一、研究意义
对机动车排放特征的研究具有较好的科研与现实意义。开展扬州城市公交车辆尾气中典型污染物的排放特征研究,能反映城市污染物的产生原因,可为管理部门制定针对性控制措施提供科学依据,同时也为减少雾霆发生频率和解决复合大气污染问题奠定基础。
二、研究方法
本研究是通过对目前国内外先进的汽车检测技术,测试方法以及测试设备的分析研究,选用一种适合于城市公交客车性能测试的技术及设备,对车辆各项性能,特别是污染物排放性能进行准确地、客观地评估;对污染物的排放特性,控制策略对污染物排放的影响等进行深入分析和研究;通过对混合动力车辆和纯柴油公交车对比测试,分析不同动力装置公交型柴油车辆的排放差异性;对混合动力汽车的开发、生产、试验提供一种技术支持。建立的综合排放因子模型结构包括:(1)机动车CO排放因子双曲线函数模型;(2)NOx排放因子三阶函数模型;(3)HC排放因子的负幂函数模型。利用这些模型,可有效分析和预测公交车污染物排放物对环境的影响。试验研究表明,车辆在中等载客量和满载情况下,以高挡中等车速行驶,可使总污染物的排放因子接近最低。
1.排放因子定义
排放因子是指车辆运行每单位里程、每单位时间、每单位功输出或消耗单位燃料所排放的污染物质量,单位分别为g/km、g/h和g/kw.h。排放因子具有直接反映机动车排放水平的功能,因此被广泛应用在机动车污染物排放的研究工作中。
2.试验设备一车载排放物测试系统
获取公交型柴油车不同负载工况下的排放因子,仅凭发动机台架试验测试是不够的,为此本文设计了车载测量系统。测量系统主要由以下两个部分组成:硬件系统,包括气态污染物测量设备、颗粒物测量设备、排气流量测量设备、车辆CAN信号采集设备和GPS等;数据后处理系统,主要工作是将上述各种设备的测量数据进行分析、修正、计算,得到道路上以g/km形式表示的瞬态排放特性。该系统兼具了通用性和灵活性的特点,可用于各类重型车辆排放测试,车载系统的气体排放污染物测量设备主要是OBS-2200。
三、实验数据分析
对车载测试的数据进行深入分析,以公交车为研究对象,分析混合动力公交车和常规柴油车排放的差异,研究混合动力公交车在不同启动模式下对排放性能的影响。
1.混合动力瞬态排放特性研究
城市公交车发动机的频繁启停( start/stop,以下简称“S/S”)是混合动力汽车的一个重要的瞬态工况,对发动机的排放具有很大影响。目前汽车发动机S/S的研究主要集中在以下几个方面:一是燃油经济性综合优化;二是驾驶响应性和乘坐舒适性优化;三是车辆排放特性分析。本文提出应用PEMS在指定目标实际行驶工况条件下,对混合动力客车S/S过程对排放的影响进行研究。
2.混合动力S/S阶段的累积排放特性比较
表1为混合动力模式S/S 17次和相应纯柴油模式怠速阶段的排放测试结果。
通过对比排放数据发现:混合动力模式的HC、CO、NOx、CO2、PM的排放量都比传统柴油模式的排放量低,分别减少排放32.68%、19.2%、36.63%、20.48%、25.47%。究其原因主要有二方面:一是采用混合动力技术的车辆整体油耗下降,相同行驶里程的污染排放物绝对总量减少;二是对混合动力模式的发动机万有特性进行调整,将发动机始终控制在燃烧过程较好的低排放区域工作。
混合动力模式S/S阶段和传统柴油模式怠速阶段排放数据上看,HC、CO、NOx在混合动力模式下排放量比传统柴油模式下分别降低了12.82%、15.54%、43.57%,混合动力模式S/S阶段的CO2的排放量要比传统柴油模式下降低了17.12%,说明起到了节油的目的。但是这一阶段PM的排放量,混合动力模式要高出43.87%。