車輛使用特性與排放特性的關(guān)系研究

李允平

（山東理工大學(xué) 交通與車輛工程學(xué)院，山東 淄博 255049）

車輛使用特性與排放特性的關(guān)系研究

李允平

（山東理工大學(xué) 交通與車輛工程學(xué)院，山東 淄博 255049）

除行駛里程外，其他一些因素也會導(dǎo)致在用車輛排放特性變差.本文分析了影響車輛排放特性的因素并采取必要措施對其進(jìn)行控制.對注冊日期相近但使用工況不同的在用車，利用實驗獲取排放特性的有關(guān)數(shù)據(jù)，并利用數(shù)理統(tǒng)計及灰色系統(tǒng)理論進(jìn)行分析研究.結(jié)果顯示，在各影響因素中，行駛里程、維護(hù)保養(yǎng)、駕駛習(xí)慣等是排放特性的重要影響因素，而且長期不使用或一般在市內(nèi)行駛的在用車也會導(dǎo)致其排放特性變差.該研究為正確使用車輛，使在用車的排放特性在使用周期內(nèi)始終保持其應(yīng)有的水平，減少排放污染提供了實驗和理論依據(jù).

排放特性；在用車；影響因素；研究

隨著機動車社會保有量的快速增長，其作為移動污染源對大氣的污染所占的比率也越來越大，危害日益顯著，近來不斷出現(xiàn)的霧霾天氣就是很好的例證，因此，對在用車的污染防治已是刻不容緩的問題.2012年《中國機動車污染防治年報》[1]及文獻(xiàn)[2]顯示，在“十一五”期間汽車保有量增長150%，其排放量按環(huán)保標(biāo)志分類，僅占汽車保有量20.2%的“黃標(biāo)車”卻排放了70.4%的NOX、60.2%的HC、59.3%的CO和91.1%的PM.針對這種現(xiàn)狀，政府及有關(guān)科研人員、汽車制造商和關(guān)心環(huán)保問題的人士正在做出努力，試圖通過一些措施來改善機動車的排放特性，使其排放特性在使用周期內(nèi)始終保持其應(yīng)有的水平，減少排放污染以保護(hù)環(huán)境.目前，車齡與在用車排放特性之間的關(guān)系研究在國內(nèi)鮮見成果發(fā)表.本文通過實驗，分析、研究了車齡對在用車排放特性的影響.為改善和控制在用車的排放特性提供了實驗和理論支持.

1 研究方法的確定

1.1 實驗所用的儀器設(shè)備

實驗采用VMAS排放測試系統(tǒng)，排放分析系統(tǒng)由HC、CO、CO2、NO、O2的濃度自動分析儀器和稀釋氣體流量分析儀器組成.簡易瞬態(tài)工況氣體污染物檢測應(yīng)使用下列儀器分析：一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）和二氧化碳（CO2）采用不分光紅外法（NDIR）、一氧化氮（NO）采用電化學(xué)法或其它等效方法.五種氣體分析儀應(yīng)直接對排放氣體進(jìn)行采樣分析.該研究所用的儀器設(shè)備完全符合文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]的要求，均經(jīng)過有關(guān)主管部門和技術(shù)機構(gòu)的定期檢驗，該中心實驗場地及實驗設(shè)備完全符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，實驗所用的儀器設(shè)備在實驗前用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對儀器進(jìn)行了標(biāo)定.

具體參數(shù)均在表1所示的要求范圍之內(nèi).VMAS系統(tǒng)設(shè)備認(rèn)證編碼：JSCT345RX；設(shè)備型號：QPS-1300.

其它輔助設(shè)備等.

1.2 檢測方案的確定

1.2.1 實驗樣車的確定原則

在用乘用車的使用特性主要有：市區(qū)運營車（出租車）；市區(qū)私家車（上、下班用）；城間非運營車輛；城郊非運營車輛等.另外，有的使用車輛是多人使用，駕駛?cè)说鸟{駛習(xí)慣也不盡相同，維護(hù)保養(yǎng)等因素都會影響到車輛的動力性、經(jīng)濟性、行駛里程、排放特性等.

實驗樣車的選取原則是力求涵蓋上述各方面的內(nèi)容，主要從幾個方面來研究.①行駛里程相同但車齡不同；②注冊日期相近但行駛里程不同、操作及維護(hù)保養(yǎng)有差異；③車齡和行駛里程相近但使用習(xí)慣和維護(hù)保養(yǎng)有較大差異等.針對以上諸方面內(nèi)容，均從數(shù)據(jù)庫中隨機抽取了10輛被測試樣車的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行研究.限于篇幅，本文只報告了其中一方面的內(nèi)容：選擇行駛里程不同而車型相同，但注冊日期相近的非營運車各3輛為一組進(jìn)行排放特性的對比試驗，并對實驗結(jié)果進(jìn)行重復(fù)性檢驗，以保證實驗結(jié)果的可靠性.表2只給出了三組實驗樣車中各1輛的基本參數(shù)，分別用L1、L2、L3表示.

樣車L1主要用途是上下班用，由于路途較近和駕駛?cè)私?jīng)驗不足，起步前車輛預(yù)熱不充分，幾乎沒進(jìn)行過正規(guī)的維護(hù)保養(yǎng)；樣車L2也主要用于上下班，但是，駕駛?cè)擞卸嗄甑某鞘旭{駛經(jīng)驗，起步前車輛預(yù)熱充分，除日常維護(hù)外還進(jìn)行過1次正規(guī)的維護(hù)保養(yǎng)，平時車輛較少使用；樣車L3主要用于辦理市內(nèi)業(yè)務(wù)，屬公務(wù)用車，多人駕駛，個別駕駛?cè)瞬僮鞔直M(jìn)行過1次正規(guī)的維護(hù)保養(yǎng).

1.2.2 一般實驗條件

實驗在淄博市機動車排放污染物檢測中心進(jìn)行，該中心是山東省環(huán)保局和技術(shù)監(jiān)督局授權(quán)的機動車排放污染物檢測單位，承擔(dān)著科研和教學(xué)等任務(wù).檢測中心由具有多年實踐經(jīng)驗和豐富理論知識的教授、博士等高層次人才長期提供技術(shù)支持，檢測人員均通過省級有關(guān)部門的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，并獲取上崗證，業(yè)務(wù)素質(zhì)較高.該中心出具的檢測數(shù)據(jù)客觀、科學(xué)、準(zhǔn)確、公正，有很高的可信度.

實驗車輛的狀態(tài)符合技術(shù)要求，發(fā)動機用93號汽油.

實驗環(huán)境溫度：10.5℃；相對濕度：40.5%；大氣壓力：101.5 Kpa.實驗在2013年3月進(jìn)行.

1.3 實驗方法

按文獻(xiàn)[3]規(guī)定的實驗規(guī)程，將準(zhǔn)備好的實驗樣車由實驗人員按要求安全的駛上準(zhǔn)備就緒的VMAS檢測系統(tǒng)底盤測功機上并固定好；系統(tǒng)操作員從主控機上調(diào)用該樣車的車輛信息后進(jìn)入檢測程序，實驗人員按照司機助手的提示進(jìn)行實驗車輛的操作，直到整個實驗程序結(jié)束并輸出實驗結(jié)果.實驗結(jié)束后從數(shù)據(jù)庫中提取采樣間隔為1s、195s內(nèi)的排放因子瞬時數(shù)據(jù)及對應(yīng)的車速.用同樣方法對同一輛實驗車連續(xù)做3次，以

驗證其重復(fù)性.

2 實驗數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析

2.1 試驗數(shù)據(jù)

按規(guī)定的試驗方法取得的實驗數(shù)據(jù)見表3，限于篇幅表3中只給出了三輛樣車排放特性數(shù)據(jù).表中工況1～15分別代表在195s實驗循環(huán)內(nèi)15個工況.具體為：工況1代表1 s～11 s實驗車起步前怠速工況；工況2代表12 s～15 s實驗車1檔起步加速工況；工況3代表16 s～23 s實驗車在1檔，車速15 Km/h等速工況；工況4代表24 s～28 s實驗車減速工況；工況5代表29s～49s實驗車怠速工況I；工況6代表50 s～61 s實驗車換擋加速工況；工況7代表62 s～85 s實驗車在2檔，車速32 Km/h等速工況；工況8代表86 s～96 s實驗車減速工況；工況9代表97 s～117 s實驗車怠速工況Ⅱ；工況10代表118 s～143 s實驗車換擋加速工況；工況11代表144 s～155 s實驗車在3檔，車速50 Km/h等速工況；工況12代表156 s～163 s實驗車3檔減速工況；工況13代表164 s～176 s實驗車在3檔，車速35 Km/h等速工況；工況14代表177 s～188 s實驗車換擋減速工況；工況15代表189 s～195 s實驗車怠速工況Ⅲ.各工況運行狀態(tài)見文獻(xiàn)[3].195 s實驗循環(huán)內(nèi)排放特性曲線見圖1.

排放污染物測量值由系統(tǒng)主機自動進(jìn)行修正和計算，計算公式如下：

單位時間排放質(zhì)量（g/s）＝濃度×密度×氣體總流量；

系統(tǒng)主機最后給出各污染物排放因子計算結(jié)果，計算公式如下：

排放因子（g/km）＝單位時間排放質(zhì)量（g/s）／車輛單位時間行駛距離（Km/s）.

根據(jù)上述計算公式得到L1：CO為2.52g/Km，HC+NOx為0.52g/Km；L2：CO為0.25g/Km，HC+NOx為0.07/Km；L3：CO為7.86g/Km，HC+NOx為2.64g/Km.

2.2 數(shù)理統(tǒng)計分析

根據(jù)2.1轉(zhuǎn)換為g/Km的計算結(jié)果知道，總排放量無論是CO還是HC+NOx則有：L2∠L1∠L3，其中L1的行駛里程最少且平時較少使用，其總排放量并不是最小，說明除行駛里程外，其它因素也影響到車輛的總排放量[5-6].根據(jù)1.2.1中的描述，對3輛樣車的實驗結(jié)果進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn)，合理的車輛預(yù)熱，特別是發(fā)動機使其達(dá)到正常的工作熱狀態(tài)、進(jìn)行定期正規(guī)的維護(hù)保養(yǎng)、文明駕駛、掌握好換擋時機、起步加速及制動柔和、離合器和油門的合理配合利用等均是影響車輛排放的重要因素.

從表3及圖1看出，在32Km/h勻速行駛時，排放特性最差，而城市行駛的平均車速恰好在該車速附近.平時較少使用的車輛其排放特性也會變差，例如L1就屬于這種情況.

2.3 灰色關(guān)聯(lián)度分析

為了驗證2.2的分析結(jié)果，利用灰色關(guān)聯(lián)度進(jìn)行輔助驗證，以考察其結(jié)果的科學(xué)性和可信性.該分析利用灰色關(guān)聯(lián)度中基于相似視角的灰色關(guān)聯(lián)度計算各排放因子間的灰色關(guān)聯(lián)度[7-8].相似關(guān)聯(lián)度的計算公式為：

公式中符號的含義參見文獻(xiàn)[7].以行駛5000 Km以內(nèi)、駕駛習(xí)慣良好、定期維修保養(yǎng)的樣車L2的CO排放值為序列[1]，計算其它序列與其的灰色關(guān)聯(lián)度，序列[2]為L1（CO）；序列[3]為L3（CO）；序列[4]為L1（HC）；序列[5]為L2（HC）；序列[6]為L3（HC）；序列[7]為L1（NOx）；序列[8]為L2（NOx）；序列[9]為L3（NOx）.其對應(yīng)參數(shù)見表3.具體計算步驟和計算結(jié)果為[7，9]：

序列[1]和序列[2]的相似關(guān)聯(lián)度：

第一步：初始化操作（整理為等長度1的時距序列）

序列[1]：0.32，0.58，0.38，0.29，0.25，0.21，0.1，0.07，0.03，0.1，0，0.08，0.18，0.11，0.98.

序列[2]：0.31，0.3，0.32，0.34，0.17，0.32，0.39，0.24，0.05，0.24，0.22，0.16，0.11，0.01，0.01.

第二步：序列的始點零化像：

序列[1]：

0.0000，0.2600，0.0600，-0.0300，-0.0700，-0.1100，-0.2200，-0.2500，-0.2900，-0. 2200，-0.3200，-0.2400，-0.1400，-0.2100，0.6600.

序列[2]：

0.0000，-0.0100，0.0100，0.0300，-0.1400，0.0100，0.0800，-0.0700，-0.2600，-0.0700，-0.0900，-0.1500，-0.2000，-0.3000，-0.3000.

第三步：計算|si-sj|

|si-sj|=0.1400

序列[1]和序列[2]的相似關(guān)聯(lián)度：0.8772

其它序列間的關(guān)聯(lián)度計算方法和計算步驟與序列[1]和序列[2]的相似關(guān)聯(lián)度計算過程相同，最終計算結(jié)果為：

序列[1]和序列[2]的相似關(guān)聯(lián)度：0.8772；序列[1]和序列[3]的相似關(guān)聯(lián)度：0.2692；序列[4]和序列[5]的相似關(guān)聯(lián)度：0.0008；序列[5]和序列[6]的相似關(guān)聯(lián)度：0.0007；序列[7]和序列[8]的相似關(guān)聯(lián)度：0.0010；序列[8]和序列[9]的相似關(guān)聯(lián)度：0.0001.

從計算結(jié)果知道，ε13∠ε12，ε46∠ε45，ε89∠ε78，根據(jù)相似關(guān)聯(lián)度理論，說明L3、L1與L2的排放特性相比較均變差，L3排放特性更差，與利用數(shù)理統(tǒng)計分析研究的結(jié)果一致.

3 實驗結(jié)果

3.1 實驗結(jié)果

利用數(shù)理統(tǒng)計方法得出的結(jié)果和利用利用灰色關(guān)聯(lián)度方法分析得出的結(jié)果是一致的.均顯示樣車的排放特性與駕駛?cè)说鸟{駛習(xí)慣、是否市內(nèi)駕駛及駕駛?cè)说鸟{駛水平有關(guān).另外，在32 Km/h勻速行駛時，排放特性最差.而城市行駛的平均車速恰好在該車速附近.

排放特性最佳的行駛里程在50000 Km左右，該階段車輛各部件經(jīng)充分磨合，性能達(dá)到了最佳狀態(tài).

3.2 影響因素分析

同樣車齡的在用車，只用在市內(nèi)上下班，由于交通條件的限制，不可能以較高速度行駛，并且行駛距離較短，一般情況下車輛的熱狀態(tài)達(dá)不到最佳狀態(tài)，長期處于低速行駛狀態(tài)，容易造成燃燒不充分、易形成積碳以及排放后處理裝置由于達(dá)不到應(yīng)有的熱狀態(tài)而工作不穩(wěn)定；多人駕駛的車輛，由于駕駛習(xí)慣不同也容易使車輛狀況變差、導(dǎo)致排放增大；換擋時機掌握不準(zhǔn)、野蠻操作、油門使用不當(dāng)、都容易使發(fā)動機不能在最優(yōu)點工作，也導(dǎo)致排放升高；行駛里程不夠使車輛各總成均沒有充分磨合、磨合期以后排放隨行駛里程的增加而增大、但是，平時注重保養(yǎng)維護(hù)的車輛排放在一定里程內(nèi)增加并不很大、L3排放增大較多的原因，通過了解車主知道，該車屬多人駕駛，有的駕駛?cè)瞬僮鞅容^野蠻、換擋時機掌握不準(zhǔn)，油門利用不當(dāng)，并且新手較多，所以導(dǎo)致了該車排放較高.

4 結(jié)束語

利用數(shù)理統(tǒng)計和灰色系統(tǒng)理論對在用車進(jìn)行了使用特性與排放特性之間關(guān)系的分析研究，找到了導(dǎo)致車輛排放特性變差的影響因素.除行駛里程外，維護(hù)保養(yǎng)、駕駛習(xí)慣、長期不使用或一般在市內(nèi)行駛的在用車等也會導(dǎo)致其排放特性變差，該研究為正確使用車輛，使在用車的排放特性在其使用壽命周期內(nèi)始終保持其應(yīng)有的特性，減少排放污染以保護(hù)環(huán)境提供了實驗和理論依據(jù).

[1]環(huán)境保護(hù)部.2012年中國機動車污染防治年報[EB/OL].（2013-1）[2013-1-20].http//www.vecc-map.org.cn/download/index.jsp.

[2]馮淑慧，何卉，Benjamin，等.中國機動車排放控制措施評估—成功經(jīng)驗與未來展望[R].華盛頓：國際清潔交通委員會，2010.

[3]國家環(huán)境保護(hù)總局.GB18285-2005，點燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法（雙怠速及簡易工況法）[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2005.

[4]國家環(huán)境保護(hù)總局.HJ/T 396-2007，點燃式發(fā)動機瞬態(tài)工況法排放污染物檢測設(shè)備技術(shù)要求[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

[5]李允平，劉澤硯，高松.輪胎磨損程度對在用車排放特性的研究[J].浙江科技學(xué)院學(xué)報，2013，25（01）：59-66.

[6]于增信，孫莉，鮑曉峰，等.在用車排放特性研究[J].北京：北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報，2011.26（4），31-35.

[7]劉思峰，黨躍國，方志耕，等.灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用（第五版）[M].北京：科學(xué)出版社，2010：38-61，68-88.

[8]孫玉剛.灰色關(guān)聯(lián)分析及其應(yīng)用的研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2007.

[9]曾波.灰色系統(tǒng)建模軟件[C]北京：科學(xué)出版社，ISBN 978-7-89445-081-4/C.1

A Study of the Relationship between Vehicle Usage Characteristics and Emission Characteristics

LIYun-ping
(School of Traffic and Vehicle Engineering,Shandong University of Technology,Zibo 255049,China)

In addition to the mileage,other factors can also lead to variations in emission characteristics of the in-use vehicle.This paper analyzes the factors affecting vehicle em issions characteristics and take the necessary measures to control them.Based on the data of experiment for emission characteristics,and by using mathematical statistics and grey system theory,an analysis ismade of the in-use vehicles of the similar registration dates but in different operating conditions.Results show that of all the factors,mileage,maintenance,and driving habits

emission characteristics;in-use vehicle;affecting factors;study

X734.2

A

1008-2794（2014）04-0119-06

2013-07-05

山東省科技發(fā)展計劃項目（2012GGB01152）

李允平，高級實驗師，研究方向：汽車整車性能及移動污染源控制研究，E-mail∶sdzblyplee@qq.com.

are important factors affecting the emission characteristics,and not being in use for a long time or generally the in-use vehicle in the city can also lead to variations in the emission characteristics.The research provides the experimental and theoretical basis for using the vehicle appropriately,making emission characteristics of the in-use vehicle consistently keep their due levels,and reducing exhaust emissions.