广州市轻型车车载排放测试研究

黄小伟

(广州市环境监测中心站广东广州510030）

0 引言

车载排放测试技术（PEMS）出现于2000年左右，它应用便携式尾气监测技术，可以实时测量车辆排出尾气中各个污染物成分的浓度和质量及机动车行驶过程中的其它特征参数。这种测试技术不仅可以保证测试的精确度和可靠性，而且可以节约大量的测试时间。因此，PEMS技术可以摆脱实验室内不能完全模拟实际道路行驶工况的缺陷，并突破遥感监测定点尾气收集数据的局限性，能够方便快捷地获得不同路段、不同车型、不同时段的车辆尾气排放数据。因此，车载尾气测试技术被很多研究者采用，并且将有可能应用于将来的对机动车排放的检测和认证

1 车载排放测试技术的进展

车载排放测试设备最初是由1998年美国环保局（EPA）的实时车载排放分析仪（ROVER）发展而来的。经过几年的更新换代，现在已经出现的有由美国清洁空气技术公司（CATI）开发的OEM2100，美国Sensor公司的SEMTECH系列和日本HORIBA公司的OBS系列等车载排放设备。这些设备都已经得到美国EPA的认证。

虽然各个公司的PEMS产品各有不同，但是其采样、数据处理的流程基本是一样的。作为一个整体，PEMS将各测量仪器集中到一起，利用PITOT管直采的方法，对尾气进行直接取样，分析各污染物的瞬时排放浓度。车辆排放的气体，在PEMS的各个分析仪内经过分析之后，和环境参数、GPS参数一起进入数据整合系统，之后输入到记录和存储数据的PC中。安装PEMS也是相当容易的。对于乘用车和卡车，可以将系统安装在被测车辆的副驾座位上，这样就使监视屏幕和控制器面向驾驶员，并且所有的连接器面向副驾一侧的车门。系统也能安装在小轿车的后座上，小型厢式车的地板上，掀背式轿车或者皮卡的货箱里，或者车上其他任何安全、方便的地方。将该系统放置在座位上时，最好在座位上铺上保护垫或者油布，这样是为了防止对座位的损坏。当测试重型车辆时，可以将设备放置在对车辆运行和用户使用来说认为安全的地方。

目前，车载排放测试技术已经成熟，2005年6月美国环保署签署的在用柴油车辆的测试程序最终报告中，明确提出使用车载排放测量系统测量排气污染物和颗粒物，以保证柴油机的排放标准符合实际行驶工况。这项技术已经应用在车辆排放污染物的科学研究工作中。

上海环境科学院的陈长虹等人采用SEMTECH-D车载排放测试系统，在上海选取了9辆重型柴油车进行了实际道路排放污染物测量，得到了上海市重型车实际道路的排放因子。

北京交通大学的张潇、于雷等人采用车载尾气检测设备(PEMS)OEM2100收集了在交叉口和路段上的实时尾气排放数据，利用GIS和相应二次开发工具构造了排放数据的分析平台，提出了交叉口尾气排放的空间分析方法，并对所收集的数据进行了对比分析。在此基础上，得到了交叉口处车辆各转向下的不同排放物的排放特征，计算了交叉口各转向相对于路段的排放系数，并对PEMS技术交叉口尾气排放进行了探讨。

宁波工程学院交通学院的黄永青等人，以宁波城市道路实际车辆行驶为研究对象，利用IPEXD便携式排放测量仪、GPS测速系统，获取实际车辆行驶速度、排放污染物数据。在此基础上分析城市道路行驶工况，实际道路上车辆排放情况，同时进一步研究行驶工况、速度与排放之间的关系。

加州大学河边分校的THOMASD.DURBIN等人采用了4种车载排放测试设备Montana System，SEMTECH-D，Ride-Along Vehicle Emission Measurement System(RAVEM)和HORIBA OBS-1300 System，对同一辆重型车在台架和底盘测功机上进行了测试，比较了4种设备测试数据的差异。加州大学河边分校的K.CJohnson等人采用PEMS设备对柴油车排放进行了测试，并将测试结果与实验室排放试验结果对比，讨论了PEMS测试技术应用的一些问题。

2 车载排放测试仪器和实验方法

2.1 实验设备

实验设备采用美国sensor公司的SEMTECH-DS气态分析仪。SEMTECH-DS是通过美国EPA认证的车载排放分析设备，SEMTECH-DS是通过美国EPA认证的车载排放分析标准设备，其计算原理主要是利用分析仪得到各种排气的体积浓度，再利用流量计测量排气总流量和排气的温湿度、压力，环境温湿度、压力等，最后修正得到标准状态下排气流量，再计算排放物的质量流量。

2.2 实验方法

实验选取广州市行驶的不同排量、不同登记年份、不同行驶里程的轻型车进行实际道路的车载排放测试实验。同时考虑不同路段以及不同时段的交通路况存在差异，选取广州市不同区域以及不同等级道路（快速路、主干道、城市次干道以及支路等），在不同的时段（早高峰、晚高峰以及其他时间）采用文献[3]中的第二种方法，驾驶员按照正常行驶目的驾驶，得出城市道路上车辆的正常行驶工况数据，以模拟正常的实际道路行驶工况。实验时间为2012年5月，选定的实验车辆如表1所示。

表1 实验车辆信息

2.3 测试结果通过不同时段、不同道路的车载排放测试，得出不同排放标准的轻型车的排放因子，如表2所示

表2 车载实验测试结果

表3 车载实验排放因子测试结果

与国家标准排放限值相比，实际道路测试所得排放因子，国2轻型车三种污染物的排放因子都略高于标准限值，而国3和国4标准的轻型车的CO和HC与标准限值相比较低，而国3标准的NOx排放相对较高（如图1所示）。

考虑到国2测试标准中，测试循环中没有进行冷启动测试，所以CO和HC的排放限值较低，而从国3测试标准开始采用的新的测试循环（NEDC，New Euro Driving Cycle）中，则要求对被测车辆冷车启动马上进行测试，所以对CO和HC测试更加严格。而本研究所进行的实际道路的车载测试实验，由于是在规定区域进行跟车测试，所以测试过程中冷启动阶段所占比例很小，可以忽略不计，所以测试结果中冷启动阶段测试的排放污染物对整个排放因子测试的结果很小。因此，国3和国4的CO和HC排放比标准限值低了很多，NOx排放则要相对CO和HC来说则较高。而国2的被测车辆则由于累计行驶里程都达到了二十万公里以上，由于其发动机以及其它设备的老化，测试结果较标准限值要高。对老旧车辆的淘汰以及对在用车辆实行严格的I/M制度，对控制机动车污染物排放有着重要的意义。

图1 车载测试结果与国家标准对比

2.4 车载排放测试与实验室整车工况测试结果对比

由于车载排放测试车辆中没有国1标准的车辆，因此仅对两种实验方法的国2、国3、国4的测试结果进行对比，如图2所示。从图中可以看出，车载实验所得结果比实验室工况法测试所得结果相差较大（如图2所示），这主要还是由于冷启动测试在测试周期中所占比例的不同导致的。车载实验由于冷启动在测试周期中所占比例很小，几乎可以忽略不计，所以污染物排放较实验室工况法测试结果低了很多，这主要是由测试周期中车辆不同的行驶情况来决定的。

图2 车载排放测试与实验室整车工况测试结果对比

3 结束语

本文对选定的十多辆轻型车，在广州市市区的各个区域，进行了实际道路的车载排放测试，得到了广州市轻型车实际道路的排放因子，国2标准的轻型车的CO、NOx、HC三种污染物的排放因子分别为2.83g/km，0.42g/km和0.089g/km，国3标准的轻型车的CO、NOx、HC三种污染物的排放因子分别为1.35g/km、0.18g/km和0.049g/km，国4标准的轻型车的 CO、NOx、HC三种污染物的排放因子分别为0.85g/km，0.053g/km和0.021g/km。

将车载排放测试结果与实验室整车工况测试结果进行了对比。对比的结果表明两者差异很大，这主要是由于两种实验在测试过程中，被测车辆在测试周期内的行驶工况存在显著的差异，如平均速度、平均加速度和怠速模式时间比例等参数，其中尤其是冷启动阶段所占比例的相差悬殊，从而导致排放测试结果的较大差异。因此，在以后的车载实验中，应形成相对比较统一的实验标准，对于实际道路、测试时间段和其它比较特殊交通状况（如节假日等）的选择应加以考虑，尤其是应考虑冷启动阶段在整个测试循环中所占的比例，从而考虑其对于测试结果的影响，使得车载实际道路的测试结果更具备重复性和可比性。

[1]王岐东，贺克斌，姚志良，霍红.中国城市机动车行驶工况研究[J].环境污染与防治，2007，10(29):745-748.

[2]刘希玲，丁焰.我国城市汽车行驶工况调查研究[J].环境科学研究，2000,13(1):23-27.

[3]朱西产，李孟良，马志雄等，车辆行驶工况开发方法[J].江苏大学学报，2005，26(2).