黃小偉

(廣州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站廣東廣州510030）

0 引言

車載排放測(cè)試技術(shù)（PEMS）出現(xiàn)于2000年左右，它應(yīng)用便攜式尾氣監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)測(cè)量車輛排出尾氣中各個(gè)污染物成分的濃度和質(zhì)量及機(jī)動(dòng)車行駛過程中的其它特征參數(shù)。這種測(cè)試技術(shù)不僅可以保證測(cè)試的精確度和可靠性，而且可以節(jié)約大量的測(cè)試時(shí)間。因此，PEMS技術(shù)可以擺脫實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不能完全模擬實(shí)際道路行駛工況的缺陷，并突破遙感監(jiān)測(cè)定點(diǎn)尾氣收集數(shù)據(jù)的局限性，能夠方便快捷地獲得不同路段、不同車型、不同時(shí)段的車輛尾氣排放數(shù)據(jù)。因此，車載尾氣測(cè)試技術(shù)被很多研究者采用，并且將有可能應(yīng)用于將來的對(duì)機(jī)動(dòng)車排放的檢測(cè)和認(rèn)證

1 車載排放測(cè)試技術(shù)的進(jìn)展

車載排放測(cè)試設(shè)備最初是由1998年美國(guó)環(huán)保局（EPA）的實(shí)時(shí)車載排放分析儀（ROVER）發(fā)展而來的。經(jīng)過幾年的更新?lián)Q代，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)的有由美國(guó)清潔空氣技術(shù)公司（CATI）開發(fā)的OEM2100，美國(guó)Sensor公司的SEMTECH系列和日本HORIBA公司的OBS系列等車載排放設(shè)備。這些設(shè)備都已經(jīng)得到美國(guó)EPA的認(rèn)證。

雖然各個(gè)公司的PEMS產(chǎn)品各有不同，但是其采樣、數(shù)據(jù)處理的流程基本是一樣的。作為一個(gè)整體，PEMS將各測(cè)量?jī)x器集中到一起，利用PITOT管直采的方法，對(duì)尾氣進(jìn)行直接取樣，分析各污染物的瞬時(shí)排放濃度。車輛排放的氣體，在PEMS的各個(gè)分析儀內(nèi)經(jīng)過分析之后，和環(huán)境參數(shù)、GPS參數(shù)一起進(jìn)入數(shù)據(jù)整合系統(tǒng)，之后輸入到記錄和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的PC中。安裝PEMS也是相當(dāng)容易的。對(duì)于乘用車和卡車，可以將系統(tǒng)安裝在被測(cè)車輛的副駕座位上，這樣就使監(jiān)視屏幕和控制器面向駕駛員，并且所有的連接器面向副駕一側(cè)的車門。系統(tǒng)也能安裝在小轎車的后座上，小型廂式車的地板上，掀背式轎車或者皮卡的貨箱里，或者車上其他任何安全、方便的地方。將該系統(tǒng)放置在座位上時(shí)，最好在座位上鋪上保護(hù)墊或者油布，這樣是為了防止對(duì)座位的損壞。當(dāng)測(cè)試重型車輛時(shí)，可以將設(shè)備放置在對(duì)車輛運(yùn)行和用戶使用來說認(rèn)為安全的地方。

目前，車載排放測(cè)試技術(shù)已經(jīng)成熟，2005年6月美國(guó)環(huán)保署簽署的在用柴油車輛的測(cè)試程序最終報(bào)告中，明確提出使用車載排放測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量排氣污染物和顆粒物，以保證柴油機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)符合實(shí)際行駛工況。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在車輛排放污染物的科學(xué)研究工作中。

上海環(huán)境科學(xué)院的陳長(zhǎng)虹等人采用SEMTECH-D車載排放測(cè)試系統(tǒng)，在上海選取了9輛重型柴油車進(jìn)行了實(shí)際道路排放污染物測(cè)量，得到了上海市重型車實(shí)際道路的排放因子。

北京交通大學(xué)的張瀟、于雷等人采用車載尾氣檢測(cè)設(shè)備(PEMS)OEM2100收集了在交叉口和路段上的實(shí)時(shí)尾氣排放數(shù)據(jù)，利用GIS和相應(yīng)二次開發(fā)工具構(gòu)造了排放數(shù)據(jù)的分析平臺(tái)，提出了交叉口尾氣排放的空間分析方法，并對(duì)所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。在此基礎(chǔ)上，得到了交叉口處車輛各轉(zhuǎn)向下的不同排放物的排放特征，計(jì)算了交叉口各轉(zhuǎn)向相對(duì)于路段的排放系數(shù)，并對(duì)PEMS技術(shù)交叉口尾氣排放進(jìn)行了探討。

寧波工程學(xué)院交通學(xué)院的黃永青等人，以寧波城市道路實(shí)際車輛行駛為研究對(duì)象，利用IPEXD便攜式排放測(cè)量?jī)x、GPS測(cè)速系統(tǒng)，獲取實(shí)際車輛行駛速度、排放污染物數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上分析城市道路行駛工況，實(shí)際道路上車輛排放情況，同時(shí)進(jìn)一步研究行駛工況、速度與排放之間的關(guān)系。

加州大學(xué)河邊分校的THOMASD.DURBIN等人采用了4種車載排放測(cè)試設(shè)備Montana System，SEMTECH-D，Ride-Along Vehicle Emission Measurement System(RAVEM)和HORIBA OBS-1300 System，對(duì)同一輛重型車在臺(tái)架和底盤測(cè)功機(jī)上進(jìn)行了測(cè)試，比較了4種設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)的差異。加州大學(xué)河邊分校的K.CJohnson等人采用PEMS設(shè)備對(duì)柴油車排放進(jìn)行了測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室排放試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，討論了PEMS測(cè)試技術(shù)應(yīng)用的一些問題。

2 車載排放測(cè)試儀器和實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用美國(guó)sensor公司的SEMTECH-DS氣態(tài)分析儀。SEMTECH-DS是通過美國(guó)EPA認(rèn)證的車載排放分析設(shè)備，SEMTECH-DS是通過美國(guó)EPA認(rèn)證的車載排放分析標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，其計(jì)算原理主要是利用分析儀得到各種排氣的體積濃度，再利用流量計(jì)測(cè)量排氣總流量和排氣的溫濕度、壓力，環(huán)境溫濕度、壓力等，最后修正得到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下排氣流量，再計(jì)算排放物的質(zhì)量流量。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)選取廣州市行駛的不同排量、不同登記年份、不同行駛里程的輕型車進(jìn)行實(shí)際道路的車載排放測(cè)試實(shí)驗(yàn)。同時(shí)考慮不同路段以及不同時(shí)段的交通路況存在差異，選取廣州市不同區(qū)域以及不同等級(jí)道路（快速路、主干道、城市次干道以及支路等），在不同的時(shí)段（早高峰、晚高峰以及其他時(shí)間）采用文獻(xiàn)[3]中的第二種方法，駕駛員按照正常行駛目的駕駛，得出城市道路上車輛的正常行駛工況數(shù)據(jù)，以模擬正常的實(shí)際道路行駛工況。實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2012年5月，選定的實(shí)驗(yàn)車輛如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)車輛信息

2.3 測(cè)試結(jié)果通過不同時(shí)段、不同道路的車載排放測(cè)試，得出不同排放標(biāo)準(zhǔn)的輕型車的排放因子，如表2所示

表2 車載實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

表3 車載實(shí)驗(yàn)排放因子測(cè)試結(jié)果

與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)排放限值相比，實(shí)際道路測(cè)試所得排放因子，國(guó)2輕型車三種污染物的排放因子都略高于標(biāo)準(zhǔn)限值，而國(guó)3和國(guó)4標(biāo)準(zhǔn)的輕型車的CO和HC與標(biāo)準(zhǔn)限值相比較低，而國(guó)3標(biāo)準(zhǔn)的NOx排放相對(duì)較高（如圖1所示）。

考慮到國(guó)2測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中，測(cè)試循環(huán)中沒有進(jìn)行冷啟動(dòng)測(cè)試，所以CO和HC的排放限值較低，而從國(guó)3測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)開始采用的新的測(cè)試循環(huán)（NEDC，New Euro Driving Cycle）中，則要求對(duì)被測(cè)車輛冷車啟動(dòng)馬上進(jìn)行測(cè)試，所以對(duì)CO和HC測(cè)試更加嚴(yán)格。而本研究所進(jìn)行的實(shí)際道路的車載測(cè)試實(shí)驗(yàn)，由于是在規(guī)定區(qū)域進(jìn)行跟車測(cè)試，所以測(cè)試過程中冷啟動(dòng)階段所占比例很小，可以忽略不計(jì)，所以測(cè)試結(jié)果中冷啟動(dòng)階段測(cè)試的排放污染物對(duì)整個(gè)排放因子測(cè)試的結(jié)果很小。因此，國(guó)3和國(guó)4的CO和HC排放比標(biāo)準(zhǔn)限值低了很多，NOx排放則要相對(duì)CO和HC來說則較高。而國(guó)2的被測(cè)車輛則由于累計(jì)行駛里程都達(dá)到了二十萬公里以上，由于其發(fā)動(dòng)機(jī)以及其它設(shè)備的老化，測(cè)試結(jié)果較標(biāo)準(zhǔn)限值要高。對(duì)老舊車輛的淘汰以及對(duì)在用車輛實(shí)行嚴(yán)格的I/M制度，對(duì)控制機(jī)動(dòng)車污染物排放有著重要的意義。

圖1 車載測(cè)試結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

2.4 車載排放測(cè)試與實(shí)驗(yàn)室整車工況測(cè)試結(jié)果對(duì)比

由于車載排放測(cè)試車輛中沒有國(guó)1標(biāo)準(zhǔn)的車輛，因此僅對(duì)兩種實(shí)驗(yàn)方法的國(guó)2、國(guó)3、國(guó)4的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖2所示。從圖中可以看出，車載實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果比實(shí)驗(yàn)室工況法測(cè)試所得結(jié)果相差較大（如圖2所示），這主要還是由于冷啟動(dòng)測(cè)試在測(cè)試周期中所占比例的不同導(dǎo)致的。車載實(shí)驗(yàn)由于冷啟動(dòng)在測(cè)試周期中所占比例很小，幾乎可以忽略不計(jì)，所以污染物排放較實(shí)驗(yàn)室工況法測(cè)試結(jié)果低了很多，這主要是由測(cè)試周期中車輛不同的行駛情況來決定的。

圖2 車載排放測(cè)試與實(shí)驗(yàn)室整車工況測(cè)試結(jié)果對(duì)比

3 結(jié)束語

本文對(duì)選定的十多輛輕型車，在廣州市市區(qū)的各個(gè)區(qū)域，進(jìn)行了實(shí)際道路的車載排放測(cè)試，得到了廣州市輕型車實(shí)際道路的排放因子，國(guó)2標(biāo)準(zhǔn)的輕型車的CO、NOx、HC三種污染物的排放因子分別為2.83g/km，0.42g/km和0.089g/km，國(guó)3標(biāo)準(zhǔn)的輕型車的CO、NOx、HC三種污染物的排放因子分別為1.35g/km、0.18g/km和0.049g/km，國(guó)4標(biāo)準(zhǔn)的輕型車的 CO、NOx、HC三種污染物的排放因子分別為0.85g/km，0.053g/km和0.021g/km。

將車載排放測(cè)試結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室整車工況測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。對(duì)比的結(jié)果表明兩者差異很大，這主要是由于兩種實(shí)驗(yàn)在測(cè)試過程中，被測(cè)車輛在測(cè)試周期內(nèi)的行駛工況存在顯著的差異，如平均速度、平均加速度和怠速模式時(shí)間比例等參數(shù)，其中尤其是冷啟動(dòng)階段所占比例的相差懸殊，從而導(dǎo)致排放測(cè)試結(jié)果的較大差異。因此，在以后的車載實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)形成相對(duì)比較統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于實(shí)際道路、測(cè)試時(shí)間段和其它比較特殊交通狀況（如節(jié)假日等）的選擇應(yīng)加以考慮，尤其是應(yīng)考慮冷啟動(dòng)階段在整個(gè)測(cè)試循環(huán)中所占的比例，從而考慮其對(duì)于測(cè)試結(jié)果的影響，使得車載實(shí)際道路的測(cè)試結(jié)果更具備重復(fù)性和可比性。

[1]王岐東，賀克斌，姚志良，霍紅.中國(guó)城市機(jī)動(dòng)車行駛工況研究[J].環(huán)境污染與防治，2007，10(29):745-748.

[2]劉希玲，丁焰.我國(guó)城市汽車行駛工況調(diào)查研究[J].環(huán)境科學(xué)研究，2000,13(1):23-27.

[3]朱西產(chǎn)，李孟良，馬志雄等，車輛行駛工況開發(fā)方法[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，26(2).