（动力机械及工程专业论文）天津市道路行驶工况和道路排放因子的研究.pdf

摘要 + j 摘要 ( 本文详细的研究了天津市的道路行驶工况和道路排放特性。尹 冬通过对天津市具有代表性的车型的调查研究，选择了三辆年：天泮汽t - 公一j ，j 二产的华利车、上海汽车公司生产的桑塔纳车、公交公司的中巴的公变1 ：f 1 为 实验用车，将一套实时测量系统安装在车内，作了大量的实验道路测试，扶得j 人量真实的道路行驶数据和道路排放数据。 通过对道路行驶数据的分析，得到了二t 辆车存各种小同类，p 道鼢f f j 行驶特钔 和总的市内平均结果。结果表明，存市区内，车，班的不同并不是 艇影1 1 n 氕 r f r , , j v i 路行驶特征，结果相差甚微；但是，在市郊则有一定的影响( 卜要是发动机的。阽 能的差别) ，桑塔纳的车速就明显比华利车高出许多。总的柬晓，, t i l x _ - 道路行驶 特征是：怠速比例较高，平均运行速度较低，加减速度数值小且加减速频繁；i m 在市郊，外环线的交通情况比较优良，除了加减速度数值小和加减速次数多之外， 其余则正好和市区相反。并且基于速度、加速度和速度分段比率等行驶准则数合 成了一个可以描述中国城市市区和市郊道路行驶特征的测试循环。将合成的这个 代表性行驶工况与现行的三种标准测试循环( 美图的f t p 7 5 ，欧洲的e c f , 1 5 ，日术的 1 0 一1 5 工况) 作了对比，发现有许多相似的地方，但也有一定的差刖。 通过对道路排放和燃油消耗测试数据的处理分析，求得试验车辆在天滓市市 区真实的平均排放因子份别为h c ：2 0 9 0 3 1 2 9 9 k m ；c o ：1 3 4 8 卜3 9 8 2 5g k m ： n o ，：0 9 7 5 3 0 l g k m ，远远超出幽家标准g b l 4 7 6 卜1 9 9 9 ( 1 1 u r o lj 剧定的限位 ( c 0 3 1 6 9 k m ，h c + n q 】3 9 k m 在e c ej 5 工况测试循环下) ，c o 排放因子高出 5 一1 3 倍之多。百公里燃油消耗在市区高达1 3 4 2 0 1 升，市郊则小了很多，只仃 8 升左右。分析了道路排放因了和燃油消耗的分_ 柑r _ 以及速度、川述嫂“以 参数对它们的影响。0 f 关键词：尾气排放行驶循环排放因子道路试b 影燃油消耗 7 砂 垒呈i ! 坠二 ：! ! ： _ l _ _ _ l _ _ l _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ 。_ 。_ _ _ _ _ _ _ 。_ - - 。_ _ _ - 。- 。一 一一 a b s t r a c t d r i v i n gm o d e i nt i a n j i n sc i t yr o a d sa n de m i s s i o nu n d e rr e a l i s t i cr o a dc o n d i t i o n s w a si n v e s t i g a t e di nd e t a i l si 1 3t h i sr e p o r t t h r e ev e h i c l e sw e r es e l e c t e da st y p i c a lv e h i c l e ：“h u a l i ”m i c r o v a nm a d ef r o m t i 锄j i na u t o m o b i l ec o m p a n y ；“s a n t a n a ”v a nm a d ef r o ms h a n g h a ia u t o m o b i l e c o m p a n y ；m i d d l e a u t o b u sm a d ef r o mt i a n j i n a u t o m o b i l ec o m p a n y e x p e r i m e n t s w e r ec a r r i e do u tb ya no n b o a r dr e a l t i m em e a s u r i n gs y s t e mm o u n t e do nt h ev e h i c l e ， a n di o r so f d a t aa b o u tr e a lr o a dd r i v i n ga n de m i s s i o nw e r eo b t a i n e d r e s u l t sw e r es t a t i s t i c a l l ya n a l y z e dt og e tt h ec h a r a c t e r i s t i c so fv e h i c l ed r i v i n go n t i a n j i n sc i t yr o a d s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec h a r a c t e r i s t i c so fr e a l r o a dd r i v i n g d i d n tv a r yw i t hv e h i c l ei nu r b a n b u tl o t so f d i f f e r e n c ei ns u b u r ba n dt h ea v e r a g es p e e d o f “s a n t a n a ”i s h i g h e rt h a n “h u a l i ”i ns u m c h a r a c t e r i s t i c so f v e h i c l ed r i v i n go n t i a n j i n sc i t yr o a d sw a s ：t h eu r b a nm e a ns p e e di sv e r ys l o w ，t h ei d l e t i m ei s l o n g a c c e l e r a t i n ga n dd e c e l e r a t i n ga r ef r e q u e n t ；t h es u b u r bm e a ns p e e di sv e r yh i g h ，l i m e s o fa c c e l e r a t i n ga n dd e c e l e r a t i n ga r et o om u c h a t y p i c a ld r i v i n gm o d ew a so b t a i n e d b a s e do nc r i t e r i o n ss n c ha sr e a lr o a ds p e e d 、a c c e l e r a t i o nr a t e ，a n dc o m p a r i s o nb e t w e e n i tw i t hf t p 7 5 e c e l 5 j a p a n l o 1 5w a sm a d e t h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h e yh a d s i m i l a rc h a r a c t e r si ns o l l l ew a y s b u ts o m ed i f f e r e n c ee x i s t e d b ya n a l y s i so f t h e r e a le m i s s i o na n df u e lc o n s u m p t i o nd a t a , t h ea v e r a g e dr e a lr o a d e m i s s i o nf a c t o r sw e r e m e a s u r e df o rt h et e s tv e h i c l e sa s h c ：2 0 9 0 2 4 3 0 9 k i n ； c o ：1 6 2 9 1 3 9 8 2 5g k r n ；n o x ：o 9 7 5 - 3 o l g h w h i c hw e r em u c h h i g h e rt h a nc h i n a s g b1 4 7 6 1 1 9 9 9 ( e u r o 1 ) r e g u l a t i o nl e v e l s ( c o 3 1 6g k m ，h c + n o x i1 3g k m t e s t e do ne c e15d r i v i n gc y c l e s ) e s p e c i a l l yc of a c t o r sw e r e5 - 13t i m e sh i g h e rf u e l c o n s u m p t i o n r a t e sw e r em e a s u r e da s1 3 4 2 0 1 l i t e rp e r1 0 0 k mi nu r b a n b u t8l i t e rp e r l0 0 k mi ns u b u r b t h ed i s t r i b u t i o no fe m i s s i o nf a c t o rw a ss t u d i e d a n dt h ei n f l u e n c eo f t h ed r i v i n gc h a r a c t e r p a r a m e t e r ss u c ha sa v e r a g es p e e da n da c c e l e r a t er a t e so nr e a lr o a d e m i s s i o nf a c t o r sa n df u e lc o n s u m p t i o nw a sd i s c u s s e da sw e l l k e vw o r d ：e x h a u s te m i s s i o n f u e l c o n s u m p t i o n d r i v i n g m o d ee m i s s i o nf a c t o r r e a jr o a dc o n d i t i o n 第一章绪论 。l 第一章绪论 内容提要日本章介绍了汽车尾气有害排放物的种类及危害，美国、欧 洲、日本汽车排放测试循环及排放限制法规的发展及特征，我国排放法规的 发展现状，阐述了本课题的意义及主要工作。 1 1 引言 1 1 1 概述 汽车作为一种现代化的交通工具，作为人类文明进步的一个标志，已经越来 越融入到人们的生活中，成为现代社会的一部分。许多发达国家均不约而同地将 汽车工业作为其经济发展的支柱产业。汽车为人类社会的进步作出了巨大的贡献。 正因为如此，总的来说，世界范围内汽车的保有量和产量呈现出不断增加的 趋势。然而，在造福人类的同时，作为一种流动的污染源，汽车对人类生活环境 和生存环境所带来的破坏也在同益加剧，目前，世界公认的大气污染、噪声污染 和水质污染三大公害中，大气污染的很大部分即来自汽车中的动力源一发动机燃 烧产生的污染物”1 。 1 1 2 汽车的有害排放物质 汽车的排放物是一种十分复杂的混合物，其中的成份在】4 0 种以上，这些有 害物质有的对人体直接有害，有的对人类生存的大气环境有害。对大气环境的影 响可以分为对城市环境的影响物质和对全球环境的影响物质两大类，后者包括温 室效应( c o 。) 、臭氧层破坏( 氟利昂) 和酸雨、酸雾、酸雪等，而前者主要包括汽车 废气( h c 、c o 、n o x ) 、微粒( p m ) 及二次污染物( 烟雾、臭氧等) 。主要的内燃机汽车 排放的有害物质有：”“”1 ( 1 ) 毒性物质、刺激性物质、臭味物质及可能致癌物质，如一氧化碳( c o ) 、 丁二烯( c 4 h 6 ) 、甲醛( h c h o ) 、硫化氢( h 。s ) 、乙酰甲醛( c h 。c h o ) 、氧化硫( s o ，) 、苯 ( c 8 h 8 ) 等。 ( 2 ) 臭氧生成物质和光化学烟雾物质，如碳氢化合物( h c ) 、氮氧化物( n o ；) 、 羰酰类成分( c a r b o n y ) 。 ( 3 ) 浮游粉尘，如微粒物质( p m ) 、氮氧化物( n o 。) 、氧化硫( s o 。) 等。 ( 4 ) 地球温室效应物质，如二氧化碳( c 0 。) ，甲烷( c h 。) 、次氧化氮( n ：o ) 等。 第一章绪论 2 ( 5 ) 臭氧层破坏物质，如次氧化氮( n z o ) 等。 ( 6 ) 酸雨生成物质，如氮氧化物( n o 。) 、氧化硫( s o x ) 等。 在上述排气污染物中，最主要的几种污染物对人体的危害机理可简述如下： ( 1 ) 一氧化碳 一氧化碳是无色无味的气体，它和血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白的能力是 氧气的2 4 0 倍，空气中的一氧化碳含量超过1 时，就会导致人体中毒，使人缺氧 而发生恶心、头晕、疲劳等症状，当7 5 的血红蛋白丧失输氧能力时，就会导致 人体窒息。 ( 2 ) 二氧化碳 二氧化碳是无色的气体，略有酸味。它本身对人体并没有毒，它的主要危害 在于作为主要的温室气体，造成地球表面的温度升高( 温室效应) ，它和火( 层t ， 臭氧洞形成的关系，目前还不清楚。 ( 3 ) 碳氢化合物 碳氢化合物主要包括烷烃、烯烃和芳香烃。烷烃基本上无味，有麻醉作用， 对人的口鼻粘膜有刺激。烯烃略带有甜昧，有麻醉作用，部分烯烃对人的口鼻粘 膜有刺激，是造成烟雾的主要原因。芳香烃具有特殊气味，对神经系统有害，带 - - n 两个环的芳香烃有麻醉作用，带更多环的芳香烃被怀疑具有致癌作用。 ( 4 ) 氮氧化物 氮氧化物是燃烧过程中产生的各种氮的氧化物的总称，它包括n 0 、n o ：、n 。q 、 n ：0 、n 。o ，等。其中最主要的产物是n o ，其次为n 0 。，其他种类的氮氧化物含量相 对较少。一氧化氮是无色的气体，在空气中一氧化氮被氧化为二氧化氮。在空气 中一氧化氮的含量超过1 5 p p m 时，它会和血红蛋白结合，若超过2 0 p p m ，就会影 响肺的功能。二氧化氮呈红褐色，具有强烈的刺激性，对肺和心肌都有很强的损 害作用。二氧化氮是地面附近形成臭氧的主要因素之一。 ( 5 ) 微粒 微粒对人体的危害与微粒的大小及组成有关。微粒越小，停滞于人体肺部、 支气管的时间越长，对人体的危害也就越大。其中0 1 一o 5 微米的微粒对人体的 危害最大，它可以很容易地被吸入肺部，并在肺里滑动，造成肺组织的摩擦损伤。 此外，微粒碳核上吸附的其它有毒物质被吸入人体，也会对人体造成损害。 1 1 3 大气环境的污染发展历史 从工业发达国家历史看，大气环境的污染发展大致经过了三个阶段。 ( 1 ) 第一阶段 从十八世纪末到十九世纪初，大气污染随着工业的发展而发展，大气污染的 第一章绪 论 3 主要来源是由于大量燃煤而引起的，大气中的主要污染物是烟尘和二氧化硫，这 就是所谓的“煤烟型”污染，这一阶段以著名的“伦敦烟雾事件”为代表。 ( 2 ) 第二阶段 从二十世纪四十年代至二十世纪六十年代，随着石油及石油产品的丌发使用 的迅速增加，石油逐渐取代煤炭而成为主要能源，汽车数量剧增，由此带来对7 i 油产品的消耗需求也不断增加，从而使得大气中的颗粒物、硫氧化物、氮氧化物、 一氧化碳及碳氢化合物等有害物质含量大增，大气污染已由“煤烟型”污染逐渐 转化为“石油型”污染，这一阶段以著名的“洛杉矶光化学烟雾”事件为代表。 ( 3 ) 第三阶段 从二十世纪七十年代至今，大气污染引起了各国政府的高度重视，各种主要 以降低汽车发动机有害物排放为主要目的的新技术不断涌现应用，排放限制法规 同益严格，环境保护的概念深入人心，大气质量得到了明显的改善。 1 1 4 汽车排放对空气污染的分担率 已有的研究结果表明，即使是在汽车排放控制严格、技术水平先进的发达国 家，汽车尾气也仍然是大气污染物的一个重要来源。以美国为例，在美国主要的 三种大气污染物的排放量中，一氧化碳的8 4 、氮氧化物的4 2 、碳氢化合物的 7 0 来源于汽车的排放：在欧洲，一氧化碳的7 6 、碳氢化合物的3 6 手w 氮氧化物 的5 1 来源于汽车的排放。对国内一些大城市大气污染状况的调查研究结果也得 到了几乎相同的结论”h ”1 。以北京市为例，2 0 0 0 年底机动车保有量达到1 5 0 7 万辆( 不含军车) ，每年机动车排向大气的有害物质就可高达1 9 5 j 吨，若计算 军车，则排向大气的有害物质更多。北京市1 9 9 7 年就有大约6 7 c 0 ( 一氧化碳) 和4 i n o x ( 氮氧化合物) ，7 2 h c ( 碳氢化合物) 排放来源于汽车。2 0 0 0 年，北 京大约8 3 的c o ( 一氧化碳) 和4 3 的n o x ( 氮氧化合物) 来自机动车排放。由于 机动车污染是低空排放，c 0 和n o x 对环境质量的影响分别达到7 3 和8 4 。如果 考虑汽车排放的h c ( 烃类，包括有机挥发物v o c ) 的污染，则对大气环境质量的 影响程度更大。 1 2 标准测试循环 几乎所有的工业发达国家都制定了完善的排放法规，法规中规定了汽车排气 污染物排放量的限值，以此来限制汽车的排气污染。由于各国的政治、经济和技 术发展水平的不同，采用的排放标准也不今相同，目前，世界上实行的排放标准 主要有美国、欧洲和日本三大体系。 笙二童丝笙二 通常，汽车排放试验是在专门的试验室进行的，在一定的环境条件下，各种 车辆或发动机在转鼓试验台上根据事先给定的行驶模式，来模拟实际道路具体的 行驶状况。在试验中，汽车必须经历一系列的怠速、匀速、加速和减速，同时通 过定容取样系统( c v s ) 测定各种排放物的质量。测得的排气污染物排放量，就是 该车辆或发动机的污染物排放指标。各种车辆的排气污染物排放性能，只有在这 种基本统一的条件下测得，才有可比性。测试循环越接近车辆在道路上的实际运 行状况，测试的结果就越具有真实性和可比性。但由于各国的具体情况不同，因 而各个体系的标准测试循环也就不相同。确定一个能够真实地反映本困汽4 三 r 驶 状况的测试循环，就具有十分重要的意义， 确定一个标准测试循环对于现在乃至将来的汽车发动机的设计有着臣人的 影响，这是很容易理解的，因为它直接关系着生产厂家的汽车产品能否满足排放 法规的要求，从而可以进入市场。下面，我们分别回顾一下上述三种体系中轻型 车测试循环的发展历史和主要技术特征。从某种意义上说，这些排放测试循环从 一个方面反映了世界主要汽车生产和使用地区的汽车行驶状况。 有一点需要说明，虽然各个国家的测试循环具有一些共同的特征，但由于很 多方面的不同，各个测试循环下的汽车排放测试结果没有严格的可比性，也很难 将某- - i ! , 1 试循环下的测试结果转换为其他测试循环下的测试结果。 1 2 1 美国的标准测试循环”7 “”1 一、1 1 工况测试循环和7 工况测试循环 对于汽车排放控制的研究工作始于2 0 世纪5 0 年代中期。其主要i t 的是研究 洛杉矶市区内的汽车排放与光化学烟雾的产生之间的关系。美国汽车制造商协会 a m a ( t h ea u t o m o b i l em a n u f a c t u r e r sa s s o c i a t i o n ) 组织了这次调查。通过对汽车 在洛杉矶市内一些具有典型特征的道路上行驶情况的统计，他们制定了一个包含 1 1 个工况的测试循环，用以代 表汽车在洛杉矶市市区行驶时 的真实情况。这一测试循环被 。 用于评估产品样车的c o 和h c ： 排放值。1 9 5 9 年，美国加利福； 尼亚州公众健康局i “ ( c a lif o r n i a ，sd e p a r t m e n to f ”2 0 p u b l i ch e a l t h ) 进行了一项关 ” 于汽车尾气排放测试系统的研 。 究工作，他们也采用了上述的 j ii 。 l 。 u 。 。 。、。， 3 06 09 0 tj m e se c 图1 - i 美国7 工况测试循环 第一章绪论 i i 工况测试循环。1 9 6 4 年，加利福尼亚州机动车污染控制局( c a l i f o r n i a sm o t o r v e h i c l ep o l l u t i o nc o n t r o lb o a r d ) 对l l 工况测试循环进行了修订，得到了一个 7 工况测试循环( 如图卜l 所示) 。加利福尼亚州对于1 9 6 6 年产汽车排放的检测就 采用了这一测试循环。对于一次完整的实验，该循环要进行七次，前四次称为暖 机循环，后三次称为热循环。其中第五次不做测试。第一次实验循环规定，从冷 态开始实验。实验采用直接取样法连续测量。可以看出，这一测试循环是由一些 包括怠速、匀加速、匀速和匀减速的“直线”所组成的，与现行的欧洲及i 二| 奉测 试循环不同，它基本上是一个人工拼凑的测试循环，而不完全是一个对实际道路 行驶状况的真实模拟的循环。 二、l a 一4 测试循环 很显然，上述的测试循环的一个最主要的缺陷，就是其缺乏对加速及减速过 渡过程的描述。显然，建立一个基于实际汽车道路行驶状况的循环就显得尤为霞 要。这直接导致了人们对汽车实际行驶特征的研究。这其中最主要的工作就是虫u 何将大量的实验数据合成为一个既可以满足实验室测试的要求，同时又仍然保留 了汽车实际行驶的基本特征，特别是怠速、加速、匀速和减速这四种行驶模式所 占比例这一最基本特征的反映上。但由于当时的测试手段和测试仪器的限制，获 得这样一个测试循环并不是件容易的事。在加州研究者坚持不懈的努力之下，一 个新的总长约1 2 英里的测试循环终于诞生了，这就是著名的l a 一4 测试循环，如 图1 2 所示，这一测试循环可以称之为现代美国联邦测试工况的鼻祖。 z 5 m 。n l f 图卜2 美国加利福尼亚州l 一4 测试行程 三、u d d s ( f t p 一7 2 ) 测试循环 在同一时期，美国联邦政府也开展了这方面的研究工作。7 工况测试循环被 作为最早的联邦测试循环用于检测1 9 6 8 年生产汽车的排放。与此同时，h e w 的研 究人员参与了对l a 一4 循环的改进研究。他们在c i n c i n n a t i 和y p s i i a n t i 进行了 第章绪论 6 与在洛杉矶市类似的研究，最终形成了美国环境保护署( e n v i r o n m e n tp r o t e c t j o e a g e n c y ，简称e p a ) 的城市汽车底盘测功器测试循环，即u r b a nd y n a m o m e t e r d r i v i n gs c h e d u l e ，简称u d d s ，这一测试循环成为1 9 7 2 年实行的联邦测试循环， 即f t p 一7 2 。这标志着汽车排放的测试循环由实际道路行驶的工况测量转向动态底 盘测功器循环工况的测量。 而在当时的技术条件下，这种转变的确是一件相当困难的事情。因为测试循 环必须真实地反映出实际道路行驶的一些细微的特征。最初，研究者将汽车行驶 的工况按照行驶速度和汽车排量划分为1 9 种，他们试图将这些工况按照时削k 魉 进行简单的加权来形成一个真实的测试循环。但这一工作在当时受到了客观条件 的限制。没有一种恰当的设备可以将一辆汽车长期行驶的全过程记录下来。曾经 有研究者试图将纸带记录仪器安装于被测试汽车的第五只轮子上，但却在如何处 理所记录的数据上遇到了很大的困难。这一工作因为测试设备的限制停滞了相当 长的时间，直到二十世纪六十年代末期，当测试技术和数据处理技术的发展使得 记录与处理汽车行驶的速度一时间关系成为一件比较容易的事情的时候，这方面的 研究工作才取得了突飞猛进的发展。 尽管如此，确定一个理想的测试循环仍面临着许多困难的选择。有两个基本 原则首先需要确定。 一是测试循环的时间问题。正如前面所说，一个理想的、不带有任何个体特 征的测试循环应能反映出实际驾驶中的细节特征，然而人工合成的循环却又不可 避免地会使某些实际行驶特征丧失。测试时间过长或过短，不能够同时满足上述 两个条件，因此从实质上说，这是一个时问的折衷问题，选择一个恰当长度的时 间是十分重要的。 二是测试车辆的选择问题。从理论上说，必须保证道路工况仅仅是受实际道 路的交通情况限制，而不能受车辆情况的限制，否则，确定车辆行驶的工况就成 为一件十分困难的事情。 基于上述原则，在最终确定u d d s 测试循环时，e p a 的研究人员保留了许多 l 一4 工况的特征，同时，他们去掉了一些l a 一4 工况中的重复部分，将循环的实 际行驶距离由1 2 英里减少7 5 英里，这与洛杉矶市车辆平均行驶一次的距离相吻 合，其平均速度大约为2 0 英里4 , 时。 这一测试循环与冷起动定容采样方法( c v s c ) 相结合，被作为联邦政府对 1 9 7 2 1 9 7 4 年生产汽车排放的测试循环，开始阶段，只是用它来限制h c 、c o 的排 放，到1 9 7 3 年，又增加了对n o ；排放的限制。这一测试循环的基本特征参数如下 表所示。 第一章绪论 表1 - 1u d d s 测试循环的主要特征参数 总行驶里程 7 5 ( m i l e )总行驶时间2 2 6 7 ( m i n ) 平均行驶速度1 9 7 ( m p h )最大行驶速度5 6 7 ( m p h ) 最大加速度4 8 4 ( f o o t s e c 2 )停车次数2 3 ( 次m i l e ) 怠速比例 1 7 8 加速比例 3 96 【减速比例 3 4 6 匀速比例79 四、f t p 一7 5 测试循环 在洛杉矶市及美国其他一些大城市进行的进一步深入的研究真接导致了在 f t p 一7 2 的基础上f t p 一7 5 的诞生。研究者认为u d d s 测试循环过于强调怠速的权莺， 并且测试循环中汽车的行驶速度偏低，因此，f t p7 2 测试循环l 卜j 的c v 5 一c 就彼改 进为f t p 一7 5 的c v s c h 。f t p 一7 5 测试循环的基本特征参数如下表所示。 表1 2f t p 一7 5 测试循环的主要特征参数 总行驶里程】1 0 9 ( m i l e )总行驶时间3 1 3 ( m in ) 平均行驶速度2 1 2 ( m p h )最大行驶速度5 67 ( s p h ) 最大加速度4 8 4 ( f o o t s e c 2 )停车次数 2 0 ( 次mj 】e ) 怠速比例1 8 1 加速比例 3 9 3 减速比例 3 49 匀速比例7 7 事实上，v t p 一7 5 对于f t p 一7 2 的最大的一个改进是在原先冷起动的基础，j j 增 加了热起动的工况。这是十分必要的，在洛杉矶市内行驶的一辆汽车，平均每天 大约要起动4 7 次，其中只有一次是汽车经过整夜放置后的纯粹的冷起动，其 他各次均为热起动或介于冷热之间的起动状态。测试循环中仅仅包含冷起动工况 是不能完全反映汽车排放特征的。 一6 0 5 0 看4 0 盍3 0 硝2 0 1 0 0 图卜3 美国e p a 的f t p 一7 5 测试循环 墨二兰些笙一二生 对于如何正确地反映冷热起动时的排放对总排放的贡献上，人们的认识也有 一个逐渐完善的过程。最初，只是简单地将f t p 一7 2 循环运行两次，其中先做一个 冷机起动的循环，然后紧接着再作一个热机起动的循环。这样虽然比较简单易行， 却显然有其不尽合理之处。对于一辆经过充分热车的汽车来说，稳定的冷起动排 放比热车排放也差不了多少。然而要将其分割为两个完全独立的测试过程，可能 又要耗费相当长的时间，而且，将冷热起动排放的权重设为相等也是不合理的。 因此，人们最终采用了这样一个方案，即f t p 一7 5 基本上仍采用f t p7 2 的循环， 但热机循环只重复冷机循环的一部分工况，并且对冷热机起动的排放采用不同的 权重加以计算。f t p 一7 5 的具体测试过程可以简单地叙述如下。 f t p 一7 5 测试循环主要分为三部分： ( 1 ) 冷机过渡过程 该过程以冷机起动丌始，怠速暖机2 0 秒，总过程持续时问为5 0 5 秒。其最 大速度为5 6 7 m p h ，总行驶距离约为3 6 英里。其中除暖机怠速段外，另外还有4 段怠速段。汽车排出的废气被收集到一只采样气袋中。这一段事实上是足够长的 怠速暖机时间和总测试时间的一个折衷。 ( 2 ) 冷机稳定过程 该过程中汽车行驶8 6 8 秒，总行驶距离大约为3 9 英里。这一过程汽车停l 卜、 起步比较频繁，行驶速度很少超过3 0 英里，其中共有1 3 个怠速段。所排放的废 气被收集到另一只采样气袋中，并且气样的采集须在发动机停止后再持续5 秒钟。 ( 3 ) 热机过渡过程 被测汽车在环境气体中冷却l o 分钟后，汽车被重新起动，重复第一阶段的 测试过程，废气被收集到第三只采 样气袋中。表卜3f t p 一 5 测试循环各段加权系数 实际测得的排放值是由上述厂1 蘸丽雨 五赢 三个阶段的排放值加权求和得到n 百万玩矗菠西1 i 羽 的。各阶段排放值的加权系数如下r 方琴瓦菌囊f 广了i 石 表所示a 二歪至歪二二二二二二 二二j 其中，冷机过渡段和热机过渡 i ( 3 ) 热机过渡段l 0 5 7 l 段的加权系数是这样确定的：通过 对洛杉矶市车辆行驶情况的调查， 平均每辆车每天启动4 7 次。统计显示大约有2 次左右的启动特征比较符合冷机 起动的特征，另外的2 7 次比较符合热机起动的特征，由此确定了实际测试循环 中冷机过渡段和热机过渡段的加权系数。 实际测试时，f t p 一7 5 循环需运行两次。第一次做为被测车辆的试运行，第二 茎二兰竺丝上 次才是正式的排放测试过程。 应当说，f t p 一7 5 测试工况是一个经过精心测试和设计的循环，它比较真实地 反映了一辆汽车在美国城市道路行驶时的特征，因而，f t p 一7 5 工况也就成为到目 前乃至可见的将来美国城市标准测试循环。 五、 环 加拿大目前也使用f t p 一7 5 做为其标准测试循环。 高速公路标准测试循 除城市标准测试循环 f t p 一7 5 外，美国还有高速 公路标准测试循环，该循 环测试过程如图4 所示。 它主要顾及到城市之间的 交通，并应用于油耗量的 计算。另外，它还用于检 验汽车的排气净化系统在 高速公路运转状态下是否 会失效。其主要特征参数如下表。 图卜4 美国高速公路标准测试循环 表卜4 美国高速公路测试循环的主要特征参数 i 总行驶里程 3 2 8 9 ( k m )总行驶时间 7 6 5 ( s ) i 平均行驶速度 7 7 4 ( k m h )最大行驶速度 9 6 4 ( k m h ) 1 2 2 日本的标准测试循环m 9 1 最初日本的测试循环 包括两段截然不同的测试 循环：1 0 工况测试循环和 1 1 工况测试循环。其中前 者基本是一个热起动条件 下的城市测试循环，而后 者主要是一个冷起动循 环，但具有较高的行驶速 度。此外，日本还实行怠 速工况下的c 0 、h c 测试以 八 。 。， 及一个柴油机的6 工况测试循环。 图1 - 5 ( a ) 日本的1 0 工况测试循环 第一章绪论 1 0 表卜5 日本1 0 工况测试循环的主要特征参数 总行驶里程4 0 8 4 ( k i n )总运行时间 5 0 5 ( s ) 平均速度1 7 5 7 ( k h )最大行驶速度4 0 ( k m h ) 平均运行速度2 4 1 4 ( k m h )怠速比例2 7 2 1 0 工况测试循环，相当于车辆在城市中心的行驶情况。在进行1 0 工况循环 测试之前，被测试汽车需要进行热车。热车过程是这样要求的，即汽车须以不低 于4 0 k m f l l 3 的速度行驶最少】5 分钟。连续重复如图l - 5 ( a ) 所示的测试过程六次。 排放值是用g k m 表示的，按照不同车辆的质量规定不同的排放限制值。1 0 工况 的基本特征参数如表l 一5 所示。测试过程中汽车排放的废气均采川c v s 法取样。 从图中可以看出，l o 工况测试循环是一个时间相当紧凑的、速度较低的测试 循环。且其平均速度不超过2 5 k m h 。与f t p 一7 5 测试循环不同，它并不时刻意地 模拟任何特定的道路特征，而是通过一辆汽车行驶于一个典型的、紧凑的瞬态测 试过程来评价其排放特性的。 1 1 工况测试循环是一 个冷起动状态下的测试循 环，其速度时间曲线如图 所示。它模拟了车辆由郊 外驶入城区或在郊外行驶 的情况。由于这是一个冷 态循环，因而在实际测试 之前，被测汽车需要在 2 0 一3 0 摄氏度的环境下至 少放置6 个小时。经过2 5 秒钟的怠速运行之后，重 。一一。 八八 。 ， 6 09 0 t j m e s e c 图卜5 ( b ) 日本的1 1 工况测试循环 复四次如图所示的_ ；贝| l 试过程。其中只要求第一次测试循环中运行2 6 秒的怠速工 况，其余各次不做怠速运行。这测试过程的排放值是用( g 实验) 来表示的。同 10 工况测试循环一样，对车辆排放的限制值是按照汽车的不同质量来分类的。测 试过程中汽车排放的废气也采用c v s 法取样。 表卜6 日本1 0 1 5 工况测试循环的主要特征参数 总行驶里程4 1 6 ( k m )总行驶时间 6 6 0 ( s ) i 平均速度2 2 7 ( k m h )最大行驶速度 7 0 ( k m h ) l l 平均运行速度3 3 1 ( k m h ) 怠速比例3 l7 1 目前日本已经用1 0 1 5 工况测试循环取代了1 0 工况测试循环做为测试标准。 第一章绪论 1 1 它的测试过程是这样的：首先汽车在6 0 k m h 的速度运行1 5 分钟，怠速一分钟后， 接着以6 0 k m h 的速度运行5 分钟，然后运行一个1 5 工况循环。此时开始测试， 汽车运行一个由三段1 03 j a 和一段1 5 工况组成的测试循环。这个循环被称为 l o 1 5 工况测试循环，如图所示，其基本特征参数如表1 6 所示。 由于日本的汽车测试循环与美国的汽车测试循环有着本质的差别，因此，很 难将两国的排放限制的具体数值进行类比。但是，从实际情况来看，一辆满足加 利福尼亚州排放标准的汽车可以通过现行的日本排放法规的限制。l l 工况测试循 环较之f t p 一7 5 中的冷机过渡段也更为宽松一些，并且( g t e s t ) 的计算方法也减低 了冷起动时的c o 、h c 排放压力。 图卜6 日本的1 0 1 5 工况测试循环 1 2 3 欧洲的标准测试循环 j 、 趟 煳 l 八，r j ：。几八j i f 、n 几厂、 r 、| i 、。n 八厂、 时i 萄is 图1 - 7 欧盟的e c e 一1 5 测试工况 欧洲的标准测试循环，简称e c e - 1 5 ，是由欧盟制订的。由于欧洲国家一般版 柏 m 0 第一章绪 论 1 2 图比较小，并且各国之间经济、交通联系密切，因而欧盟各国都执行相同的排放 标准川8 ”“。 欧洲联盟从1 9 7 0 年起开始限制汽车的排放。早期的欧洲汽车排放法规规定 的测试循环，主要是针对城市内行驶的汽车制订的，它主要反映了汽车在欧洲城 市内行驶的特征。被测车辆须在2 0 - 3 0 摄氏度的环境下放置6 个小时，然后按图 所示的循环过程重复4 次。采样是在4 0 秒种的暖机后开始的。 从1 9 9 2 年起，在欧盟各国法规里规定的标准测试循环的后面又加上了汽车 在郊外公路上的行驶状况e u d c ( e x t r au r b a nd r i v i n gc y c l e ) ，测试过程如图所示。 e c e 1 5 标准测试循环的主要特征参数如下表所示。 表卜7 欧盟e c e - 15 工况测试循环的主要特征参数 总行驶时间 1 2 2 0 ( s ) 总行驶里程 1 10 0 7 ( k m ) 总行驶里程1 0 6 4 6 ( k i n ) 平均速度 3 3 6 ( 4 4 0 ) ( k m h )平均速度3 2 5 ( 4 2 6 ) ( k m h ) 最大行驶速度1 2 0 ( k m h )最大行驶速度9 0 ( k m h ) 与美国城市标准测试循环相比，欧洲标准测试循环比较简单，平均车速较低， 但新增加的e u d c 部分的车速大于f t p 一7 5 中的最大车速。 从2 0 0 0 年开始，原来欧洲测试循环中的4 0 秒暖机时间将被取消，冷起动刚 开始时的污染物也将包含在测试中，从而使得循环测试的条件变得更为严格。 1 2 4 其他国家的测试循环 一般来说，许多国家和地区的轻型车排放标准直接采用上述三个标准测试循 环中的一个。但事实上，由于各个国家城市道路的状况，汽车的生产水平、汽车 的保养水平及驾驶员的习惯等的不同，一辆汽车在当地的行驶状况可能会与在美 国、欧洲和日本的行驶状况有很大差别，采用别国的测试循环可能不能够真实地 反映本国的汽车道路行驶特征，从而不能准确地制订控制汽车排放的法规。因此， 世界上许多国家都开展了对本国汽车道路行驶特征和汽车排放测试循环的研究。 下图是由香港理工大学的研究人员得到的描述香港地区汽车道路行驶特征 的测试循环。其主要特征参数如表所示。”o “。 第一章绪论 。1 3 ? _ c - 芒 、 g 百 图卜8 中国香港地区机动车道路行驶测试循环 这- n 试循环比较真实地反映出香港市区交通的拥挤情况。 表1 柏香港测试循环的主要特征参数 总行驶时间1 4 8 8 ( s )最大行驶速度王l，。oo。o。kxoa。 图卜13 日本排放法规的不断严格”1 踊圆聪圆圆圆凰 柏 如 0 |彗采4 苎二兰堑笙 二! 生 - _ - - _ - _ _ _ _ _ _ - - - _ _ - - - _ _ _ _ _ l - _ - _ _ 一一 汽车排放法规是汽车尾气排放控制技术不断进步的源动力，汽车排放法规的 不断严格使世界各国的汽车生产厂家和研究部门投入了极大的物力财力，以降低 汽车的排放水平，而由此带来的降低排放的新技术的不断涌现使得现代汽车的排 放比过去有了令人吃惊的降低，2 0 0 0 年，大约3 2 辆汽车的有害气体排放总量只 相当于1 9 7 0 年一辆汽车的排放量。汽车的排放控制问题在世界范围内被提高到一 个空前的高度加以认识，出现了绿色汽车，环保汽车等新概念的汽车，汽车排放 水平和汽车排放的新技术已经成为汽车生产企业占领市场、击败竞争对手的一个 最有利的武器。一些大的汽车生产企业如日本丰田汽车公司等甚至提出了“征服 环境的企业才能征服世界”的口号，美国甚至提出了“汽车星球大战计划”。尢 可以预见的将来，新技术还将不断的出现和完善以进一步降低道路交通的废气排 放量。例如，根据德国大众汽车公司的预测，德国未来l o 年内氮氧化物、一氧化 碳、碳氢化合物和微粒的总排放量将在1 9 9 4 年的基础上进一步分别降低8 3 、8 2 、 9 3 和4 4 ，如图所示啡1 。 k =7 n o x 氮辍化物 广 7 i ， 8 3 而l 而励 1 9 9 41 9 9 82 0 0 2 2 0 0 62 0 1 0 = 7 i 7 p a r t i c u i a t e s 颗粒 刁 4 4 ， n添陡 _ 广 t 9 9 41 0 9 82 0 0 2 2 0 0 62 0 1 0 图卜1 4 德国未来十年汽车排放的降低趋势 1 3 2 现行的轻型汽车排放法规的限制值 一、美国联邦排放法规的限制值 下表是美国联邦4 9 个州1 9 9 4 年开始实行的美国轻型车排放标准，这一标准 要求制造厂商对汽车运行l o 万英里以内的排气污染物排放都有保证。新的排放法 规中对氮氧化物和微粒的限制更加严格。 表i - 11 美国轻型汽车排放标准的排放限制( 汽油车) 【排放物质 5 0 0 0 0m i l e 以内1 0 0 0 0 0r n i l e 以内 i c o3 4 0 ( g m i l e )4 2 0 ( g m i l e ) 第一章绪论 。1 7 。 2 1 1 ( g k m ) 2 6 1 ( g k m ) n o x0 4 0 ( g m i l e )0 6 0 ( g m i l e ) 0 2 5 ( g k m )0 3 7 ( g k m ) n m h c *0 2 5 ( g m i l e ) 0 3 l ( g m i l e ) 0 1 6 ( g k m )0 1 9 ( g k m ) 无甲烷碳氢化合物 从】9 9 4 年开始执行的美国轻型车排放标准还要求限制冷起动的c o 排放，具 体规定是：当f t p - 7 5 循环从一6 7 c 起动时，c o 排放不超过6 2 2 9 k m 。2 0 0 0 年以 后这一标准将加严到2 11 9 k m 。 二、美国加利福尼亚