吳雪梅

(四川省機動車排污監(jiān)控中心，成都 610091)

1 前言

機動車尾氣排放是大氣環(huán)境的主要污染源之一。其排放的有害污染物不但破壞自然界的生態(tài)環(huán)境，而且嚴重的危害著人類的健康，增加人體的發(fā)病率和死亡率［1～3］。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，大氣中38.5%的一氧化碳 (CO)、21.7%的碳氫化合物(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)來源于汽車尾氣［4］。近年來，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車的生產(chǎn)量和保有量急劇增加，由汽車尾氣所造成的環(huán)境污染問題日益突出，加強對汽車尾氣排放控制、減少汽車尾氣對環(huán)境污染的貢獻度已成為當今的重要課題之一［5］。

汽車尾氣排放控制主要包括新生產(chǎn)車輛和在用車輛兩方面。在新生產(chǎn)車輛排放控制方面，世界各國均制訂了較為嚴格的排放法規(guī)，加強新生產(chǎn)車輛排氣污染物的控制。在我國，預(yù)計于2018年在全國范圍內(nèi)將實施輕型汽車國五標準，進一步加強對新生產(chǎn)車輛排氣污染物的監(jiān)管力度。有關(guān)在用車輛，歐美等發(fā)達國家均已制訂了較為完善的法規(guī)和制度控制在用車的污染物排放。然而，在我國有關(guān)法規(guī)和制度尚存不足，排放限值相對也較為寬泛。在GB18285-2005《點燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法 (雙怠速法及簡易工況法)》標準中，僅明確規(guī)定了雙怠速法的CO和HC排放限值，而對簡易工況法排放限值并未規(guī)定。在環(huán)境保護行業(yè)標準HJ/T240-2005《確定點燃式發(fā)動機在用汽車簡易工況法排氣污染物排放限值的基本原則和方法》也僅是提供了推薦限值，缺少強制性的約束力。并且，對于在用車而言，隨著車輛使用年限和行駛里程的增加，車輛的劣化程度逐漸惡化，排放水平也隨之降低，對大氣環(huán)境的污染貢獻度將逐步上升［6，7］。因此，針對在用車輛尾氣排放污染開展相關(guān)研究工作、探索降低在用車輛排氣污染物的有效控制措施將對大氣環(huán)境的治理工作具有重大意義。

為了深入了解四川省在用車輛的排放特征，探索有效控制措施減少機動車尾氣排放對環(huán)境的污染，改善四川省大氣環(huán)境質(zhì)量。本文針對四川省在用車輛排氣污染情況開展了調(diào)查研究，并探討了控制在用車輛尾氣排放污染的檢測方法，同時還依據(jù)簡易瞬態(tài)工況法對在用車輛排氣污染物進行了削減預(yù)測。

2 四川省在用車輛尾氣污染狀況

隨著四川省經(jīng)濟的快速發(fā)展，機動車保有量逐年增加，由機動車所帶來的環(huán)境污染問題也日益嚴重。2012年四川省機動車排放的4種主要污染物總計為154.68萬噸，比2011年增加了2.04%，各類機動車尾氣污染物排放情況如下圖所示。由圖可見，四川省機動車排放的一氧化碳 (CO)總量為117.97萬噸。其中，汽車排放 84.11萬噸，占71.3%;低速載貨汽車排放0.12萬噸，占0.1%;摩托車排放33.74萬噸，占28.6%。四川省機動車排放的碳氫化合物 (HC)總量為14.14萬噸。其中，汽車排放9.7萬噸，占68.6%;低速載貨汽車排放0.08萬噸，占0.6%;摩托車排放4.36萬噸，占30.8%。四川省機動車排放的氮氧化物(NOx)總量為21萬噸。其中，汽車排放20萬噸，占95.3%;低速載貨汽車排放 0.24萬噸，占1.1%;摩托車排放0.76萬噸，占3.6%。四川省機動車排放的顆粒物 (PM)總量為1.57萬噸。其中，汽車排放1.56萬噸，占99.2%;低速載貨汽車排放0.01萬噸，占0.8%。

通過以上分析可知，汽車排放的一氧化碳(CO)和碳氫化合物 (HC)均已高于四川省機動車污染物排放的68%，氮氧化物 (NOx)和總顆粒物 (PM)均已高于四川省機動車污染物排放的95%。因此，選擇合理的檢測方法對在用車排氣污染物進行嚴格控制將是減少四川省機動車污染物排放以及改善四川省大氣環(huán)境質(zhì)量的重要措施。

圖 2012年四川省各類機動車污染物排放Fig.Emission from all sorts of motor vehicles of Sichuan Province in 2012

3 在用車尾氣排放檢測方法的選擇

目前，在用車尾氣排放檢測方法主要有雙怠速法和簡易瞬態(tài)工況法。雙怠速法是世界各國在用車排氣檢測應(yīng)用較為廣泛的方法之一，它是指采用尾氣分析儀直接測量在用車輛怠速和高怠速運轉(zhuǎn)條件下CO和CH的排放濃度。該方法操作簡便、儀器設(shè)備成本低、易于維護，但也存在一系列的問題。

(1)只能檢測怠速狀態(tài)下空負荷時在用車輛的排放情況，不能真實反映車輛實際運行過程中的污染物排放情況。易于造成人為的對發(fā)動機怠速進行調(diào)整以通過排放檢測，使在用車輛對大氣環(huán)境造成更加嚴重的危害。

(2)發(fā)動機在空負荷下運轉(zhuǎn)時，NOx生成量很小，不能真實的反映車輛在實際道路運行過程中的NOx排放情況，缺少對NOx排放污染物的控制。

(3)催化轉(zhuǎn)化器在經(jīng)過老化后，在排氣流量較小時 (如怠速)會表現(xiàn)出較高的轉(zhuǎn)化效率，因此，僅在怠速條件下進行排氣檢測會掩蓋發(fā)動機在高速或高負荷條件下運轉(zhuǎn)時催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化效率降低的問題。

因此，采用雙怠速法對在用車輛進行排放檢測不能真實、可靠、準確地反映出車輛實際運行過程中的排放情況，會加重在用車輛對大氣環(huán)境的污染，特別是在一些污染較為嚴重的大中城市和地區(qū)。而簡易瞬態(tài)工況法可以采用簡化程序模擬車輛的實際運行狀態(tài)，克服雙怠速法的不足與弊端。

簡易瞬態(tài)工況法是由美國sensors公司開發(fā)的，由于采用汽車總量分析系統(tǒng) (vehicle mass analysis system)進行車輛尾氣排放的檢測，也被稱為VMAS測試方法。它采用與瞬態(tài)工況法 (IM240)相同的測試循環(huán)，使用與穩(wěn)態(tài)工況法 (ASM)相同的測試設(shè)備和廢氣分析儀，并采用氣體流量計測量車輛運行工況的排氣流量，并通過積分手段得出車輛的排放因子 (g/km)。簡易瞬態(tài)工況法吸取了瞬態(tài)工況法 (IM240)和穩(wěn)態(tài)工況法 (ASM)的優(yōu)點，具有較高的精度和一致性。為了評估簡易瞬態(tài)工況法的精確度，美國相關(guān)研究機構(gòu)對簡易瞬態(tài)工況法與目前檢測精度最高的IM240檢測方法進行了對比試驗，其結(jié)果如表1所示［8］。由表1可見，簡易瞬態(tài)工況法與IM240檢測方法之間具有較好的相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù) (R2)分別達到了由此可見簡易瞬態(tài)工況法具有較高的檢測精度，能夠滿足對在用車尾氣排放的精確精測，反映在用車輛實際運行過程中的污染物排放水平。

表1 VMAS與IM240方法測試精度對比Tab.1 Comparison of test precision between VMAS and IM240 method

此外，簡易瞬態(tài)工況法還具有如下優(yōu)點:(1)簡易瞬態(tài)工況法測試循環(huán)包括了車輛的加速、減速、等速和怠速等不同工況下的運行情況，接近車輛的實際運行狀況，對車輛實際的尾氣排放情況反映的更加真實，能夠有效地起到對車輛排放情況監(jiān)控的作用。(2)簡易瞬態(tài)工況法采用的儀器設(shè)備與穩(wěn)態(tài)工況法 (ASM)相同，成本與維護費用都相對較低，操作也較為簡單。(3)簡易瞬態(tài)工況法與新車型式認證測試循環(huán)具有較高相關(guān)性，還能夠獲得CO、HC和NOx等污染物的排放因子(g/km)，有助于進一步對城市機動車尾氣排放總量計算和排放削減預(yù)測。因此，簡易瞬態(tài)工況法是一種非常有效的城市機動車尾氣排放控制手段，有利于大氣環(huán)境污染治理和監(jiān)管工作。目前，北京市、上海市、浙江省、遼寧省、山東省、廣東省、福建省和江西省等省市均已率先采用簡易瞬態(tài)工況法對在用車尾氣排放進行了控制。

4 四川省在用車尾氣排放預(yù)測分析

為了闡明采用簡易瞬態(tài)工況法對四川省在用車輛污染物排放的影響情況，筆者依據(jù)簡易瞬態(tài)工況法對四川省2000年7月1日起生產(chǎn)的第一類輕型汽車和2001年10月1日起生產(chǎn)的第二類輕型汽車進行了抽樣調(diào)查，抽樣車輛信息如表2所示。同時，根據(jù)簡易瞬態(tài)工況法獲得的在用車排放數(shù)據(jù)以及簡易瞬態(tài)工況法排放標準限值，通過計算得到了合格車輛和不合格車輛的平均排放因子 (A和B)，如表3和表4所示。

表2 抽樣車輛信息表Tab.2 The information of sampling vehicles

表3 合格車輛平均排放因子ATab.3 Average emission factor A of qualified vehicle

表4 不合格車輛平均排放因子BTab.4 Average emission factor B of unqualified vehicle

在獲得上述數(shù)據(jù)之后，便可通過數(shù)學(xué)計算的方式對四川省在用車輛尾氣排放狀況進行預(yù)測分析，獲得采用簡易瞬態(tài)工況法以及簡易瞬態(tài)工況法排放標準之后在用車輛尾氣污染物排放的年削減率。

在用車輛尾氣污染物排放的年削減率計算方法如下:

(1)合格車輛年排放量M:

(2)不合格車量年排放量Mn:

(3)不合格車輛維修到標準限值的年排放量MK:

(4)年排放削減量Mn-K:

(5)年排放削減率η:

式中:

M—合格車輛年排放量 (噸/年);

Mn—不合格車輛年排放量 (噸/年);

MK—不合格車輛維修到本標準限值的年排放量 (噸/年);

Mn-K—年排放削減量 (噸/年);

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);

A—合格車輛平均排放因子 (克/公里);

B—不合格車輛平均排放因子 (克/公里);

K—不合格車輛維修到本標準限值的平均排放因子 (克/公里);

η—年排放削減率 (%);

λ—車輛檢測不合格率 (%)。

將抽樣檢測所獲得的A、B、K、λ等數(shù)據(jù)帶入年削減率計算公式，便可獲得四川省2000年7月1日起生產(chǎn)的第一類輕型汽車和2001年10月1日起生產(chǎn)的第二類輕型汽車尾氣污染物排放的年削減率，如表5所示。由表5可知，在采用簡易瞬態(tài)工況法以及簡易瞬態(tài)工況法排放標準后，四川省機動車尾氣排放的CO將削減28.76% ～50.48%，HC+NOx將削減1.53% ～23.24%。

表5 四川省在用車排氣污染物年削減率Tab.5 The annual reduction rate of in-use vehicle exhaust pollutants in Sichuan Province (%)

5 結(jié)論

(1)四川省機動車尾氣污染物中71.3%的CO、68.6% 的HC、95.3%的NOx和99.2%的 PM來自于汽車尾氣排放。

(2)簡易瞬態(tài)工況法具有精度高、成本低、操作方便等特點，是一種有效的機動車尾氣排放控制手段，有利于大氣環(huán)境污染治理和監(jiān)管工作。

(3)通過在用車尾氣排放預(yù)測分析可知，采用簡易瞬態(tài)工況法以及簡易瞬態(tài)工況法排放標準后可使四川省機動車排放的CO削減約28.76% ～50.48%，HC+NOx 削減約1.53% ～23.24%。

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