0.   引言

近年来中国汽车保有量急剧增加, 北京、上海等中心城市轻型汽油车的增长速度更快, 汽车排放已成为一些中心城市大气污染的主要来源。加强汽车的排气污染控制, 改善城市大气环境质量已成为中国大中城市环境质量治理的首要任务^[1-5]。加速模拟工况法(Acceleration Simulation Mode, 简称ASM)对排放检测在底盘测功机上进行, 模拟了在用车道路行驶工况, 且增加了NO_x的排放测量, 相比怠数法更能反映车辆的排放对大气污染的情况^[6]。本文通过大量实验测试在用轻型汽油车ASM工况排放特性, 研究车辆排放水平与车辆行驶里程和车龄的关系。

1.   轻型汽油车加速模拟工况排放实验

本文采用北京地方标准DB 11/122-2003 “汽油车稳态加载污染物排放标准”所规定的排放测试工况。该排放测试方法有2个等速工况段: ASM5024工况, 车速为24 km/h; ASM2540工况, 车速为40 km/h。按照DB 11/122-2003的要求, 检测车辆先进行ASM5024工况的检测, 测得的所有污染物排放浓度均低于限值, 则合格, 否则继续进行ASM2540工况的检测, 测得的所有污染物排放浓度均低于限值, 则合格, 否则测试结果为不合格。CO、HC和CO₂的排放浓度采用不分光红外法(NDIR)进行测量, NO和O₂的排放浓度采用电化学法进行测量。排放污染物浓度测试结果为相对体积分数, 单位CO以百分比%计及, HC、NO以10^-6计及。

2.   排放测试结果分析

2.1   车辆排放与行驶里程的关系

对3 200辆车的测试数据进行分组, 行驶里程小于3.0×10⁴ km的车辆为一组, 在3.0×10⁴~3.6×10⁵ km间, 以3.0×10⁴ km为间隔进行分组, 各组行驶里程车辆数和所占比例见表 1。车辆的CO、HC、NO_x排放平均值见图 1~3。可见随着车辆行驶里程的增加, CO、HC、NO_x排放平均值呈上升的趋势, 这符合车辆使用过程中自然损害与非自然损害的规律。CO、HC、NO_x排放水平与车辆行驶里程的回归方程为

表  1  车辆数分布

Table  1.  Vehicle quantity distribution

行驶里程/(104 km)	< 3	3~6	6~9	9~12	12~15	15~18	18~21	21~24	24~27	27~30	30~33	33~36	合计
车辆数/veh	375	402	304	264	431	193	135	261	179	42	557	57	3200
所占比例/%	11.72	12.56	9.50	8.25	13.47	6.03	4.22	8.16	5.59	1.31	17.41	1.78	100

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图  1  y_CO与x的关系

Figure  1.  Relation of y_CO and x

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图  2  y_HC与x的关系

Figure  2.  Relation of y_HC and x

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y_CO=0.0264x+0.4597 (1)

R ${}_{\text{C}\text{Ο}}^2$ =0.6476

y_HC=2.6073x+68.142 0 (2)

R ${}_{\text{Η}\text{C}}^2$ =0.667 0

y_NOx=13.184 0x+ 981.430 0 (3)

R ${}_{\text{Ν}\text{Ο}{}_x}^2$ =0.6227

图  3  y_NOx与x的关系

Figure  3.  Relation of y_NOx and x

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式中: x为车辆行驶里程(10⁴ km); y为CO、HC、NO_x的排放值; R²为回归曲线与测试数据的相关系数。可见行驶里程从1.0×10⁵ km增加到3.0×10⁵ km, CO、HC、NO_x排放值增长约0.24~0.73倍。营运车辆一般每年行驶里程在1.0×10⁵ km左右, 因此对于营运车辆应加强定期检测与维修保养, 以恢复车辆技术状态, 防止随车辆行驶里程的增加, 车辆排放状况急剧恶化的情况出现。

2.2   车辆排放与车龄的关系

本研究针对汽车车龄共获得了3 257辆车的有效实验数据, 车龄的分布见表 2。CO、HC、NO_x的排放平均值随车龄的变化规律见图 4~6。可见随着车辆使用年限的增加, CO、HC、NO_x的排放平均值均呈较快的增长趋势, 尤其在低速区。CO、HC、NO_x排放水平与车龄的回归关系式为

y_CO=-0.0075x²+0.2135x+0.100 0 (4)

R_CO²=0.744 7

y_HC=-1.0022x²+27.435 0x+10.000 0 (5)

R_HC²=0.6237

y_NOx=-7.3652x²+245.560 0x+200.000 0 (6)

R²_NOx=0.9217

式中: x为车龄(a); y为CO、HC、NO_x的排放值; R²为回归曲线与测试数据的相关系数。可见车龄从2 a增长到10 a, CO、HC、NO_x的排放值增长约1.7~2.0倍。从图 4~6看到车龄在10 a附近的实验数据波动较大, 这主要是由于样本中车龄在9~10、10~11、11~12 a车龄段的车辆数相对较少, 各只有几十辆, 车龄长的车辆技术状况差异较大, 导致测试数据的重复性不佳造成。

表  2  车龄分布

Table  2.  Vehicle age distribution

车龄/a	< 1	1~2	2~3	3~4	4~5	5~6	6~7	7~8	8~9	9~10	10~11	11~12	合计
车辆数/veh	369	477	271	480	564	329	195	242	162	89	49	30	3257
所占比例/%	11.33	14.65	8.32	14.74	17.32	10.10	5.99	7.43	4.97	2.73	1.50	0.92	100

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图  4  y_CO与x的关系

Figure  4.  Relation of y_CO and x

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图  5  y_HC与x的关系

Figure  5.  Relation of y_HC and x

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图  6  y_NOx与x的关系

Figure  6.  Relation of y_NOx and x

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图 7~9示出了按照DB 11/122-2003排放限值, CO、HC、NO_x排放平均合格率y与车龄x的关系。可见4 a以下车辆的排放合格率状况最好, 基本在90%以上, 只有不到10%车辆排放不合格; 前4 a车辆的排放合格率变化较大, 其主要原因是发动机等的初期机械磨损严重造成的; 10 a后排放合格率基本趋于稳定, 排放合格率在80%左右, 约有20%以上的车辆排放不合格, 这是由于随着车辆使用年限的增加, 由于自然或非自然的损害, 造成发动机的技术状态变坏, 技术性能下降, 导致排放恶化。因此加强车辆的定期维修保养, 尤其注意新车的保养, 对于维持车辆的正常技术状态十分必要。而将车辆的报废年限规定在8 a以上比较合适, 因为此时车辆的技术状态恶化较严重, 维修保养很难恢复其技术状态。

图  7  y_CO与x的关系

Figure  7.  Relation of y_COand x

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图  8  y_HC与x的关系

Figure  8.  Relation of y_HC and x

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图  9  y_NOx与x的关系

Figure  9.  Relation of y_NOx and x

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3.   结语

车辆行驶里程从1.0×10⁵ km增长到3.0×10⁵ km, CO、HC、NO_x排放值增大约0.24~0.73倍; 车龄从2 a增长到10 a, CO、HC、NO_x的排放值增长约1.7~2.0倍; 4 a内车龄CO、HC、NO_x排放不合格率在10%以下, 10 a以上车龄CO、HC、NO_x排放不合格率大于20%;推导出了ASM排放测试方法下在用轻型汽油车CO、HC、NO_x排放值与行驶里程的线性回归数学关系式及相关系数, 及CO、HC、NO_x排放值与车龄的二次多项式回归数学关系式及相关系数。