车辆排放节能与使用环境的相关性研究

车辆排放节能与使用环境的相关性研究

1.1 简介

车辆的使用环境对车辆的燃料经济性和排放性能具有很大的影响。研究这些影响，总结出一些规律性的共性，可以帮助汽车行业有效地应对这样的环境，也可以影响社会来创造更好的车辆使用环境，来使车辆的排放更加清洁，燃料消耗更少。这些使用环境包括燃料环境、交通环境、大气环境等。

例如，燃料中掺烧一些生物燃料，会导致燃料理化性能的少量变化，研究这些变化对汽车发动机所带来的影响，并帮助燃料生产企业改进燃料品质，这就是我们的研究范围。交通环境会导致车辆行驶的工况有所不同，而怠速时间的多少、平均车速的高低，对车辆的排放和燃料消耗影响非常大。这些也是我们的研究内容。

工程院拥有一批经过锻炼的团队，可以从事这方面的试验研究工作。

1.2 发展综述

目前本领域有如下几个方向。

1.2.1燃料与车辆

研究车辆最重要的伙伴-燃料与车辆的适应性。车辆的技术在进步中，为了适应更高的环保和节能要求，汽车就要采用一些新的技术，而这些新技术对燃料提出了更高的要求。例如国三排放的汽车一般需要使用国三的燃料，国四排放的车辆就需要国四排放的燃料，如何提出这些要求是我们的研究目的。另外中国地域辽阔，如果车辆短时间内使用了低标准的燃料，会造成何种结果，这种影响是不是可逆的，研究结果是非常有用的。研究结果对行业、对指定燃料标准非常有用。

汽车发动机发展了百年，但基本上还是一直使用常规的石油炼制的汽油和柴油作为燃料。但是随着社会的发展，汽车的数量急剧增加，但是地球上亿万年来生成的石油却不会增加，造成的结果就是石油的紧张和大气温室效益。所以现在人们比以往更加注重替代燃料尤其是生物燃料在汽车上的应用。这些替代燃料一般都有着与石油基燃料不同的理化性能，这些性能会导致其与常规的汽车发动机不适应。研究这些不适应，对燃料企业改进燃料性质，对车辆生产企业改进发动机有重要的意义。

1.2.2交通环境与车辆

汽车是在一定的道路和交通条件下完成运输任务的，汽车燃料经济性、排放性能都与与汽车所运行的交通和道路条件息息相关。汽车运行工况是汽车的道路行驶状况的反应和凝练。汽车运行工况的参数包括汽车速度、变速器档位、发动机转速、节气门开度、制动频度等。在特定的汽车运行工况的研究中，还包括发动机曲轴的转速、输出功率、输出转矩、离合器结合频度等。

一方面，我国排放节能标准一直沿用欧洲的汽车行驶工况，而欧洲的汽车行驶工况代表了欧洲的状况。欧洲的乘用车排放工况中，市区里程仅占到31%，而市郊里程占到69%，而我国乘用车用户的调查表明，车辆行驶的大部分里程是市郊里程。这种差异导致针对我国标准开发的车辆，不是总能运行在开发时的优化目标行驶工况，导致不能发挥车辆的最佳状态，造成由于形势工况差异导致的燃料效率的损失和排放的恶化。

研究并制定我国的车辆行驶工况具有重要的意义。

1.3 成功案例

1.3.1 乙醇汽油车辆适应性试验研究

2000年在国家部委的领导下，中石化与中国汽车技术研究中心对低比例乙醇汽油在车辆上的适用性进行了实车试验研究，完成了12辆汽车使用乙醇汽油8万公里试验，其试验结果直接导致了乙醇汽油标准的出台。

2005年，组织了20个车型，对车辆使用乙醇汽油的性能进行了进一步研究。本文总结了乙醇汽油车辆性能试验研究课题组在2005年度完成的工作。这些工作包括：乙醇汽油示范地区汽车用户调查、乙醇汽油示范地区油品质量调查、乙醇汽油车辆排气排放、蒸发排放、油耗、动力性试验研究。

示范地区的调研表明，车辆使用乙醇汽油以后，油耗略有增加，动力性略有降低。示范地区绝大多数用户支持或不反对乙醇汽油的使用。

乙醇汽油示范地区的油样抽检表明，大约有17％的油样不合格，不合格油样的乙醇含量低或没有，同时也出现了硫含量高、蒸汽压高、辛烷值不合格等情况。

对17个车型进行了排气排放、油耗、动力性试验，试验表明，与使用汽油相比，车辆使用乙醇汽油后，HC平均降低6.9％；CO平均降低3.0％；NOx平均值无明显变化；油耗平均增加2.9%（总量增加3.0％）。加速时间平均增加1％。

蒸发试验表明，乙醇汽油与汽油的蒸发量没有明显差异；当前车辆使用的碳罐能满足乙醇汽油的要求。

分别长期使用普通汽油和乙醇汽油车辆的催化器对比

1.3.2 某跨国企业混合动力车辆中国交通环境适应性研究

为考核混合动力汽车在中国城市的性能，也同时了解中国城市的交通状况，对某款混合动力汽车进行了全国五大城市的道路行驶试验。这些城市是：北京、天津、上海、广州、重庆。

课题首先根据交通调查的结果规划了试验线路，然后根据交通流的时间分布以及周期设计了试验数据采集时间。同时考虑了季节的影响，进行了总计5城市、3季节、8000多千米行驶数据采集。

试验表明，该款混合动力汽车表现出良好的节能效果，市区和市郊综合工况下，相对对比车型的节油率达到40.5%。试验也表明，该款混合动力汽车的燃料消耗率对怠速时间停车率不敏感。同时看到其对各种交通条件的适应性，尤其是重庆的多坡路条件。

试验结束后，也对同时采集的行驶数据进行处理，得出代表中国典型城市的车辆行驶工况。并在这一工况下在实验室进行了更多车型的试验。

（混合动力车）（对比车型） ~~（混合动力车）~~

混合动力汽车的燃料消耗率对停车率较不敏感

1.3.3 煤制油车辆适用性试验研究

由于我国的资源结构特点是缺油、少气、相对富煤。煤炭在我国整个能源消费体系中的比例约占70%，短期内以煤为主的能源消费结构难以改变。此外，我国的煤炭资源中高硫煤、高灰煤、褐煤的比重较大(约40%)，直接燃用会增加SO2等排放污染。利用劣质煤合成汽车燃料,可实现煤的高效清洁利用。

由于煤合成燃料的性能更加接近石化燃料油，能够更加方便地用于现有的汽车，所以国家在煤合成燃料这一技术路线投入了大量的精力，开工的数个大型的煤液化工厂将在不久投入生产。

神华集团公司的世界上第一套百万吨级的煤直接液化工厂即将投产。随着这些工厂的投产，大量的煤液化油品即将上市，但是，我们对煤制油（CTL）油品与汽车的适配性方面的了解还不够，还没有相关的油品标准。

由于现在汽车多年来以石油燃料为前提设计开发的，并达到了相当完善的程度，能够将石油基燃料的特点充分发挥，也能够完全适应石油基燃料。汽车一旦将燃料更换为CTL油品，车辆的适配能力到底如何，需要仔细了解，并总结经验，制定合理的解决方案。

课题对直接液化这种先进工艺下生产出来的产品的车辆适应性研究是世界上首次。

1.3.4 生物柴油车辆适用性试验研究

1.4 标准法规（部分）

标准编号

标准名称

实施日期

GB 18047-2000

车用压缩天然气

GB 18350-2001

变性燃料乙醇

2001年4月

GB 19159-2003

车用液化石油气

GB 18351-2004

车用乙醇汽油

GB/T 20828-2007

柴油机燃料调合用生物柴油(BD100)

2007年5月

GB/T 22030-2008

车用乙醇汽油调合组分油

2008年12月

GB 20997-2007

轻型商用车辆燃料消耗量限值

2008年2月

GB/T 19233

轻型汽车燃料消耗量试验方法

GB 19578

乘用车燃料消耗量限值

标准编号	标准名称	实施日期
GB 18047-2000	车用压缩天然气
GB 18350-2001	变性燃料乙醇	2001年4月
GB 19159-2003	车用液化石油气
GB 18351-2004	车用乙醇汽油
GB/T 20828-2007	柴油机燃料调合用生物柴油(BD100)	2007年5月
GB/T 22030-2008	车用乙醇汽油调合组分油	2008年12月
GB 20997-2007	轻型商用车辆燃料消耗量限值	2008年2月
GB/T 19233	轻型汽车燃料消耗量试验方法
GB 19578	乘用车燃料消耗量限值