基于加載減速法四川省在用壓燃式汽車尾氣煙度排放削減預(yù)測(cè)

周勁戈

(四川省機(jī)動(dòng)車排污監(jiān)控中心，成都　610091)

· 環(huán)境監(jiān)測(cè) ·

基于加載減速法四川省在用壓燃式汽車尾氣煙度排放削減預(yù)測(cè)

周勁戈

(四川省機(jī)動(dòng)車排污監(jiān)控中心，成都610091)

針對(duì)四川省在用壓燃式汽車尾氣煙度排放情況進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查研究，結(jié)果表明：四川省機(jī)動(dòng)車顆粒物排放量中99.34%的顆粒物來自汽車排放，其中在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車占到絕大比例。同時(shí)分析得出，實(shí)施“四川《在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車加載減速法排氣煙度限值》”標(biāo)準(zhǔn)可有效控制機(jī)動(dòng)車排氣煙度量，有利于四川省大氣環(huán)境質(zhì)量的改善。經(jīng)預(yù)測(cè)采用加載減速法及實(shí)施《在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車加載減速法排氣煙度排放限值》標(biāo)準(zhǔn)后，可使四川省汽車排氣煙度削減率達(dá)到68.05%～95.92%。

加載減速法；在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車；煙度；預(yù)測(cè)

1　前　言

機(jī)動(dòng)車尾氣中有多種有害物質(zhì)。這些有害物質(zhì)被吸入人體后，對(duì)人類呼吸系統(tǒng)、心腦血管、神經(jīng)系統(tǒng)和眼睛都會(huì)造成嚴(yán)重的傷害。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，大氣中 38.5%的一氧化碳(CO)、21.7%的碳?xì)浠衔?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%的顆粒物(PM)來源于機(jī)動(dòng)車尾氣[1～4]。近年研究表明：壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)在用汽車(以下簡稱汽車)排放尾氣中的PM2.5對(duì)人體的危害更大，愈來愈受到人們的關(guān)注。汽車尾氣排放中的PM2.5不僅粒度小、數(shù)量多,含有多環(huán)芳烴(PAHs)和含硝基的多環(huán)芳烴(nitro-PAHs)等16種高致癌物質(zhì)；而且排放部位低，基本不沉降，長期積累存在于人的呼吸帶內(nèi)，人類極易通過呼吸系統(tǒng)，甚至人體表皮進(jìn)入人體內(nèi)和血液中，對(duì)人體健康造成極大危害。因此，汽車尾氣排放中的PM2.5被視為毒性和危害最大的污染物。

顆粒物作為汽車的主要排放物，是我省部分市州空氣質(zhì)量差、霧霾天氣嚴(yán)重的主要原因，因此，實(shí)施四川《在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車加載減速法排氣煙度排放限值》標(biāo)準(zhǔn)，已成為我省達(dá)到汽車尾氣煙度排放控制，改善環(huán)境空氣質(zhì)量的途徑之一。

在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣煙度治理，歐美等發(fā)達(dá)國家已建立了較為完善的法規(guī)和制度體系。在中國，針對(duì)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)在用汽車，2005年7月1日，國家環(huán)境保護(hù)總局、國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局推出了GB3847-2005《車用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣煙度排放限值及測(cè)量方法》，2006年1月1日國家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布了《確定壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)在用汽車加載減速法排氣煙度排放限值的原則和方法》(HJ/T241-2005)。在借鑒兄弟省份成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，2012年6月6日，四川省環(huán)境保護(hù)廳印發(fā)了《關(guān)于印發(fā)四川省機(jī)動(dòng)車污染防治有關(guān)規(guī)定的通知》(川環(huán)發(fā)〔2012〕37號(hào))，在通知中明確規(guī)定將實(shí)施壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)在用汽車加載減速工況法檢測(cè)排氣煙度。

為了確保實(shí)施加載減速法和推廣四川《在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車加載減速法排氣煙度排放限值》標(biāo)準(zhǔn)能夠有效減少汽車尾氣排放對(duì)環(huán)境的污染，改善四川省大氣環(huán)境質(zhì)量。本文針對(duì)四川省在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣污染情況開展了調(diào)查研究，分析了四川省壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)在用汽車的排放特征，探討了控制壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)在用汽車尾氣排放污染的檢測(cè)方法，最后，基于加載減速法對(duì)在用車輛排氣煙度進(jìn)行了削減預(yù)測(cè)。

2　四川省在用汽車尾氣污染狀況

隨著四川省經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車保有量逐年增加，由機(jī)動(dòng)車帶來的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。2013年全省機(jī)動(dòng)車顆粒物排放量為1.57萬噸。其中，汽車排放1.56萬噸，占99.34%；低速汽車排放0.01萬噸，占0.66%。2013年四川省各類機(jī)動(dòng)車顆粒物排放比例見圖1。

圖1　2013年四川省各類機(jī)動(dòng)車顆粒物(PM)排放比例Fig.1　PM emission from all sorts of motor vehicles of Sichuan Province in 2013

2013年全省汽車污染物排放量中，顆粒物排放量前5位的市(州)依次為成都、南充、達(dá)州、阿壩、綿陽。2013年四川省各市(州)汽車顆粒物排放量見圖2。

圖2　2013年四川省各市(州)汽車顆粒物排放量Fig.2　PM emission of motor vehicles of each city in Sichuan Province in 2013

圖2數(shù)據(jù)來源于各市(州)交通管理部門汽車安全檢測(cè)站，基于“自由加速法”對(duì)汽車顆粒物檢測(cè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

3　壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)在用汽車排氣煙度兩種檢測(cè)方法及優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1自由加速煙度法

自由加速煙度法主要是用于初步判定柴油機(jī)燃燒狀況是否正常的簡便檢測(cè)方法之一。自由加速煙度測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)操作簡便，測(cè)試儀器價(jià)格便宜，便于攜帶，檢測(cè)時(shí)間短，廣泛應(yīng)用于柴油車的年檢、路檢。自由加速煙度法的缺點(diǎn)：(1)在操作時(shí)將加速踏板迅速踏到底過程中速度和力度的掌握不同，以及維持4秒后松開過程中時(shí)間長短的掌握不一致，使得測(cè)量的不確定性大，重復(fù)性差；(2)自由加速煙度法是一種不對(duì)車輛進(jìn)行加載的檢測(cè)方法，不能反映出汽車行駛過程中的真實(shí)工況；(3)自由加速煙度法是在發(fā)動(dòng)機(jī)空載工況下的檢測(cè)方法，當(dāng)加速踏板瞬間加大時(shí)，如果進(jìn)氣流量和瞬時(shí)供油量的響應(yīng)速度不同步而有所滯后，則供入氣缸內(nèi)的燃料就會(huì)在缺氧的情況下燃燒不完全而冒黑煙。

目前，四川省在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣煙度檢測(cè)方法以自由加速法為主。對(duì)于近年為減少顆粒物排放而較多采用渦輪增壓技術(shù)的柴油車，由于存在渦輪遲滯效應(yīng)，因而在使用自由加速法檢測(cè)煙度時(shí)較自然吸氣式在用柴油車的煙度排放更差，這顯然是不合理的。

3.2加載減速工況法

加載減速法是一種在模擬車輛負(fù)載運(yùn)行時(shí)檢測(cè)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)在用汽車排氣煙度的方法。按照加載減速方法的規(guī)定，其檢測(cè)的是車輛的100%VelMaxHP、90%VeIMaxHP點(diǎn)及80%VelMaxHP點(diǎn)的排氣光吸收系數(shù)(K)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和實(shí)際最大輪邊功率，排氣可見煙度檢測(cè)采用分流式不透光煙度計(jì)。其排氣煙度與全負(fù)荷排氣煙度檢測(cè)規(guī)程和實(shí)車滿載行駛的工況較一致，有較好的相關(guān)性。

根據(jù)我國機(jī)動(dòng)車排放控制和監(jiān)督管理的需要，國家在標(biāo)準(zhǔn)GB3847-2005中增加了加載減速檢測(cè)方法，環(huán)境保護(hù)總局在HJ/T241-2005中鼓勵(lì)一些條件成熟的地方可以根據(jù)本省條件制定地方標(biāo)準(zhǔn)，并先行實(shí)施。目前，湖南省、浙江省、江西省、上海市、陜西省、福建省、重慶市、北京市、廣東省、山東省等省市均已制定了在用壓燃式機(jī)動(dòng)車加載減速法地方標(biāo)準(zhǔn)，并加緊標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施工作。

3.3兩種檢測(cè)方法可靠性比較

為了比較自由加速煙度法和加載減速煙度法的可靠性，隨機(jī)抽取50輛重型柴油載貨汽車，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《確定壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)在用汽車加載減速排氣煙度排放限值的原則和方法》(HJ/T 241-2005)標(biāo)準(zhǔn)推薦的限值，以及國家標(biāo)準(zhǔn)《柴油車自由加速煙度的測(cè)量(濾紙式煙度法)》(GB/T3846-1993)和國家標(biāo)準(zhǔn)《車用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)和壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣煙度排放限值及測(cè)量方法》(GB3847-2005)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)提出的試驗(yàn)方法和限值要求進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。排氣煙度的測(cè)試結(jié)果見表1。

表1　自由加速煙度法和加載減速煙度法比對(duì)試驗(yàn)

由以上對(duì)比數(shù)據(jù)可知，采用加載減速法檢測(cè)時(shí)，不合格車的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它檢測(cè)方法，并且加載減速法的3個(gè)工況點(diǎn)，模擬了實(shí)際車輛行駛的工況，較客觀地反映了受檢車輛的煙度排放狀況。另外，由于標(biāo)準(zhǔn)限值中對(duì)輪邊功率及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制要求，可以有效防止作弊，避免人員操作干擾因素，因此，檢測(cè)結(jié)果更為真實(shí)、全面。

4　在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車顆粒物排放預(yù)測(cè)分析

4.1在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車分類

按車輛生產(chǎn)時(shí)間，將在用壓燃式輕型汽車和重型汽車分別分為4類。具體分類如表2。

表2　在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車分類

4.2在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車抽樣信息

為了使排放污染物削減預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，在車輛抽樣過程中盡可能做到車型和數(shù)量的完整性、全面性和綜合性，在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車抽樣信息，如表3所示。

表3　抽樣車輛信息表

4.3在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣顆粒物削減率預(yù)測(cè)

在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣顆粒物削減量及削減率按下列公式進(jìn)行計(jì)算[5～15]：

(1)合格車輛年顆粒物排放量M：

(1)

(2)不合格車量年顆粒物排放量Mn：

(2)

(3)不合格車輛維修到規(guī)定限值后的年顆粒物排放量MK：

(3)

(4)年顆粒物排放削減量Mn-K：

(4)

(5)年顆粒物排放削減率η：

(5)

式(5)可化簡為：

(6)

式中：L—車輛年平均行駛里程(公里/年);

N—合格車輛數(shù)量(輛);

n—不合格車輛數(shù)量(輛);

XA—合格車輛平均顆粒物排放因子(克/公里);

XB—不合格車輛平均顆粒物排放因子(克/公里);

K—不合格車輛維修到“四川《在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車加載減速法排氣煙度排放限值》標(biāo)準(zhǔn)”限值的平均顆粒物排放因子(克/公里);

η—年顆粒物排放削減率(%);

λ—車輛檢測(cè)不合格率(%)。

其中，XA、XB、K等參數(shù)根據(jù)16227組(見表3)抽樣調(diào)查車輛的有效檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算獲得。通過計(jì)算合格車輛和不合格車輛的平均排放因子XA、XB，如表4和表5所示；不合格車輛維修到“四川《在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車加載減速法排氣煙度排放限值》標(biāo)準(zhǔn)”限值的平均顆粒物排放因子K，如表6所示；

表4　合格車輛平均排放因子XA

表5　不合格車輛平均排放因子XB

表6　不合格車輛維修到本標(biāo)準(zhǔn)限值的平均顆粒物排放因子K

四川省在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車顆粒物排放的年排放削減率η，如表7所示。

表7　四川省在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車排氣顆粒物排放的年削減率

5　結(jié)　論

5.12013年四川省機(jī)動(dòng)車顆粒物排放量為1.57萬噸。其中，99.34%的顆粒物來自汽車排放。

5.2采用加載減速工況法可以有效防止作弊，避免人員操作干擾因素，因此，檢測(cè)結(jié)果更為真實(shí)、全面，是一種有效的機(jī)動(dòng)車顆粒物排放控制手段，有利于大氣環(huán)境污染治理和監(jiān)管工作。

5.3通過在用車尾氣煙度排放預(yù)測(cè)分析可知，“四川《在用壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)汽車加載減速法排氣煙度限值》”實(shí)施后，可使四川省在用壓燃式汽車尾氣煙度排放削減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

周勁戈(1962-)，女，四川閬中人，1985年畢業(yè)于省委黨校經(jīng)濟(jì)管理專業(yè)，工程師。研究方向?yàn)榄h(huán)境管理。

X701.2

A

1001-3644(2015)04-0066-05