基于加载减速法四川省在用压燃式汽车尾气烟度排放削减预测

周劲戈

(四川省机动车排污监控中心，成都　610091)

· 环境监测 ·

基于加载减速法四川省在用压燃式汽车尾气烟度排放削减预测

周劲戈

(四川省机动车排污监控中心，成都610091)

针对四川省在用压燃式汽车尾气烟度排放情况进行了详细的调查研究，结果表明：四川省机动车颗粒物排放量中99.34%的颗粒物来自汽车排放，其中在用压燃式发动机汽车占到绝大比例。同时分析得出，实施“四川《在用压燃式发动机汽车加载减速法排气烟度限值》”标准可有效控制机动车排气烟度量，有利于四川省大气环境质量的改善。经预测采用加载减速法及实施《在用压燃式发动机汽车加载减速法排气烟度排放限值》标准后，可使四川省汽车排气烟度削减率达到68.05%～95.92%。

加载减速法；在用压燃式发动机汽车；烟度；预测

1　前　言

机动车尾气中有多种有害物质。这些有害物质被吸入人体后，对人类呼吸系统、心脑血管、神经系统和眼睛都会造成严重的伤害。据统计数据表明，大气中 38.5%的一氧化碳(CO)、21.7%的碳氢化合物(HC)、87.6%的氮氧化合物(NOx)、11.7%的二氧化碳(CO2)、6.2%的二氧化硫(SO2)和32%的颗粒物(PM)来源于机动车尾气[1～4]。近年研究表明：压燃式发动机在用汽车(以下简称汽车)排放尾气中的PM2.5对人体的危害更大，愈来愈受到人们的关注。汽车尾气排放中的PM2.5不仅粒度小、数量多,含有多环芳烃(PAHs)和含硝基的多环芳烃(nitro-PAHs)等16种高致癌物质；而且排放部位低，基本不沉降，长期积累存在于人的呼吸带内，人类极易通过呼吸系统，甚至人体表皮进入人体内和血液中，对人体健康造成极大危害。因此，汽车尾气排放中的PM2.5被视为毒性和危害最大的污染物。

颗粒物作为汽车的主要排放物，是我省部分市州空气质量差、雾霾天气严重的主要原因，因此，实施四川《在用压燃式发动机汽车加载减速法排气烟度排放限值》标准，已成为我省达到汽车尾气烟度排放控制，改善环境空气质量的途径之一。

在用压燃式发动机汽车排气烟度治理，欧美等发达国家已建立了较为完善的法规和制度体系。在中国，针对压燃式发动机在用汽车，2005年7月1日，国家环境保护总局、国家质量监督检验检疫总局推出了GB3847-2005《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》，2006年1月1日国家环境保护总局发布了《确定压燃式发动机在用汽车加载减速法排气烟度排放限值的原则和方法》(HJ/T241-2005)。在借鉴兄弟省份成功经验的基础上，2012年6月6日，四川省环境保护厅印发了《关于印发四川省机动车污染防治有关规定的通知》(川环发〔2012〕37号)，在通知中明确规定将实施压燃式发动机在用汽车加载减速工况法检测排气烟度。

为了确保实施加载减速法和推广四川《在用压燃式发动机汽车加载减速法排气烟度排放限值》标准能够有效减少汽车尾气排放对环境的污染，改善四川省大气环境质量。本文针对四川省在用压燃式发动机汽车排气污染情况开展了调查研究，分析了四川省压燃式发动机在用汽车的排放特征，探讨了控制压燃式发动机在用汽车尾气排放污染的检测方法，最后，基于加载减速法对在用车辆排气烟度进行了削减预测。

2　四川省在用汽车尾气污染状况

随着四川省经济的快速发展，机动车保有量逐年增加，由机动车带来的环境污染问题日益严重。2013年全省机动车颗粒物排放量为1.57万吨。其中，汽车排放1.56万吨，占99.34%；低速汽车排放0.01万吨，占0.66%。2013年四川省各类机动车颗粒物排放比例见图1。

图1　2013年四川省各类机动车颗粒物(PM)排放比例Fig.1　PM emission from all sorts of motor vehicles of Sichuan Province in 2013

2013年全省汽车污染物排放量中，颗粒物排放量前5位的市(州)依次为成都、南充、达州、阿坝、绵阳。2013年四川省各市(州)汽车颗粒物排放量见图2。

图2　2013年四川省各市(州)汽车颗粒物排放量Fig.2　PM emission of motor vehicles of each city in Sichuan Province in 2013

图2数据来源于各市(州)交通管理部门汽车安全检测站，基于“自由加速法”对汽车颗粒物检测的统计数据。

3　压燃式发动机在用汽车排气烟度两种检测方法及优缺点分析

3.1自由加速烟度法

自由加速烟度法主要是用于初步判定柴油机燃烧状况是否正常的简便检测方法之一。自由加速烟度测量的优点：检测操作简便，测试仪器价格便宜，便于携带，检测时间短，广泛应用于柴油车的年检、路检。自由加速烟度法的缺点：(1)在操作时将加速踏板迅速踏到底过程中速度和力度的掌握不同，以及维持4秒后松开过程中时间长短的掌握不一致，使得测量的不确定性大，重复性差；(2)自由加速烟度法是一种不对车辆进行加载的检测方法，不能反映出汽车行驶过程中的真实工况；(3)自由加速烟度法是在发动机空载工况下的检测方法，当加速踏板瞬间加大时，如果进气流量和瞬时供油量的响应速度不同步而有所滞后，则供入气缸内的燃料就会在缺氧的情况下燃烧不完全而冒黑烟。

目前，四川省在用压燃式发动机汽车排气烟度检测方法以自由加速法为主。对于近年为减少颗粒物排放而较多采用涡轮增压技术的柴油车，由于存在涡轮迟滞效应，因而在使用自由加速法检测烟度时较自然吸气式在用柴油车的烟度排放更差，这显然是不合理的。

3.2加载减速工况法

加载减速法是一种在模拟车辆负载运行时检测压燃式发动机在用汽车排气烟度的方法。按照加载减速方法的规定，其检测的是车辆的100%VelMaxHP、90%VeIMaxHP点及80%VelMaxHP点的排气光吸收系数(K)和发动机转速和实际最大轮边功率，排气可见烟度检测采用分流式不透光烟度计。其排气烟度与全负荷排气烟度检测规程和实车满载行驶的工况较一致，有较好的相关性。

根据我国机动车排放控制和监督管理的需要，国家在标准GB3847-2005中增加了加载减速检测方法，环境保护总局在HJ/T241-2005中鼓励一些条件成熟的地方可以根据本省条件制定地方标准，并先行实施。目前，湖南省、浙江省、江西省、上海市、陕西省、福建省、重庆市、北京市、广东省、山东省等省市均已制定了在用压燃式机动车加载减速法地方标准，并加紧标准的实施工作。

3.3两种检测方法可靠性比较

为了比较自由加速烟度法和加载减速烟度法的可靠性，随机抽取50辆重型柴油载货汽车，按照行业标准《确定压燃式发动机在用汽车加载减速排气烟度排放限值的原则和方法》(HJ/T 241-2005)标准推荐的限值，以及国家标准《柴油车自由加速烟度的测量(滤纸式烟度法)》(GB/T3846-1993)和国家标准《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》(GB3847-2005)两个标准提出的试验方法和限值要求进行对比试验。排气烟度的测试结果见表1。

表1　自由加速烟度法和加载减速烟度法比对试验

由以上对比数据可知，采用加载减速法检测时，不合格车的几率远远高于其它检测方法，并且加载减速法的3个工况点，模拟了实际车辆行驶的工况，较客观地反映了受检车辆的烟度排放状况。另外，由于标准限值中对轮边功率及发动机转速的控制要求，可以有效防止作弊，避免人员操作干扰因素，因此，检测结果更为真实、全面。

4　在用压燃式发动机汽车颗粒物排放预测分析

4.1在用压燃式发动机汽车分类

按车辆生产时间，将在用压燃式轻型汽车和重型汽车分别分为4类。具体分类如表2。

表2　在用压燃式发动机汽车分类

4.2在用压燃式发动机汽车抽样信息

为了使排放污染物削减预测准确，在车辆抽样过程中尽可能做到车型和数量的完整性、全面性和综合性，在用压燃式发动机汽车抽样信息，如表3所示。

表3　抽样车辆信息表

4.3在用压燃式发动机汽车排气颗粒物削减率预测

在用压燃式发动机汽车排气颗粒物削减量及削减率按下列公式进行计算[5～15]：

(1)合格车辆年颗粒物排放量M：

(1)

(2)不合格车量年颗粒物排放量Mn：

(2)

(3)不合格车辆维修到规定限值后的年颗粒物排放量MK：

(3)

(4)年颗粒物排放削减量Mn-K：

(4)

(5)年颗粒物排放削减率η：

(5)

式(5)可化简为：

(6)

式中：L—车辆年平均行驶里程(公里/年);

N—合格车辆数量(辆);

n—不合格车辆数量(辆);

XA—合格车辆平均颗粒物排放因子(克/公里);

XB—不合格车辆平均颗粒物排放因子(克/公里);

K—不合格车辆维修到“四川《在用压燃式发动机汽车加载减速法排气烟度排放限值》标准”限值的平均颗粒物排放因子(克/公里);

η—年颗粒物排放削减率(%);

λ—车辆检测不合格率(%)。

其中，XA、XB、K等参数根据16227组(见表3)抽样调查车辆的有效检测数据计算获得。通过计算合格车辆和不合格车辆的平均排放因子XA、XB，如表4和表5所示；不合格车辆维修到“四川《在用压燃式发动机汽车加载减速法排气烟度排放限值》标准”限值的平均颗粒物排放因子K，如表6所示；

表4　合格车辆平均排放因子XA

表5　不合格车辆平均排放因子XB

表6　不合格车辆维修到本标准限值的平均颗粒物排放因子K

四川省在用压燃式发动机汽车颗粒物排放的年排放削减率η，如表7所示。

表7　四川省在用压燃式发动机汽车排气颗粒物排放的年削减率

5　结　论

5.12013年四川省机动车颗粒物排放量为1.57万吨。其中，99.34%的颗粒物来自汽车排放。

5.2采用加载减速工况法可以有效防止作弊，避免人员操作干扰因素，因此，检测结果更为真实、全面，是一种有效的机动车颗粒物排放控制手段，有利于大气环境污染治理和监管工作。

5.3通过在用车尾气烟度排放预测分析可知，“四川《在用压燃式发动机汽车加载减速法排气烟度限值》”实施后，可使四川省在用压燃式汽车尾气烟度排放削减68.05%～95.92%。

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Reduction Prediction on Particle Emissions from In-use Motor Vehicles with Compression Ignition Engine in Sichuan Province Based on LUGDOWN

ZHOU Jing-ge

(VehicleEmissionControlCenterofSichuanProvince，Chengdu610091，China)

This paper detailedly investigated particle emissions from in-use motor vehicles with compression ignition engine in Sichuan Province . The results showed that in Sichuan Province 99.34% of the vehicle particulate matter emissions came from car exhaust, among which the in-use compression ignition automobile took the overwhelming proportion. After analysis，this paper put forward that implementation of the standard " Limits for exhaust smoke from in-use vehicle equipped with compression ignition engine under lug-down test (LUGDOWN) " is an effective way to reduce particle emissions of motor vehicle, and it helps to improve quality of atmospheric environment in Sichuan. Furthermore，it was predicted that by applying LUGDOWN and the standard the particle emissions from motor vehicle could be reduced approximately 68.05% ～ 95.92% in Sichuan Province.

Lug down method；in-use compression ignition automobile；particle；prediction

2015-04-08

周劲戈(1962-)，女，四川阆中人，1985年毕业于省委党校经济管理专业，工程师。研究方向为环境管理。

X701.2

A

1001-3644(2015)04-0066-05