草坪修剪機尾氣排放檢測分析

劉廣 陳劭 崔善花 盧秋蓮 尹振波

摘要：試驗分析了草坪修剪機實際應(yīng)用狀況及相關(guān)尾氣排放標準，建立了草坪修剪機尾氣檢測系統(tǒng)，以國內(nèi)主要機型為試驗檢測對象，對草坪修剪機尾氣排放進行了實地檢測；對試驗數(shù)據(jù)進行分析，得出了草坪修剪機尾氣的排放狀況的相關(guān)結(jié)論，研究將為國內(nèi)草坪修剪機制造以及操作使用提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：草坪修剪機；尾氣排放；檢測與分析

中圖分類號：Ｓ７７６．２７；Ｘ７０１文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）15－3172-03

Ｔｈｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａｗｎ Mower Eｍｉｓｓｉｏｎｓ

ＬＩＵ Ｇｕａｎｇ，ＣＨＥＮ Ｓｈａｏ，ＣＵＩ Ｓｈａｎ－ｈｕａ，ＬＵ Ｑｉｕ－ｌｉａｎ，ＹＩＮ Ｚｈｅｎ－ｂｏ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｌａｗｎ mowerｓ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ａ ｌａｗｎ ｍｏｗｅｒ ｇａｓ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｕｓｉｎｇ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｇｅｎｅｒａｌ ｇａｓｏｌｉｎｅ ｅｎｇｉｎｅ ａｓ ｍｏｄｅｌｓ， ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｌａｗｎ ｍｏｗｅｒ＇ｓ ｅｘｈａｕｓｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｔａ ａｎａｌｙｓｉｓ． A ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｏｒ ｏｆ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｌａｗｎ ｔｒｉｍｍｅｒｓ was provided．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｌａｗｎ ｍｏｗｅｒ； ｅｘｈａｕｓｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ； ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ

草坪修剪機是園林綠化中最常用的一種園林機械，也是草坪管理中使用頻率較高的設(shè)備。隨著人民生活水平的提高，草坪業(yè)和園林業(yè)也隨之飛速發(fā)展，草坪修剪機的使用越來越廣泛。據(jù)統(tǒng)計，從２００１~２００７年，北京城市園林綠地增加了１萬hm2，其中草坪面積占綠地面積的３０％左右［１］。我國草坪修剪機２００６年進口了３１ ２５６臺，出口了５ ２０２ １６１臺，出口金額為１０ ６２９萬美元，２００７年出口數(shù)量和出口金額比２００６年分別增長了５３．９％和５９．１％［２］。由此可見，我國草坪修剪機的出口數(shù)量很大并且增長迅速，草坪修剪機在園林綠化和草坪管理中得到了廣泛使用。

草坪修剪機尾氣中的有害成分主要有碳氫燃料不完全燃燒的產(chǎn)物（ＣＯ和ＨＣ）以及氮氧化合物（ＮＯx）。大氣中的ＮＯx和ＨＣ受到太陽光照射時，在特定的自然條件下會形成光化學煙霧。這種煙霧一旦形成，不僅大大降低環(huán)境的能見度，而且對人眼有刺激作用，使人發(fā)生慢性中毒及呼吸障礙。因此，大量的草坪修剪機在工作時可向環(huán)境中排放較多的有害物質(zhì)，從而對環(huán)境和人們的健康產(chǎn)生不利影響。

草坪修剪機的發(fā)動機屬于非道路通用汽油機的一種，目前國內(nèi)外均制定了非道路通用汽油機的排放標準，因此草坪修剪機的尾氣排放也必須符合非道路通用汽油機的要求。２００７年８月１日，歐洲公布了非道路通用汽油機排放法規(guī)，對于手持式的草坪修剪機，當發(fā)動機排量大于５０ ｍＬ時，ＣＯ的排放上限為６０３ ｇ／ｋＷ·ｈ，ＨＣ＋ＮＯＸ排放標準值為７２ ｇ／ｋＷ·ｈ［３］。２００９年１月１日，我國也實施了非道路通用汽油機的尾氣排放標準，標準規(guī)定：當發(fā)動機排量大于５０ ｍＬ時，ＣＯ的排放標準值為６０３ ｇ／ｋＷ·ｈ，ＨＣ排放標準值為１６１ ｇ／ｋＷ·ｈ，ＮＯx排放標準值為５．３６ ｇ／ｋＷ·ｈ。我國對非道路通用汽油機的排放標準的制定參考了歐洲的標準，但離歐洲的標準還有一段距離。

建立草坪修剪機的尾氣排放檢測系統(tǒng)，探測草坪修剪機在實際工作時的尾氣排放狀況，驗證尾氣排放是否符合國家標準，分析草坪修剪機在不同的工作狀況時的尾氣排放差異，尋找草坪修剪機最理想的工作條件，探尋影響草坪修剪機尾氣排放的因素，將為草坪修剪機的生產(chǎn)和實際操作做出指導。

１材料與方法

試驗以動力為國產(chǎn)發(fā)動機ＰＢ６０汽油機的草坪修剪機為研究對象，檢測草坪修剪機在不同工作狀況時的尾氣排放值，ＰＢ６０汽油機的主要參數(shù)為額定功率４．５ ｋＷ，額定轉(zhuǎn)速３ ２００ ｒ／ｍｉｎ。

尾氣排放檢測儀為ＡＶＬ ＤｉＧａｓ４０００ Ｌｉｇｈｔ，即ＡＶＬ五組份排放分析儀，精度等級為國際ＯＩＭＬ Ｒ９９ ０級，儀器均按照聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會（ＥＣＥ）標準生產(chǎn)，能夠充分滿足國家最新標準的要求。

為了檢測汽油機不同工作狀況時的尾氣排放特點，試驗中將汽油機的節(jié)氣門大小劃分為五均等分，即下文提到的五個擋位，其中一擋的節(jié)氣門開度最小，五擋的節(jié)氣門開度最大，草坪修剪機依次在不同的擋位下工作，分別記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。

試驗環(huán)境為晴天，氣溫２５～３１ ℃，草坪平均高度１０～１２ ｃｍ，草坪較平整和濃密，草坪修剪機工作時的速度為０．５ ｍ／ｓ。

由于試驗需要的數(shù)據(jù)較多，而ＡＶＬ五組份排放分析儀現(xiàn)場打印數(shù)據(jù)的速度較慢，在試驗時我們通過用攝像機拍攝試驗現(xiàn)場，然后用計算機每隔３ s提取一組數(shù)據(jù)，構(gòu)成試驗的基本數(shù)據(jù)。試驗測試系統(tǒng)流程如圖１所示。

２結(jié)果與分析

運用Ｅｘｃｅｌ對數(shù)據(jù)取平均值以及方差分析，發(fā)現(xiàn)有些數(shù)據(jù)的波動很大，考慮到現(xiàn)實試驗測試時環(huán)境所產(chǎn)生的影響，在做數(shù)據(jù)分析時剔除了少量數(shù)據(jù)，以圖形的形式將測試結(jié)果展示如下。

１）過量空氣系數(shù)ａ。圖２的橫坐標表示測試數(shù)據(jù)的組數(shù)，如１２表示第１２組數(shù)據(jù)，縱坐標表示空氣系數(shù)值。過量空氣系數(shù)ａ反映的是汽油燃燒時空氣量的充足程度［４］，由圖2可知，在一擋位和二擋位時，ａ較大，燃燒時氧氣充足，汽油燃燒得比較完全，產(chǎn)生的有害尾氣比較少；在四擋和五擋位時ａ較小，燃燒時氧氣不夠充足，汽油可能處于稀薄燃燒狀況，產(chǎn)生的有害尾氣比較多。因此，為了降低草坪修剪機尾氣排放的有害物質(zhì)，應(yīng)當使得汽油機工作時氧氣充足，建議草坪修剪機在低擋位工作。

２）尾氣中ＣＯ的濃度（單位為ｍＬ／Ｌ）。圖３的橫坐標表示測試數(shù)據(jù)的組數(shù)，如１７表示第１７組數(shù)據(jù)，縱坐標表示尾氣中ＣＯ的濃度。尾氣中ＣＯ的濃度直接反映了汽油機的排放狀況，一擋的ＣＯ均值為１７．３８ ｍＬ／Ｌ，四擋的ＣＯ均值為４1．90 ｍＬ／Ｌ，因此ＣＯ濃度波動都較大，說明汽油機燃燒不是很穩(wěn)定；其中低擋位ＣＯ的均值較低，高擋位ＣＯ均值較高，表明高擋位的排放較惡劣。

３）尾氣中ＨＣ的濃度（單位為μＬ／Ｌ）。圖４的橫坐標表示測試數(shù)據(jù)的組數(shù)，如１７表示第１７組數(shù)據(jù)，縱坐標表示尾氣中ＨＣ的濃度。尾氣中ＨＣ的濃度直接反映了汽油機的排放狀況，由圖4可知，二擋的HC濃度較高，五擋和一擋的HC濃度較低，說明在二擋時汽油機工作狀況不佳。

從前面的結(jié)果可以看出，隨著節(jié)氣門的加大（即擋位的上升），過量空氣系數(shù)a減?。ㄈ龘鮝值比二擋下降了18%，四擋a比三擋下降了5%），說明低擋位汽油燃燒的空氣供給量比高擋位要充足；隨著節(jié)氣門的加大，CO的濃度呈上升趨勢（二擋CO值比一擋增長了32%，四擋CO值比三擋增長了19%），表明燃燒在節(jié)氣門開度大（即高擋位）的情況下比較惡劣；隨著節(jié)氣門的加大，HC濃度先上升后下降，其中二擋的HC濃度最高，此時的燃燒狀況不佳，草坪修剪機應(yīng)該避免在此擋位下工作。

３小結(jié)

近幾年來，草坪修剪機的使用數(shù)量迅猛增加，對環(huán)境的影響也越來越大，改善草坪修剪機的尾氣排放狀況日益緊迫。氮氧化合物和固體顆粒物構(gòu)成了草坪修剪機尾氣的主要污染物［５］，怎樣減少尾氣中的氮氧化合物和固體顆粒物濃度是發(fā)動機設(shè)計者所要解決和研究的主要問題。草坪修剪機節(jié)氣門的開度（對應(yīng)于本試驗設(shè)定的擋位）影響了草坪修剪機的尾氣排放值，節(jié)氣門開度在２０％～４０％時（即本試驗設(shè)定的二擋），草坪修剪機工作時汽油燃燒最充分，其綜合尾氣排放值最小，因此推薦草坪修剪機工作時盡量設(shè)置在二擋下工作。節(jié)氣門的開度是發(fā)動機的一個主要設(shè)計參數(shù)，本研究對國內(nèi)草坪修剪機制造具有參考依據(jù)；本研究實地測量了不同節(jié)氣門開度下的尾氣排放值，對相關(guān)標準制定具有一定的參考價值。

參考文獻：

［１］ 趙弘，劉憲杰，李依濃．從“科技奧運”到“科技北京”［Ｊ］． 經(jīng)濟研究導刊，２００９（３２）：１９２－１９４．

［２］ 中國內(nèi)燃機工業(yè)協(xié)會．中國２００８年內(nèi)燃機工業(yè)年鑒［Ｍ］． 上海：上海交通大學出版社，２００８．

［３］ 林漫群，賈濱，孫亞琴．歐美通用小型汽油機排放法規(guī)介紹［Ｊ］．摩托車技術(shù)，２００５（８）：３９－４１．

［４］ 張莉，吳凱． 用尾氣分析儀檢測結(jié)果確定汽油機過量空氣系數(shù)的方法［Ｊ］．汽車維修，２００８（１２）：２０－２１．

［５］ 馬學紅．小型汽油機排放污染物的生成機理及凈化措施（二）［Ｊ］．內(nèi)燃機，２００４（1）：３１－３３．