吳 亮

（廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 實(shí)訓(xùn)中心，廣東 廣州 510510）

引言

2016年，全國機(jī)動(dòng)車排放污染物為4472.5萬噸，汽車是主要貢獻(xiàn)者，汽車排放的CO和HC量占比超過80%，NO x和PM超過90%[1]。影響汽車污染物排放的因素較多，行駛工況是導(dǎo)致汽車污染物排放的主要因素，工況法一直以來在定型車鑒定、科研測試以及生產(chǎn)車抽檢等過程中常被用于汽車行駛排放的測定。除了工況以外，城市道路設(shè)計(jì)建設(shè)、交通信號(hào)及流量、自然地理?xiàng)l件，甚至風(fēng)速、溫度、濕度、行駛里程、燃油、海拔等都對汽車污染排放有一定的影響。我國的技術(shù)專家和科研人員圍繞汽車污染排放問題從不同視角出發(fā)開展了廣泛的模擬、試驗(yàn)和比較研究，其成果值得很好的梳理和借鑒。對于探索和構(gòu)建適合我國具體道路特征的汽車污染測定方法，降低汽車排放，減輕環(huán)境污染，指導(dǎo)生產(chǎn)、科研具有重要的指導(dǎo)意義。

1 國內(nèi)主要研究進(jìn)展

1.1 不同行駛工況下汽車污染排放研究

通過行駛工況來測定汽車在不同工作狀況下的污染排放是目前我國最常見也是最穩(wěn)定的技術(shù)方法，目前采用這種研究方法的專家學(xué)者比較多。通過文獻(xiàn)梳理總結(jié)得出，基本一致認(rèn)為汽車在低速行駛和加速行駛工況下的污染物排放最多，主要的代表研究有：李捷輝和唐敏（2010）[2]、馬冬等（2010）[3]、宋真玉等（2013）[4]、姚志良等（2011）[5]。其余還有一些研究不同行駛工況下污染排放，代表有：俞明等（2002）通過研究發(fā)現(xiàn)，HC、CO和NO x等主要污染物的產(chǎn)生是在汽車行駛3檔的減速、加速和穩(wěn)速等工況[6]；邱兆文等（2006）通過模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)車速為 95km/h總污染物排放因子最低[7]；黃文偉等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，車輛的各種排放因子隨速度的降低而增加，車速低于 10km/h時(shí)，污染物排放量急劇增加[8]；訾琨等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，在行駛速度較低時(shí)，CO和HC的排放量較大而NO x的排放較小，行駛速度較高時(shí)，CO和HC的排放量較小而NO x的排放較大[9]；胡志遠(yuǎn)等（2016）研究發(fā)現(xiàn)我國典型城市公交在低速(0～21.8km/h)、中低速(0～37.5km/h)、中高速(0～51.7km/h)和高速(0～60.0km/h)等4類行駛工況中，低速的固態(tài)PM2.5數(shù)量排放因子最高，約是整個(gè)循環(huán)的2倍，在其余4種行駛速度中，加速產(chǎn)生的固態(tài)PM2.5單位時(shí)間排放量最高[10]。

1.2 不同道路條件下汽車污染排放研究

盡管汽車行駛工況也會(huì)受到道路情況的影響，但是專門從道路的角度來研究汽車污染排放主要基于自然地理特征、道路設(shè)計(jì)、交通設(shè)計(jì)等對汽車污染排放的影響。例如山區(qū)道路與平原道路、市區(qū)道路與快速主干路、國道與高速公路之間由于車流、坡度、信號(hào)燈等多種因素影響汽車行駛工況，進(jìn)而污染排放也有較大差別。吳亮（2014）研究了香港九龍沙田區(qū)繁忙市區(qū)汽車行駛工況的污染排放，發(fā)現(xiàn)香港繁忙市區(qū)汽車的NO x和HC排放都低于歐IV標(biāo)準(zhǔn)，而CO單位距離排放略高于歐 IV標(biāo)準(zhǔn)[11]。許楨賢等（2014）對比了國道和鄉(xiāng)村道路上汽車行駛工況的污染排放情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在鄉(xiāng)村道上行駛產(chǎn)生的CO、HC和PM排放均高于國道，鄉(xiāng)村道上排放的粗粒子模態(tài)顆粒數(shù)量濃度和NO x排放速率高于國道[12]。吳亮（2015）研究了汽車在香港港島典型山區(qū)道路行駛工況的污染排放情況，得出香港港島典型山區(qū)道路汽車的NO x和HC排放都低于歐IV標(biāo)準(zhǔn)，由于山區(qū)道路坡度較大、坡路多，因而CO單位距離排放高出歐IV標(biāo)準(zhǔn)的2倍[13]。

1.3 不同時(shí)段汽車行駛污染排放研究

汽車行駛在高峰時(shí)段由于交通車流較大，汽車行駛速度會(huì)受到影響，頻繁的啟動(dòng)、剎車、加速導(dǎo)致油耗升高，污染排放必然也會(huì)隨之上升。陳龍飛等（2011）研究了北京市汽車高峰期和非高峰期油耗與排放，結(jié)果表明汽車在高峰期車速下降約 31%，CO排放量升高 12.4%～94.4%、HC升高50%～84%、NO x升高9.5%～30%[14]。盧云鶴等（2013）研究高峰擁堵時(shí)段汽車排放情況，認(rèn)為高峰時(shí)段的擁堵會(huì)導(dǎo)致CO和HC排放因子分別增加25%和79%[15]。原佩琪（2015）研究發(fā)現(xiàn)，澳門工作日CO2排放時(shí)段分擔(dān)率在早8點(diǎn)到晚18點(diǎn)之間持續(xù)偏高，與中國其他城市（如北京）不同沒有較明顯的早晚雙高峰規(guī)律[16]。

1.4 不同燃料汽車的污染排放差異研究

根據(jù)燃料類型，目前道路上常見的汽車分為燃油車、純電動(dòng)車和混合動(dòng)力車三大類型，具體可以分為汽油車、柴油車、液化石油氣汽車，也包括普通混合動(dòng)力汽車、插電式混合動(dòng)力汽車、增程式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車等幾種，從已有文獻(xiàn)梳理來看分為四大類。一是以石油為原料的燃油車之間的污染排放比較。姚志良等（2011）研究了液化石油轎車和汽油轎車污染物排放情況，實(shí)測和基于IVE模型方法模擬NEDC工況下的結(jié)果均表明，測試LPG轎車與汽油轎車相比其CO2、CO和HC排放因子均較低，而NO x排放因子較高[17]。相關(guān)部門發(fā)布的報(bào)告顯示，2016年，全國柴油車排放的NO x接近汽車排放總量的70%，PM超過90%；而汽油車CO和HC排放量則較高，其中CO超過汽車排放總量的80%，HC超過70%[18]。朱慶功等（2017）研究實(shí)際道路條件下汽油車和柴油車排放，得出汽油車CO和柴油車NO x排放嚴(yán)重超過標(biāo)準(zhǔn)限值，部分汽油車在WLTC工況的超高速段中出現(xiàn)了很高的CO排放，柴油車的PN排放小于標(biāo)準(zhǔn)限值[19]。二是純電動(dòng)汽車與燃油汽車污染排放比較，代表有寧艷紅等（2012）對比分析了城市道路運(yùn)行工況純電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)燃油汽車的污染物排放，結(jié)果表明純電動(dòng)汽車百公里排放物分別是 SO2為 6.936（g）、爐渣 891.86（g）、NOX為 9.9645（g），燃油汽車百公里排放物分別是CO為16.45（g）、NOX為14.36（g）和HC為1.86（g）[20]。三是純?nèi)加蛙嚺c混合動(dòng)力車的污染排放比較。強(qiáng)明明（2016）研究發(fā)現(xiàn)混合動(dòng)力轎車的CO、HC和NOX平均排放因子有明顯的優(yōu)勢，HC最為明顯，是傳統(tǒng)汽油車的2.92%，CO也只占3.70%，由于有渦輪增壓的作用，NOX的排放稍高，但也只占傳統(tǒng)汽油車的28.01%[21]。四是混合動(dòng)力汽車污染排放，代表有聶彥鑫等（2013）對2012年款插電式普銳斯對混合動(dòng)力汽車能量維持模式下的排放進(jìn)行了測試，結(jié)果表明在市郊工況下發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高負(fù)荷點(diǎn)，因燃料燃燒不充分而導(dǎo)致CO排放偏高，而HC及NO x的排放主要發(fā)生在市區(qū)工況[22]。

1.5 行駛里程與汽車排放關(guān)系的研究

汽車行駛里程對發(fā)動(dòng)機(jī)和三元催化器工作性能有直接影響，進(jìn)而影響能耗和污染排放，也有一部分學(xué)者從行駛里程這個(gè)角度對汽車污染排放進(jìn)行研究。黃孝慈等(2009)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汽車正常行駛10萬km以后CO排放量增幅較大，汽車正常行駛至8萬km時(shí)NOx排放開始迅速提升，到13～14萬km時(shí)達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)限值，但車輛行駛里程與HC排放量之間關(guān)系不大[23]。張春化等（2009）研究發(fā)現(xiàn)，汽車行駛里程與排放污染物之間呈二次曲線關(guān)系，行駛里程超過 30×104km后，各種污染物排放量均顯著增加，相對于10×104km、70×104km的CO、HC、NOx排放的平均值分別增加了23.13倍、30.94倍和18.79倍[24]。黃文偉等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，高怠速條件下隨行駛里程的增加CO排放值而升高，HC隨行駛里程的增加升高，里程數(shù)量對NO x的排放量的影響不大[25]。

1.6 其他影響汽車污染排放因素的研究

研究表明，汽車污染排放還受到燃油品質(zhì)、自然環(huán)境、地貌等條件的影響，例如溫度、濕度、風(fēng)速、海拔等。主要代表有：鐘東階等（2001）研究了燃油品質(zhì)與汽車排放之間的關(guān)系，認(rèn)為車用汽油存在的主要問題是烯烴含量高，油品中含有鉛、硫以及錳、鐵、銅等金屬，尤其是硫含量高、十六烷值低、氧化安定性差[26]。齊鵬等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，溫度、濕度、風(fēng)速等條件對汽車污染排放也有較大影響，溫度越低PM2.5排放值越高，濕度越低PM2.5排放值越高，風(fēng)速越低PM2.5排放影響越大[27]。馬志成（2017）研究了海拔與污染排放之間的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)海拔高度在0-3000m之間隨著海拔高度增加，CO和 PN排放呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，在海拔2400m時(shí)達(dá)到最大值，NOx排放出現(xiàn)先降低后增加的趨勢，在海拔2400m時(shí)達(dá)到最小值[28]。

2 目前已有研究的評論

2.1 文獻(xiàn)研究的結(jié)論

2.1.1 涉及內(nèi)容、采用方法技術(shù)逐步完善

汽車污染排放已經(jīng)從之前單一和單向?qū)W科變成了一個(gè)綜合性交叉學(xué)科，研究學(xué)者來自機(jī)械與自動(dòng)化、環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程、公路交通、信息控制等多個(gè)學(xué)科。研究內(nèi)容從之前的怠速、加速、減速、勻速等行駛工況，不同時(shí)段和不同道路特征排放情況，擴(kuò)展到汽車載重、燃料類型、行駛里程，甚至是溫度、濕度、風(fēng)速、海拔等領(lǐng)域，進(jìn)一步挖掘了汽車污染排放的影響因素。采用的測試技術(shù)方法從車載延伸到遙感測試等，該技術(shù)方法利用不同氣體對不同波長的紫外線和可見光具有吸引作用，利用人工光源發(fā)射的光線透過機(jī)動(dòng)車尾氣，測量透過光的波長和強(qiáng)度并由此計(jì)算污染物的濃度，進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為排放因子。

2.1.2 緊跟國際發(fā)展趨勢，開辟新的研究領(lǐng)域

近年來，我國汽車污染排放的研究緊隨國際潮流，研究方法、技術(shù)、設(shè)備等都在不斷更新，尤其是在新能源汽車等領(lǐng)域開展了一些探索性的研究。圍繞混合動(dòng)力汽車、插電式混合動(dòng)力汽車、增程式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車等新能源汽車的研究近幾年呈現(xiàn)較快發(fā)展趨勢，與當(dāng)前國家治理空氣污染治理要求相適應(yīng)，也為節(jié)能減排提供了新的思路。

2.2 已有研究存在的不足

2.2.1 模擬研究占相當(dāng)比重，研究范式過于僵化

通過文獻(xiàn)的梳理，發(fā)現(xiàn)在實(shí)際道路上，采用非專用車輛在實(shí)際行駛工況下進(jìn)行的研究所占比重不到一半。相當(dāng)一部分成果是在實(shí)驗(yàn)室或者模擬的道路上按照設(shè)定的行駛速度和專用測試車輛完成的。這種模擬狀況下測試得出的結(jié)論與實(shí)際情況存在一定的誤差性。大多數(shù)文獻(xiàn)采用“介紹方法技術(shù)——展示測試過程——得出研究結(jié)論”的固定研究范式，而方法選擇闡釋、相關(guān)結(jié)果的比較、結(jié)論的分析、原因的闡述、對策建議等內(nèi)容相對較為缺乏，甚至是篇幅較大、自成體系的學(xué)位論文也缺少方法比較、原因分析、結(jié)論闡述等內(nèi)容。研究內(nèi)容與國家政策、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之間的聯(lián)系也不夠緊密，具體指導(dǎo)實(shí)踐和成果轉(zhuǎn)化意義不大。

2.2.2 研究采用的方法、測試內(nèi)容比較傳統(tǒng)

機(jī)動(dòng)車排放的測試方法可分為實(shí)驗(yàn)室測試和實(shí)際道路測試，前者包括臺(tái)架測試，后者包括隧道測試、道路遙感測試和道路車載測試。目前，我國對汽車污染排放的測試主要是實(shí)驗(yàn)室測試和實(shí)際道路測試兩種方法，實(shí)驗(yàn)室測試主要是臺(tái)架測試，實(shí)際道路測試包括隧道測試、道路遙感測試和道路車載測試，但是遙感測試技術(shù)由于成本較高需要技術(shù)支撐較強(qiáng)因此使用的并不多，還有對隧道進(jìn)行污染排放測試的研究也較少。采用同一種方法對同一個(gè)內(nèi)容在不同城市開展的重復(fù)性測試和研究較多，沒有形成一套既有權(quán)威性、又能夠通用的標(biāo)準(zhǔn)和體系。各種測試方法涉及到的內(nèi)容基本都圍繞CO、HC、NOX等三種污染物，也有少量研究涉及到顆粒物，近兩年的研究又將PM值納入，研究內(nèi)容主要是從國外借鑒得來。但是一些尚未發(fā)現(xiàn)的潛在對環(huán)境直接有污染的汽車尾氣成分或者與空氣中一些成分發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)后對環(huán)境有間接污染的成分測試和研究還未有涉及。

3 未來研究思考

3.1 構(gòu)建適合我國國情的汽車污染排放標(biāo)準(zhǔn)體系

2001年開始，我國實(shí)施第一階段機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過15年的發(fā)展，目前全國已經(jīng)步入第五階段排放標(biāo)準(zhǔn)。前五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，我國都是參照歐美標(biāo)準(zhǔn)，但是我國的道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、交通流量、城市管理、燃油品質(zhì)等都與歐美國家存在一定的差異，因此歐美國家污染排放標(biāo)準(zhǔn)也不完全適應(yīng)我國的國情。因此，我國應(yīng)當(dāng)以目前歐美國家機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，結(jié)合我國實(shí)際開展創(chuàng)新，制定既能符合我國實(shí)際又能引領(lǐng)世界的新標(biāo)準(zhǔn)體系。

3.2 以供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為契機(jī)，加大車企的自主創(chuàng)新

汽車產(chǎn)業(yè)是我國實(shí)施供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重點(diǎn)領(lǐng)域，對標(biāo)工業(yè)4.0時(shí)代的要求，在自動(dòng)化、智能化基礎(chǔ)上進(jìn)一步淘汰汽車產(chǎn)能過剩。編制負(fù)面清單，將一些自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，沒有核心技術(shù)的自主品牌逐步淘汰。鼓勵(lì)政府資助為企業(yè)設(shè)立污染排放實(shí)驗(yàn)室，改革政產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制，加快掌握電動(dòng)、混合燃料汽車的核心技術(shù)。加大車企污染排放社會(huì)責(zé)任，嚴(yán)加汽車排放標(biāo)準(zhǔn)管制，減少汽車排放對環(huán)境空氣質(zhì)量影響。兼并、重組等形式壯大一批車企，在高新技術(shù)開發(fā)區(qū)或高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園構(gòu)建汽車產(chǎn)業(yè)鏈，通過創(chuàng)新來引領(lǐng)車企的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

3.3 優(yōu)化城市道路設(shè)計(jì)和管理，減少汽車行駛工況污染排放

從文獻(xiàn)梳理來看，汽車不同行駛工況對污染排放有著重要的直接影響，而行駛工況除了車輛自身因素以外，主要受到道路設(shè)計(jì)、交通管制的影響。進(jìn)一步優(yōu)化城市道路的設(shè)計(jì)和管理水平，通過優(yōu)化坡度、彎度設(shè)計(jì)，增加橋梁、隧道、人車分流等形式，提高快速路比重和智慧城市建設(shè)等手段，及時(shí)疏導(dǎo)交通流量，增強(qiáng)汽車行駛穩(wěn)定性，減少擁堵、紅綠燈等待時(shí)間，進(jìn)而減少因怠速、急加速和急減速帶來的瞬時(shí)污染排放。

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