陳 凡 許文靖

（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 江門 529000）

引言

隨著人民生活水平的提高，機(jī)動(dòng)車排放對(duì)環(huán)境的影響越來越受到重視?；诔杀镜目紤]，兩用燃料車廣泛應(yīng)用于城市出租車。出租車行駛時(shí)主要采用CNG作為汽油的替代燃料，具有CO2和PM排放低的特點(diǎn)。有研究表明，CNG燃燒時(shí)產(chǎn)生的CO2排放雖低于汽油、柴油，NOx和HC排放卻有明顯增加[1]。因此，應(yīng)重視此類機(jī)動(dòng)車在實(shí)際行駛過程中尾氣排放情況。為了評(píng)價(jià)車輛實(shí)際行駛過程中的排放情況，必須測(cè)量分析車輛在實(shí)際道路上的微觀排放特性[2]。道路上車輛的尾氣排放不僅由車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和排放控制技術(shù)等自身?xiàng)l件所決定，還受到道路狀況和行駛狀態(tài)等外部因素影響。為此本文研究了兩用燃料車在使用不同燃料情況下的微觀排放特性，并進(jìn)行了對(duì)比分析，為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其排放性能提供了依據(jù)。

1 車載排放試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

1.1 車載排放測(cè)試平臺(tái)

本文研究所使用的車載排放測(cè)試平臺(tái)主要包括尾氣收集系統(tǒng)、便攜式排放測(cè)量?jī)x、車輛運(yùn)行狀況測(cè)量系統(tǒng)和GPS定位儀4大部分，可實(shí)時(shí)測(cè)量城市道路上車輛的運(yùn)行及排放狀況[3]。排放分析儀可實(shí)時(shí)測(cè)量車輛尾氣中CO、HC、NOx的排放量，發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)檢測(cè)儀通過OBD連接到發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)時(shí)采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度及進(jìn)氣壓力等狀態(tài)參數(shù)；車輛行駛速度通過GPS采集；3組數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)后，由排放分析軟件實(shí)時(shí)分析顯示和保存。

1.2 試驗(yàn)方案

道路車輛排放試驗(yàn)須考慮具體影響因素，例如車輛、駕駛員、路線、時(shí)間等。CNG燃料目前主要為出租車采用，因此選取城區(qū)出租車的代表車型為捷達(dá)兩用燃料車，路線選擇為城市道路出租車的主要行駛路線，時(shí)間選擇為中午和下午，路線長(zhǎng)度約10 km，在同一路段對(duì)CNG和汽油燃料進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。

2 微觀排放特性的比較分析

在實(shí)際的城市道路行駛中，由于道路情況復(fù)雜，車輛經(jīng)常處于加減速狀態(tài)。為了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)市區(qū)道路的排放，需要根據(jù)不同工況進(jìn)行排放特性的對(duì)比分析。這其中主要有基于速度的巡航工況排放率特性和基于加速度的加減速工況排放率特性[4-5]。

2.1 基于速度的巡航排放特性比較

當(dāng)車速較高時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率增大，缸內(nèi)燃燒速度加快，排放相應(yīng)增加，車輛行駛過程中車輛污染物的排放率與車輛速度變化密切相關(guān)。為此，根據(jù)排放采集數(shù)據(jù)分別建立了NOx、HC、CO的排放率與車輛速度變化的關(guān)系曲線，獲取NOx、HC和CO排放率與車速的變化曲線圖，如圖1、圖2、圖3所示。

圖2 基于速度變化的HC排放率變化曲線

圖3 基于速度變化的NOx排放率變化曲線

如圖1所示，隨著速度的增加，CO的排放呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，排放集中在較低水平。汽油車的CO排放較為分散，且隨車速呈現(xiàn)一定的波動(dòng)，CNG車的排放相對(duì)穩(wěn)定在較低水平。主要原因是汽油的碳含量高于CNG。

如圖2所示，隨著速度的增加，CNG和汽油的HC的排放均呈下降的趨勢(shì)，兩者的下降曲線基本相同，CNG的HC排放隨車速下降更為明顯。主要原因是隨著車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升，燃燒更加充分，HC排放降低。

如圖3所示，隨著速度的增加，NOx的排放呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，排放集中在較高水平。主要原因是車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增高使缸內(nèi)溫度升高，長(zhǎng)時(shí)間高溫富氧的環(huán)境有利于NOx的生成。高速行駛時(shí)，汽油車的NOx排放顯著高于CNG車，且上升趨勢(shì)明顯，而低速行駛時(shí)，CNG車的NOx排放高于汽油車。

根據(jù)以上排放率變化曲線的對(duì)比分析，可知CNG車的排放變化規(guī)律與汽油車基本相同，又由于CNG成分中的碳含量較低，燃燒時(shí)間較長(zhǎng)，CNG車的CO和HC排放低于汽油車，而NOx排放則高于汽油。車輛實(shí)際行駛過程的發(fā)動(dòng)機(jī)工作受多種不同因素的影響，如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和加速度等參數(shù)，因此基于速度的單因素車輛排放特性并不能完整準(zhǔn)確反映2種燃料的排放特性。

2.2 基于加速度的加減速排放特性

車輛在加速和減速瞬間，噴油量和進(jìn)氣量的突然變化，導(dǎo)致燃燒情況會(huì)迅速變化，排放也隨之迅速變化，因此有必要以加速度作為車輛排放特性的變量，建立NOx、HC和CO的排放率與車輛加速度的變化關(guān)系特性，獲取NOx、HC和CO排放率與加速度的變化曲線圖，如圖4、圖5、圖6所示。通過對(duì)采集到排放數(shù)據(jù)的初步分析，車輛絕大部分加減速集中于[-2 m/s，2 m/s]之間，為此，選取[-2 m/s，2 m/s]作為排放特性的分析區(qū)間。

圖4 基于加速度的CO排放率變化曲線

圖5 基于加速度的HC排放率變化曲線

圖6 基于加速度的NOx排放率變化曲線

如圖4所示，CO的排放均集中在較低水平，隨著加速度的增加，CO的排放呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。CNG車的CO排放隨加速度的增長(zhǎng)更為明顯。但在減速、巡航，平穩(wěn)加速3種工況下，汽油車的CO排放顯著高于CNG車。

如圖5所示，2種燃料的HC排放呈現(xiàn)隨加速度相反的變化趨勢(shì)，且排放分布較為分散。在平穩(wěn)行駛工況下，汽油車的排放高于CNG，急加速和急減速工況下，CNG的HC排放升高。

如圖6所示，隨著加速度的增加，NOx的排放均呈現(xiàn)明顯上升的趨勢(shì)，但排放值較為分散。在平穩(wěn)行駛工況下，NOx的排放基本保持穩(wěn)定，但在急加速和急減速工況下，NOx的排放出現(xiàn)明顯上升或下降。

3 結(jié)論

通過對(duì)兩用燃料車在典型道路下的排放進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，各行駛工況下的2種燃料產(chǎn)生的排放率具有一定規(guī)律性，無論使用CNG還是汽油，速度、加速度對(duì)車輛排放的變化都有明顯的影響，且變化規(guī)律也相似。車速上升，HC排放下降，CO排放率上升，NOx排放率顯著上升。急加速工況下NOx排放率最大，平穩(wěn)行駛工況下排放率保持穩(wěn)定。在20至40 km/h這一車速范圍內(nèi)，CNG燃料的CO排放率低于汽油車，HC、NOx排放率高于汽油車。