200还测量试验过程中实时的温度、湿度等环境参数.

1.2 试验车辆

共测试55辆具有代表性的北京市轻型在用车，包含了不同阶段排放标准的车型，数量分布如表2所列.

表2 被测车辆所符合排放标准的分布情况

1.3 测试线路

遵循2条原则选择测试线路：（1）尽量包含各种典型交通状况的路段，根据国内外同类研究的经验，车载排放测试线路通常由高速路、主干路和分支路等几种类型的路段组合而成；（2）测试路线的长度适中，通常测试路线的车程在40～60min之间比较好，若线路太长，排放测试设备则需长时间不间断运行，工作性能会受到影响.图1所示是本研究选择的测试线路.

图1 测试路线

选定的测试线路位于北京市区东三环路和东五环路之间，包含了高速路、主干道和分支路3种不同类型的路段，全长22km，车程约为45min.

2 试验结果与分析

2.1 冷启动排放

汽车冷启动过程中，大部分污染物排放比正常行驶或热启动过程高得多.本研究考察了车辆的冷启动排放.所有车辆在进行道路测试前都静置10h以上.图2给出了4辆车排放测试前600 s的排气温度曲线.

图2 试验车辆启动过程排气温度曲线

道路测试在冬季进行的，图中4次试验的环境温度在4～12℃之间.图中所示，发动机启动约200s后排气温度达到稳定值.这与美国加州大学的相关研究结果一致［8］.因此，可以认为从发动机启动至其后的200s间为车辆冷启动过程.表3给出了这4辆车冷启动和热启动2种启动过程中的各种排放.

表3 冷启动和热启动过程的排放对比

图3给出了冷启动过程各种污染物排放因子相对与热启动过程增加的百分比例.

图3 冷启动过程的排放增量

相对于热启动过程，冷启动的CO高出1～3.5倍，HC高出3～5倍，NOx变化不明显，CO2排放高出10%～60%.冷启动时发动机内处于不完全燃烧状态，因此CO、HC排放很高；同时，由于缸内温度较低，所以相对于热启动过程，NOx并没有明显增高.

2.2 不同排放标准车型结果对比分析

表4为对符合各种排放标准的车型实际道路测得的综合排放因子（不包含冷启动过程）进行统计的结果.

表4 各排放标准车队的实测排放因子

由图4可见，国1排放标准的实施效果十分显著：CO降低了50%，HC降低了46%，NOx降低了39%.国2排放标准实施后，在国1基础上，CO又降低了32%，HC和NOx各降低了19%.而国3阶段车辆实际排放又在国2的基础上显著下降：CO降低了36%，HC降低了66%，NOx降低了61%.综上，从未实施排放标准到实施国3排放标准，车辆实际排放污染物的消减率均达到80%.同时随着排放标准的加严，车辆主要温室气体CO2的排放也逐步降低.

图4 不同排放标准车辆之间排放因子对比

对照国家3阶段轻型车排放标准，满足3阶段法规的车辆实测排放因子中，CO比标准限值高出约50%，NOx高出50%，HC在标准限值以内.

2.3 车龄和行驶里程对在用车排放的影响

表2所列，被测的国2阶段车辆数量最多.为了排除排放标准不同这一干扰因素，同时保证统计样本尽量大，下面以就国2阶段车辆为例，分析车龄、行驶里程等因素对在用车排放的影响.

图5统计了各种污染物排放因子随车龄的分布情况.可以看出，NOx和CO2排放随车龄的增加表现出一定的升高的趋势；但CO和HC却没有明显的趋势.

图6统计了各种污染物排放因子随车辆已有行驶里程的分布情况.CO，HC和NOx排放随车辆行驶里程增加而升高的趋势十分明显，如图中用虚线表示的变化趋势所示，车辆已有行驶里程每增加1万公里，这些污染物（CO，HC和NOx）的排放因子分别增加0.43g／km，0.036g／km和0.06g／km.CO2排放和行驶里程之间没有明显趋势关系.

综合图5和图6，已有行驶里程对在用车排放的影响关系更为明显，比较而言，车龄对排放影响小得多.CO2排放是车辆油耗的表征，其大小主要由发动机排量决定，因此车龄和行驶里程对它没有明显的影响关系.车龄和行驶里程对在用车排放的影响，与文献［1］的相关结果相比，由于北京市实施了在用车检查维护制度，在用车排放状况较好，劣化较慢.

图5 各污染物排放随车龄的变化趋势

图6 各污染物排放随车辆已有行驶里程的变化趋势

3 结 论

本研究利用车载排放测试设备，对北京市典型轻型在用车进行了实际道路行驶条件下的排放测试研究，揭示了其排放规律.与其他城市如天津市的在用车排放研究相比，由于北京市实施了在用车检查维护制度，在用车排放状况较好，劣化较慢，但是，仍然有如下特征.

1）在用车冷启动过程的排放显著恶劣于热态运行，相对于热启动过程，冷启动的CO高出1～3.5倍，HC高出3～5倍，CO2排放高出10%～60%，但NOx没有明显增加，甚至比热启动少.

2）随排放标准的加严，符合相应标准的车辆实际排放不断大幅降低；相对于未实施排放标准时期保有的车辆，满足国3标准的车辆CO实际排放降低了78%，HC降低了85%，NOx降低了81%.同时随着排放标准的加严，车辆主要温室气体CO2的排放也表现一定的降低趋势.

3）在用车实测排放因子统计分析表明，CO、HC和NOx随车辆行驶里程增加而恶化的趋势十分明显；车龄对在用车实际排放影响关系不大；车龄和行驶里程对CO2均没有明显的影响关系.

［1］秦孔建，李孟良，高继东，等.天津市在用车辆排放车载测试试验研究［J］.汽车工程，2007，29（9）：771－775.

［2］李孟良，苏茂辉，秦孔建.实际行驶工况下柴油车发动机负荷分布及排放［J］.江苏大学学报：自然科学版，2007，28（3）：213－215.

［3］李孟良，刘伏萍，陈燕涛.基于PEMS的混合动力客车排放和油耗性能评价［J］.江苏大学学报：自然科学版，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］钱国刚，冯于久，秦孔建.在用车尾气排放遥测试验研究［J］.汽车工程，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，吴 烨，傅立新.北京市机动车污染分担率的研究［J］.环境科学，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.