两用燃料车微观排放特性的比较研究*

陈 凡 许文靖

（江门职业技术学院 广东 江门 529000）

引言

随着人民生活水平的提高，机动车排放对环境的影响越来越受到重视。基于成本的考虑，两用燃料车广泛应用于城市出租车。出租车行驶时主要采用CNG作为汽油的替代燃料，具有CO2和PM排放低的特点。有研究表明，CNG燃烧时产生的CO2排放虽低于汽油、柴油，NOx和HC排放却有明显增加[1]。因此，应重视此类机动车在实际行驶过程中尾气排放情况。为了评价车辆实际行驶过程中的排放情况，必须测量分析车辆在实际道路上的微观排放特性[2]。道路上车辆的尾气排放不仅由车辆的发动机技术和排放控制技术等自身条件所决定，还受到道路状况和行驶状态等外部因素影响。为此本文研究了两用燃料车在使用不同燃料情况下的微观排放特性，并进行了对比分析，为准确评价其排放性能提供了依据。

1 车载排放试验的设计

1.1 车载排放测试平台

本文研究所使用的车载排放测试平台主要包括尾气收集系统、便携式排放测量仪、车辆运行状况测量系统和GPS定位仪4大部分，可实时测量城市道路上车辆的运行及排放状况[3]。排放分析仪可实时测量车辆尾气中CO、HC、NOx的排放量，发动机状态检测仪通过OBD连接到发动机上实时采集发动机转速、发动机温度及进气压力等状态参数；车辆行驶速度通过GPS采集；3组数据输入计算机后，由排放分析软件实时分析显示和保存。

1.2 试验方案

道路车辆排放试验须考虑具体影响因素，例如车辆、驾驶员、路线、时间等。CNG燃料目前主要为出租车采用，因此选取城区出租车的代表车型为捷达两用燃料车，路线选择为城市道路出租车的主要行驶路线，时间选择为中午和下午，路线长度约10 km，在同一路段对CNG和汽油燃料进行对比测试。

2 微观排放特性的比较分析

在实际的城市道路行驶中，由于道路情况复杂，车辆经常处于加减速状态。为了准确预测市区道路的排放，需要根据不同工况进行排放特性的对比分析。这其中主要有基于速度的巡航工况排放率特性和基于加速度的加减速工况排放率特性[4-5]。

2.1 基于速度的巡航排放特性比较

当车速较高时，发动机功率增大，缸内燃烧速度加快，排放相应增加，车辆行驶过程中车辆污染物的排放率与车辆速度变化密切相关。为此，根据排放采集数据分别建立了NOx、HC、CO的排放率与车辆速度变化的关系曲线，获取NOx、HC和CO排放率与车速的变化曲线图，如图1、图2、图3所示。

图2 基于速度变化的HC排放率变化曲线

图3 基于速度变化的NOx排放率变化曲线

如图1所示，随着速度的增加，CO的排放呈现增加的趋势，排放集中在较低水平。汽油车的CO排放较为分散，且随车速呈现一定的波动，CNG车的排放相对稳定在较低水平。主要原因是汽油的碳含量高于CNG。

如图2所示，随着速度的增加，CNG和汽油的HC的排放均呈下降的趋势，两者的下降曲线基本相同，CNG的HC排放随车速下降更为明显。主要原因是随着车速和发动机转速上升，燃烧更加充分，HC排放降低。

如图3所示，随着速度的增加，NOx的排放呈现上升趋势，排放集中在较高水平。主要原因是车速和发动机转速增高使缸内温度升高，长时间高温富氧的环境有利于NOx的生成。高速行驶时，汽油车的NOx排放显著高于CNG车，且上升趋势明显，而低速行驶时，CNG车的NOx排放高于汽油车。

根据以上排放率变化曲线的对比分析，可知CNG车的排放变化规律与汽油车基本相同，又由于CNG成分中的碳含量较低，燃烧时间较长，CNG车的CO和HC排放低于汽油车，而NOx排放则高于汽油。车辆实际行驶过程的发动机工作受多种不同因素的影响，如发动机转速和加速度等参数，因此基于速度的单因素车辆排放特性并不能完整准确反映2种燃料的排放特性。

2.2 基于加速度的加减速排放特性

车辆在加速和减速瞬间，喷油量和进气量的突然变化，导致燃烧情况会迅速变化，排放也随之迅速变化，因此有必要以加速度作为车辆排放特性的变量，建立NOx、HC和CO的排放率与车辆加速度的变化关系特性，获取NOx、HC和CO排放率与加速度的变化曲线图，如图4、图5、图6所示。通过对采集到排放数据的初步分析，车辆绝大部分加减速集中于[-2 m/s，2 m/s]之间，为此，选取[-2 m/s，2 m/s]作为排放特性的分析区间。

图4 基于加速度的CO排放率变化曲线

图5 基于加速度的HC排放率变化曲线

图6 基于加速度的NOx排放率变化曲线

如图4所示，CO的排放均集中在较低水平，随着加速度的增加，CO的排放呈现增加的趋势。CNG车的CO排放随加速度的增长更为明显。但在减速、巡航，平稳加速3种工况下，汽油车的CO排放显著高于CNG车。

如图5所示，2种燃料的HC排放呈现随加速度相反的变化趋势，且排放分布较为分散。在平稳行驶工况下，汽油车的排放高于CNG，急加速和急减速工况下，CNG的HC排放升高。

如图6所示，随着加速度的增加，NOx的排放均呈现明显上升的趋势，但排放值较为分散。在平稳行驶工况下，NOx的排放基本保持稳定，但在急加速和急减速工况下，NOx的排放出现明显上升或下降。

3 结论

通过对两用燃料车在典型道路下的排放进行监测，结果表明，各行驶工况下的2种燃料产生的排放率具有一定规律性，无论使用CNG还是汽油，速度、加速度对车辆排放的变化都有明显的影响，且变化规律也相似。车速上升，HC排放下降，CO排放率上升，NOx排放率显著上升。急加速工况下NOx排放率最大，平稳行驶工况下排放率保持稳定。在20至40 km/h这一车速范围内，CNG燃料的CO排放率低于汽油车，HC、NOx排放率高于汽油车。