市區摩托車微觀排放模型研究

0 引言

摩托車產業是江門市支柱產業之一，同時江門市也是廣東乃至全國保有摩托車量最大的城市之一。2020年，江門市摩托車保有量142.01萬輛，占機動車保有量的61.5%。伴隨我們國家機動車規模的不斷擴大，社會各界對尾氣問題已引起高度重視，汽車尾氣排放已被有效控制，然而對摩托車的排放尚不夠重視，對于其研究較少。機動車微觀排放模型是定量評價機動車實際道路排放特性的主要方法，本文主要研究采取道路試驗方式，探究車輛行駛情況對于排放有所影響的各類因素，并且創建起相應的排放模型。

當且僅當 y=J?φ(u)，其中 J?φ=(I+ρ?φ)-1是預解算子，常數ρ＞0，I是H上的恒等映射，且J?φ是非擴張映射，即有:

1 摩托車主要排放物及生成機理

目前，城市摩托車尾氣排放的所有有害成分中，CO、HC和NO

以及微粒是主要的污染物，嚴格排放標準和凈化措施均旨在降低這幾種污染物的含量；這幾種排放物的生成機理如下。

1.1 一氧化碳的生成機理

CO大多是在低溫環境又或是局部缺氧狀況下，因為烴無法全部燃燒而形成的。如果燃氣中的氧氣量充足時，理論上燃料燃燒后不會存在CO。在非分層燃燒的汽油機中，可燃混合氣基本上是均勻的，其CO排放量幾乎完全取決于可燃混合氣的空燃比α或過量空氣系數φ

；在濃混合氣中（φ

＜1），CO的排放量隨φ

的減小而增加，這是因缺氧引起不完全燃燒所致。在稀混合氣當中（φ

＞1），CO排放量相對較小。實際道路中，當發動機負荷較大、空擋運行又或是低速行駛狀態時，燃料無法全部燃燒，廢氣中的CO濃度便會有顯著的提升。

1.2 氮氧化合物的生成機理

氮氧化合物NO

是NO、NO

等氮氧化物的總稱。汽油機排氣中的NO

濃度與NO的濃度相比可忽略不計，NO是N

在燃燒高溫下的產物。溫度越高，氧濃度越高，反應時間越長，NO的生成量越多。發動機工作在稀混合氣區，NO的生成主要是溫度起作用；在濃混合氣區主要是氧濃度起作用。所以對NO的主要控制方法就是降低最高燃燒溫度。

1.3 碳氫化合物的生成機理

機動車行駛過程中污染物的排放率與車速變化密切相關，分別建立NO

、HC、CO的排放率與車輛速度變化的關系模型。選取0，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55和

2 車載排放試驗的設計

2.1 車載排放測試平臺

道路機動車排放實驗須考慮車輛、駕駛員、路線、時間等具體影響因素，因此選取城區上下班代步較常見車型江門某企業生產的125型踏板摩托車；路線選擇為江門市區主干道建設三路至建設路；駕駛員8年摩托車駕齡；時間選擇中午和下午高峰出行時段。

2.2 試驗方案

本次研究所選擇的測試平臺主要是由尾氣收集系統、便攜式排放分析儀、車輛工況分析系統以及GPS等部分構成。排放分析儀用于實時測量車輛尾氣CO、CO

、NO

、O

的排放量，車輛運行狀況分析通過OBD轉換接頭連接到發動機上實時采集發動機轉速、發動機溫度等狀態參數；車輛行駛速度通過GPS采集；三組數據輸入筆記本電腦后，由排放分析軟件實時分析。試驗平臺通過排放分析儀采集摩托車排放的體積百分比，結合OBD讀取的發動機狀態數據，實現對機動車尾氣的瞬態質量排放率的實時獲取。

3 微觀排放模型建立

從供給和需求方面入手，鄉村旅游的發展離不開良好的生態環境，而經濟條件也是滿足親近自然享受田園風光這一愿望的基礎。與此同時，鄉村旅游的內涵在不斷延展，并推動有關“三農”政策的實施。

3.1 基于速度的巡航工況排放模型

HC主要包含未全部燃燒或未燃的潤滑油、燃油及其相應的裂解產物等，比如：苯、烯烴、醛、多環芳烴（PHA）酮、等200多種成分。摩托車尾氣中的HC主要有三種不同的來源，其中60%左右的HC源自于內燃機的廢氣排放、20%～25%的HC源自于曲軸箱的外泄、剩下的15%～20%則源自于系統蒸發。相關研究表明，HC的形成是因為火焰在狹隙效應、壁面淬冷、體積淬熄、潤滑油膜的吸附等因素所造成的。發動機在正常運轉情況下，HC的生成區主要位于氣缸壁的四周處。

60 km/h共13個典型車速，針對以上車速區間，對多組排放數據進行統計評價，分別計算各速度區間下的排放率，獲取NO

、CO和HC排放率與車速的變化曲線圖（圖1-圖3）。根據圖中所得到的數據進行回歸分析，結果如式（1）~（3）所示。

由圖6可知，隨再生骨料取代率的增大，屈服荷載后，骨架曲線斜率略有減小，峰值荷載后，骨架曲線下降段略有變陡，表明節點延性隨取代率的增加而降低；軸壓比對節點試件的骨架曲線影響較大，試件開裂后，骨架曲線開始出現明顯偏差，隨軸壓比的增大，曲線上升段剛度明顯減小，峰值荷載后，骨架曲線下降段變得陡峭，延性明顯變差，節點承載力衰減嚴重。試件延性通過位移延性系數μ表征(μ為極限位移與屈服位移的比值)，由表4可知，除高軸壓比試件外，其余節點試件位移延性系數均大于3.0，所有試件位移延性系數均值為3.29，表明該組合框架節點具有較好的抗震性能。

根據回歸分析結果，NO

的排放率隨車速上升而逐漸增加，車速增加發動機溫度升高，高溫富氧的環境利于NO

的生成，但由于摩托車在市區路面行駛，遇紅綠燈或交通擁堵便城立即減速，高速行駛時間偏短，高速時NO

生成量增幅并不強烈；HC的排放隨著車速的增加先增加后減小，這是由于HC為燃料不完全燃燒的產物，在車速較低時，混合氣局部濃度過大，而隨著速度增加，缸內溫度升高，燃燒過程改善，因壁面淬冷、狹隙效應生成的HC減少；而CO隨車速升高參與燃燒的混合氣增加而增加。基于速度的二元回歸模型為車輛污染物排放率的單因素關系模型，它具有結構形式簡單、計算量小以及方便等特點。但是由于車輛實際行駛過程污染物的排放受多種因素影響，因此基于速度的單因素摩托車排放模型有一定的局限性。

怠速是城市道路摩托車的重要工況之一，摩拖車發動機處于低速空轉狀態，活塞做功主要消耗在發動機運動部件的摩擦上。發動機轉速比較穩定，摩托車排放狀況也保持穩定。但在實際行駛過程中，發動機轉速下降并穩定到怠速的過程需要一定時間，因此在怠速排放模型中以時間作為變量，定義車速小于5km/h為怠速工況。

在市區道路行駛中，由于紅綠燈和道路擁堵，摩托車經常處于怠速、加速和巡航工況。為了實現對城市道路排放的精準預測，則應創建若干與各種工況條件向對應的排放模型，其主要涉及以時間為基礎的怠速排放率模型、以速度為基礎的巡航工況排放率模型、以加速度為基礎的加速工況排放率模型。

3.2 基于時間的怠速排放率模型

在后方的工廠，華工最初承擔最底層的體力工作。但很快，他們就成為各個工廠“第一流工人”。在法國的港口、車站、倉庫等任何工作場地，只要看到有起重機，在里面操作的基本上是華工。法國海軍專門聲明：外籍勞工，只要華工。

怠速工況下三種污染物排放與怠速時間進行回歸建模，采用倒數回歸方法，三個模型可采用分段函數表示，模型的數學表達式如（4）~（6）所示。（圖4-圖6）

從圖4-圖6中可以看到NO

排放率在怠速停車的前18秒左右迅速下降直至穩定狀態，而HC和CO需要大約22秒左右。建立的怠速排放率模型對于預測交叉口怠速停車的摩托車微觀排放是很有意義的。

3.3 基于加速度的加速工況排放模型

采用摩托車瞬時的加速度作為變量，根據排放率與加速度的關系，建立基于加速度的排放率模型。從圖7-圖9中可以看出加速度是影響三種污染物排放率的主要影響因素，隨著加速度的增加，特別是急減速速時，NO

、CO與HC污染物的排放率會出現增加，但由于摩拖車城市道路的復雜工況，整體排放率隨加速度的變化并不明顯。

大灣區內部存在明顯的發展不平衡、不充分問題。以廣州—深圳—香港為代表的珠江東軸經濟圈聚集了經濟總量的60 %以上，而佛山、中山、珠海等珠江西岸地區經濟發展相對落后。造成這種現象的一個重要原因就是連接珠江東西兩岸的交通基礎設施建設滯后，阻礙了人流、物流、金流、技術等創新資源和要素的跨區域高效流動。深圳、香港的產業轉移和經濟輻射無法有效擴散到珠西地區,在資本、人才、技術等要素收益率差異明顯的情況下，大量創新資源必然從粵港澳大灣區西軸轉移到東軸。

4 結語

本文基于便攜式排放分析儀搭建車載排放測試平臺，并選取江門市城區摩托車經常行駛的主干道進行實際道路試驗，系統分析了摩托車道路瞬態排放特性，并構建了基于速度、加速度回歸模型，并通過多次實際試驗，檢驗模型的誤差，預測誤差小于15%，可對城區摩托車道路排放特性進行預測。模型參數簡單，可結合相應交通仿真模型對城市摩托車排放進行評價分析，為交通管控提供參考。

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