廣州市輕型車車載排放測試研究

黃小偉

(廣州市環境監測中心站廣東廣州510030）

0 引言

車載排放測試技術（PEMS）出現于2000年左右，它應用便攜式尾氣監測技術，可以實時測量車輛排出尾氣中各個污染物成分的濃度和質量及機動車行駛過程中的其它特征參數。這種測試技術不僅可以保證測試的精確度和可靠性，而且可以節約大量的測試時間。因此，PEMS技術可以擺脫實驗室內不能完全模擬實際道路行駛工況的缺陷，并突破遙感監測定點尾氣收集數據的局限性，能夠方便快捷地獲得不同路段、不同車型、不同時段的車輛尾氣排放數據。因此，車載尾氣測試技術被很多研究者采用，并且將有可能應用于將來的對機動車排放的檢測和認證

1 車載排放測試技術的進展

車載排放測試設備最初是由1998年美國環保局（EPA）的實時車載排放分析儀（ROVER）發展而來的。經過幾年的更新換代，現在已經出現的有由美國清潔空氣技術公司（CATI）開發的OEM2100，美國Sensor公司的SEMTECH系列和日本HORIBA公司的OBS系列等車載排放設備。這些設備都已經得到美國EPA的認證。

雖然各個公司的PEMS產品各有不同，但是其采樣、數據處理的流程基本是一樣的。作為一個整體，PEMS將各測量儀器集中到一起，利用PITOT管直采的方法，對尾氣進行直接取樣，分析各污染物的瞬時排放濃度。車輛排放的氣體，在PEMS的各個分析儀內經過分析之后，和環境參數、GPS參數一起進入數據整合系統，之后輸入到記錄和存儲數據的PC中。安裝PEMS也是相當容易的。對于乘用車和卡車，可以將系統安裝在被測車輛的副駕座位上，這樣就使監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的車門。系統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。將該系統放置在座位上時，最好在座位上鋪上保護墊或者油布，這樣是為了防止對座位的損壞。當測試重型車輛時，可以將設備放置在對車輛運行和用戶使用來說認為安全的地方。

目前，車載排放測試技術已經成熟，2005年6月美國環保署簽署的在用柴油車輛的測試程序最終報告中，明確提出使用車載排放測量系統測量排氣污染物和顆粒物，以保證柴油機的排放標準符合實際行駛工況。這項技術已經應用在車輛排放污染物的科學研究工作中。

上海環境科學院的陳長虹等人采用SEMTECH-D車載排放測試系統，在上海選取了9輛重型柴油車進行了實際道路排放污染物測量，得到了上海市重型車實際道路的排放因子。

北京交通大學的張瀟、于雷等人采用車載尾氣檢測設備(PEMS)OEM2100收集了在交叉口和路段上的實時尾氣排放數據，利用GIS和相應二次開發工具構造了排放數據的分析平臺，提出了交叉口尾氣排放的空間分析方法，并對所收集的數據進行了對比分析。在此基礎上，得到了交叉口處車輛各轉向下的不同排放物的排放特征，計算了交叉口各轉向相對于路段的排放系數，并對PEMS技術交叉口尾氣排放進行了探討。

寧波工程學院交通學院的黃永青等人，以寧波城市道路實際車輛行駛為研究對象，利用IPEXD便攜式排放測量儀、GPS測速系統，獲取實際車輛行駛速度、排放污染物數據。在此基礎上分析城市道路行駛工況，實際道路上車輛排放情況，同時進一步研究行駛工況、速度與排放之間的關系。

加州大學河邊分校的THOMASD.DURBIN等人采用了4種車載排放測試設備Montana System，SEMTECH-D，Ride-Along Vehicle Emission Measurement System(RAVEM)和HORIBA OBS-1300 System，對同一輛重型車在臺架和底盤測功機上進行了測試，比較了4種設備測試數據的差異。加州大學河邊分校的K.CJohnson等人采用PEMS設備對柴油車排放進行了測試，并將測試結果與實驗室排放試驗結果對比，討論了PEMS測試技術應用的一些問題。

2 車載排放測試儀器和實驗方法

2.1 實驗設備

實驗設備采用美國sensor公司的SEMTECH-DS氣態分析儀。SEMTECH-DS是通過美國EPA認證的車載排放分析設備，SEMTECH-DS是通過美國EPA認證的車載排放分析標準設備，其計算原理主要是利用分析儀得到各種排氣的體積濃度，再利用流量計測量排氣總流量和排氣的溫濕度、壓力，環境溫濕度、壓力等，最后修正得到標準狀態下排氣流量，再計算排放物的質量流量。

2.2 實驗方法

實驗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行實際道路的車載排放測試實驗。同時考慮不同路段以及不同時段的交通路況存在差異，選取廣州市不同區域以及不同等級道路（快速路、主干道、城市次干道以及支路等），在不同的時段（早高峰、晚高峰以及其他時間）采用文獻[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據，以模擬正常的實際道路行駛工況。實驗時間為2012年5月，選定的實驗車輛如表1所示。

表1 實驗車輛信息

2.3 測試結果通過不同時段、不同道路的車載排放測試，得出不同排放標準的輕型車的排放因子，如表2所示

表2 車載實驗測試結果

表3 車載實驗排放因子測試結果

與國家標準排放限值相比，實際道路測試所得排放因子，國2輕型車三種污染物的排放因子都略高于標準限值，而國3和國4標準的輕型車的CO和HC與標準限值相比較低，而國3標準的NOx排放相對較高（如圖1所示）。

考慮到國2測試標準中，測試循環中沒有進行冷啟動測試，所以CO和HC的排放限值較低，而從國3測試標準開始采用的新的測試循環（NEDC，New Euro Driving Cycle）中，則要求對被測車輛冷車啟動馬上進行測試，所以對CO和HC測試更加嚴格。而本研究所進行的實際道路的車載測試實驗，由于是在規定區域進行跟車測試，所以測試過程中冷啟動階段所占比例很小，可以忽略不計，所以測試結果中冷啟動階段測試的排放污染物對整個排放因子測試的結果很小。因此，國3和國4的CO和HC排放比標準限值低了很多，NOx排放則要相對CO和HC來說則較高。而國2的被測車輛則由于累計行駛里程都達到了二十萬公里以上，由于其發動機以及其它設備的老化，測試結果較標準限值要高。對老舊車輛的淘汰以及對在用車輛實行嚴格的I/M制度，對控制機動車污染物排放有著重要的意義。

圖1 車載測試結果與國家標準對比

2.4 車載排放測試與實驗室整車工況測試結果對比

由于車載排放測試車輛中沒有國1標準的車輛，因此僅對兩種實驗方法的國2、國3、國4的測試結果進行對比，如圖2所示。從圖中可以看出，車載實驗所得結果比實驗室工況法測試所得結果相差較大（如圖2所示），這主要還是由于冷啟動測試在測試周期中所占比例的不同導致的。車載實驗由于冷啟動在測試周期中所占比例很小，幾乎可以忽略不計，所以污染物排放較實驗室工況法測試結果低了很多，這主要是由測試周期中車輛不同的行駛情況來決定的。

圖2 車載排放測試與實驗室整車工況測試結果對比

3 結束語

本文對選定的十多輛輕型車，在廣州市市區的各個區域，進行了實際道路的車載排放測試，得到了廣州市輕型車實際道路的排放因子，國2標準的輕型車的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3標準的輕型車的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4標準的輕型車的 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。

將車載排放測試結果與實驗室整車工況測試結果進行了對比。對比的結果表明兩者差異很大，這主要是由于兩種實驗在測試過程中，被測車輛在測試周期內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間比例等參數，其中尤其是冷啟動階段所占比例的相差懸殊，從而導致排放測試結果的較大差異。因此，在以后的車載實驗中，應形成相對比較統一的實驗標準，對于實際道路、測試時間段和其它比較特殊交通狀況（如節假日等）的選擇應加以考慮，尤其是應考慮冷啟動階段在整個測試循環中所占的比例，從而考慮其對于測試結果的影響，使得車載實際道路的測試結果更具備重復性和可比性。

[1]王岐東，賀克斌，姚志良，霍紅.中國城市機動車行駛工況研究[J].環境污染與防治，2007，10(29):745-748.

[2]劉希玲，丁焰.我國城市汽車行駛工況調查研究[J].環境科學研究，2000,13(1):23-27.

[3]朱西產，李孟良，馬志雄等，車輛行駛工況開發方法[J].江蘇大學學報，2005，26(2).