市区摩托车微观排放模型研究

0 引言

摩托车产业是江门市支柱产业之一，同时江门市也是广东乃至全国保有摩托车量最大的城市之一。2020年，江门市摩托车保有量142.01万辆，占机动车保有量的61.5%。伴随我们国家机动车规模的不断扩大，社会各界对尾气问题已引起高度重视，汽车尾气排放已被有效控制，然而对摩托车的排放尚不够重视，对于其研究较少。机动车微观排放模型是定量评价机动车实际道路排放特性的主要方法，本文主要研究采取道路试验方式，探究车辆行驶情况对于排放有所影响的各类因素，并且创建起相应的排放模型。

当且仅当 y=J∂φ(u)，其中 J∂φ=(I+ρ∂φ)-1是预解算子，常数ρ＞0，I是H上的恒等映射，且J∂φ是非扩张映射，即有:

1 摩托车主要排放物及生成机理

目前，城市摩托车尾气排放的所有有害成分中，CO、HC和NO

以及微粒是主要的污染物，严格排放标准和净化措施均旨在降低这几种污染物的含量；这几种排放物的生成机理如下。

1.1 一氧化碳的生成机理

CO大多是在低温环境又或是局部缺氧状况下，因为烃无法全部燃烧而形成的。如果燃气中的氧气量充足时，理论上燃料燃烧后不会存在CO。在非分层燃烧的汽油机中，可燃混合气基本上是均匀的，其CO排放量几乎完全取决于可燃混合气的空燃比α或过量空气系数φ

；在浓混合气中（φ

＜1），CO的排放量随φ

的减小而增加，这是因缺氧引起不完全燃烧所致。在稀混合气当中（φ

＞1），CO排放量相对较小。实际道路中，当发动机负荷较大、空挡运行又或是低速行驶状态时，燃料无法全部燃烧，废气中的CO浓度便会有显著的提升。

1.2 氮氧化合物的生成机理

氮氧化合物NO

是NO、NO

等氮氧化物的总称。汽油机排气中的NO

浓度与NO的浓度相比可忽略不计，NO是N

在燃烧高温下的产物。温度越高，氧浓度越高，反应时间越长，NO的生成量越多。发动机工作在稀混合气区，NO的生成主要是温度起作用；在浓混合气区主要是氧浓度起作用。所以对NO的主要控制方法就是降低最高燃烧温度。

1.3 碳氢化合物的生成机理

机动车行驶过程中污染物的排放率与车速变化密切相关，分别建立NO

、HC、CO的排放率与车辆速度变化的关系模型。选取0，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，55和

2 车载排放试验的设计

2.1 车载排放测试平台

道路机动车排放实验须考虑车辆、驾驶员、路线、时间等具体影响因素，因此选取城区上下班代步较常见车型江门某企业生产的125型踏板摩托车；路线选择为江门市区主干道建设三路至建设路；驾驶员8年摩托车驾龄；时间选择中午和下午高峰出行时段。

2.2 试验方案

本次研究所选择的测试平台主要是由尾气收集系统、便携式排放分析仪、车辆工况分析系统以及GPS等部分构成。排放分析仪用于实时测量车辆尾气CO、CO

、NO

、O

的排放量，车辆运行状况分析通过OBD转换接头连接到发动机上实时采集发动机转速、发动机温度等状态参数；车辆行驶速度通过GPS采集；三组数据输入笔记本电脑后，由排放分析软件实时分析。试验平台通过排放分析仪采集摩托车排放的体积百分比，结合OBD读取的发动机状态数据，实现对机动车尾气的瞬态质量排放率的实时获取。

3 微观排放模型建立

从供给和需求方面入手，乡村旅游的发展离不开良好的生态环境，而经济条件也是满足亲近自然享受田园风光这一愿望的基础。与此同时，乡村旅游的内涵在不断延展，并推动有关“三农”政策的实施。

3.1 基于速度的巡航工况排放模型

HC主要包含未全部燃烧或未燃的润滑油、燃油及其相应的裂解产物等，比如：苯、烯烃、醛、多环芳烃（PHA）酮、等200多种成分。摩托车尾气中的HC主要有三种不同的来源，其中60%左右的HC源自于内燃机的废气排放、20%～25%的HC源自于曲轴箱的外泄、剩下的15%～20%则源自于系统蒸发。相关研究表明，HC的形成是因为火焰在狭隙效应、壁面淬冷、体积淬熄、润滑油膜的吸附等因素所造成的。发动机在正常运转情况下，HC的生成区主要位于气缸壁的四周处。

60 km/h共13个典型车速，针对以上车速区间，对多组排放数据进行统计评价，分别计算各速度区间下的排放率，获取NO

、CO和HC排放率与车速的变化曲线图（图1-图3）。根据图中所得到的数据进行回归分析，结果如式（1）~（3）所示。

由图6可知，随再生骨料取代率的增大，屈服荷载后，骨架曲线斜率略有减小，峰值荷载后，骨架曲线下降段略有变陡，表明节点延性随取代率的增加而降低；轴压比对节点试件的骨架曲线影响较大，试件开裂后，骨架曲线开始出现明显偏差，随轴压比的增大，曲线上升段刚度明显减小，峰值荷载后，骨架曲线下降段变得陡峭，延性明显变差，节点承载力衰减严重。试件延性通过位移延性系数μ表征(μ为极限位移与屈服位移的比值)，由表4可知，除高轴压比试件外，其余节点试件位移延性系数均大于3.0，所有试件位移延性系数均值为3.29，表明该组合框架节点具有较好的抗震性能。

根据回归分析结果，NO

的排放率随车速上升而逐渐增加，车速增加发动机温度升高，高温富氧的环境利于NO

的生成，但由于摩托车在市区路面行驶，遇红绿灯或交通拥堵便城立即减速，高速行驶时间偏短，高速时NO

生成量增幅并不强烈；HC的排放随着车速的增加先增加后减小，这是由于HC为燃料不完全燃烧的产物，在车速较低时，混合气局部浓度过大，而随着速度增加，缸内温度升高，燃烧过程改善，因壁面淬冷、狭隙效应生成的HC减少；而CO随车速升高参与燃烧的混合气增加而增加。基于速度的二元回归模型为车辆污染物排放率的单因素关系模型，它具有结构形式简单、计算量小以及方便等特点。但是由于车辆实际行驶过程污染物的排放受多种因素影响，因此基于速度的单因素摩托车排放模型有一定的局限性。

怠速是城市道路摩托车的重要工况之一，摩拖车发动机处于低速空转状态，活塞做功主要消耗在发动机运动部件的摩擦上。发动机转速比较稳定，摩托车排放状况也保持稳定。但在实际行驶过程中，发动机转速下降并稳定到怠速的过程需要一定时间，因此在怠速排放模型中以时间作为变量，定义车速小于5km/h为怠速工况。

在市区道路行驶中，由于红绿灯和道路拥堵，摩托车经常处于怠速、加速和巡航工况。为了实现对城市道路排放的精准预测，则应创建若干与各种工况条件向对应的排放模型，其主要涉及以时间为基础的怠速排放率模型、以速度为基础的巡航工况排放率模型、以加速度为基础的加速工况排放率模型。

3.2 基于时间的怠速排放率模型

在后方的工厂，华工最初承担最底层的体力工作。但很快，他们就成为各个工厂“第一流工人”。在法国的港口、车站、仓库等任何工作场地，只要看到有起重机，在里面操作的基本上是华工。法国海军专门声明：外籍劳工，只要华工。

怠速工况下三种污染物排放与怠速时间进行回归建模，采用倒数回归方法，三个模型可采用分段函数表示，模型的数学表达式如（4）~（6）所示。（图4-图6）

从图4-图6中可以看到NO

排放率在怠速停车的前18秒左右迅速下降直至稳定状态，而HC和CO需要大约22秒左右。建立的怠速排放率模型对于预测交叉口怠速停车的摩托车微观排放是很有意义的。

3.3 基于加速度的加速工况排放模型

采用摩托车瞬时的加速度作为变量，根据排放率与加速度的关系，建立基于加速度的排放率模型。从图7-图9中可以看出加速度是影响三种污染物排放率的主要影响因素，随着加速度的增加，特别是急减速速时，NO

、CO与HC污染物的排放率会出现增加，但由于摩拖车城市道路的复杂工况，整体排放率随加速度的变化并不明显。

大湾区内部存在明显的发展不平衡、不充分问题。以广州—深圳—香港为代表的珠江东轴经济圈聚集了经济总量的60 %以上，而佛山、中山、珠海等珠江西岸地区经济发展相对落后。造成这种现象的一个重要原因就是连接珠江东西两岸的交通基础设施建设滞后，阻碍了人流、物流、金流、技术等创新资源和要素的跨区域高效流动。深圳、香港的产业转移和经济辐射无法有效扩散到珠西地区,在资本、人才、技术等要素收益率差异明显的情况下，大量创新资源必然从粤港澳大湾区西轴转移到东轴。

4 结语

本文基于便携式排放分析仪搭建车载排放测试平台，并选取江门市城区摩托车经常行驶的主干道进行实际道路试验，系统分析了摩托车道路瞬态排放特性，并构建了基于速度、加速度回归模型，并通过多次实际试验，检验模型的误差，预测误差小于15%，可对城区摩托车道路排放特性进行预测。模型参数简单，可结合相应交通仿真模型对城市摩托车排放进行评价分析，为交通管控提供参考。

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