草坪修剪机尾气排放检测

摘 要：试验分析了草坪修剪机实际应用状况及相关尾气排放标准,建立了草坪修剪机尾气检测系统,以国内主要机型为试验检测对象,对草坪修剪机尾气排放进行了实地检测；对试验数据进行分析,得出了草坪修剪机尾气的排放状况的相关结论,研究将为国内草坪修剪机制造以及操作使用提供参考依据.

关 键 词：草坪修剪机；尾气排放；检测与分析

中图分类号：Ｓ７７６．２７；Ｘ７０１文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）15－3172-03

ＴｈｅＴｅｓｔｉｎｇａｎｄＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＬａｗｎMowerEｍｉｓｓｉｏｎｓ

ＬＩＵＧｕａｎｇ,ＣＨＥＮＳｈａｏ,ＣＵＩＳｈａｎ－ｈｕａ,ＬＵＱｉｕ－ｌｉａｎ,ＹＩＮＺｈｅｎ－ｂｏ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ,ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ,Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３,Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｌａｗｎmowerｓａｎｄｒｅｌａｔｅｄｓｔａｎｄａｒｄｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ,ａｎｄａｌａｗｎｍｏｗｅｒｇａｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｕｓｉｎｇｄｏｍｅｓｔｉｃｇｅｎｅｒａｌｇａｓｏｌｉｎｅｅｎｇｉｎｅａｓｍｏｄｅｌｓ,ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅｌａｗｎｍｏｗｅｒ＇ｓｅｘｈａｕｓｔｅｍｉｓｓｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓ．Aｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅａｎｄｏｐｅｒａｔｏｒｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃｌａｗｎｔｒｉｍｍｅｒｓwasprovided．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｗｎｍｏｗｅｒ；ｅｘｈａｕｓｔｅｍｉｓｓｉｏｎｓ；ｔｅｓｔｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ

草坪修剪机是园林绿化中最常用的一种园林机械,也是草坪管理中使用频率较高的设备.随着人民生活水平的提高,草坪业和园林业也随之飞速发展,草坪修剪机的使用越来越广泛.据统计,从２００１~２００７年,北京城市园林绿地增加了１万hm2,其中草坪面积占绿地面积的３０％左右［１］.我国草坪修剪机２００６年进口了３１２５６台,出口了５２０２１６１台,出口金额为１０６２９万美元,２００７年出口数量和出口金额比２００６年分别增长了５３．９％和５９．１％［２］.由此可见,我国草坪修剪机的出口数量很大并且增长迅速,草坪修剪机在园林绿化和草坪管理中得到了广泛使用.

草坪修剪机尾气中的有害成分主要有碳氢燃料不完全燃烧的产物（ＣＯ和ＨＣ）以及氮氧化合物（ＮＯx）.大气中的ＮＯx和ＨＣ受到太阳光照射时,在特定的自然条件下会形成光化学烟雾.这种烟雾一旦形成,不仅大大降低环境的能见度,而且对人眼有刺激作用,使人发生慢性中毒及呼吸障碍.因此,大量的草坪修剪机在工作时可向环境中排放较多的有害物质,从而对环境和人们的健康产生不利影响.

草坪修剪机的发动机属于非道路通用汽油机的一种,目前国内外均制定了非道路通用汽油机的排放标准,因此草坪修剪机的尾气排放也必须符合非道路通用汽油机的要求.２００７年８月１日,欧洲公布了非道路通用汽油机排放法规,对于手持式的草坪修剪机,当发动机排量大于５０ｍＬ时,ＣＯ的排放上限为６０３ｇ／ｋＷｈ,ＨＣ＋ＮＯＸ排放标准值为７２ｇ／ｋＷｈ［３］.２００９年１月１日,我国也实施了非道路通用汽油机的尾气排放标准,标准规定：当发动机排量大于５０ｍＬ时,ＣＯ的排放标准值为６０３ｇ／ｋＷｈ,ＨＣ排放标准值为１６１ｇ／ｋＷｈ,ＮＯx排放标准值为５．３６ｇ／ｋＷｈ.我国对非道路通用汽油机的排放标准的制定参考了欧洲的标准,但离欧洲的标准还有一段距离.

建立草坪修剪机的尾气排放检测系统,探测草坪修剪机在实际工作时的尾气排放状况,验证尾气排放是否符合国家标准,分析草坪修剪机在不同的工作状况时的尾气排放差异,寻找草坪修剪机最理想的工作条件,探寻影响草坪修剪机尾气排放的因素,将为草坪修剪机的生产和实际操作做出指导.

１材料与方法

试验以动力为国产发动机ＰＢ６０汽油机的草坪修剪机为研究对象,检测草坪修剪机在不同工作状况时的尾气排放值,ＰＢ６０汽油机的主要参数为额定功率４．５ｋＷ,额定转速３２００ｒ／ｍｉｎ.

尾气排放检测仪为ＡＶＬＤｉＧａｓ４０００Ｌｉｇｈｔ,即ＡＶＬ五组份排放分析仪,精度等级为国际ＯＩＭＬＲ９９０级,仪器均按照联合国欧洲经济委员会（ＥＣＥ）标准生产,能够充分满足国家最新标准的要求.

为了检测汽油机不同工作状况时的尾气排放特点,试验中将汽油机的节气门大小划分为五均等分,即下文提到的五个挡位,其中一挡的节气门开度最小,五挡的节气门开度最大,草坪修剪机依次在不同的挡位下工作,分别记录有关数据.

试验环境为晴天,气温２５～３１℃,草坪平均高度１０～１２ｃｍ,草坪较平整和浓密,草坪修剪机工作时的速度为０．５ｍ／ｓ.

由于试验需要的数据较多,而ＡＶＬ五组份排放分析仪现场打印数据的速度较慢,在试验时我们通过用摄像机拍摄试验现场,然后用计算机每隔３s提取一组数据,构成试验的基本数据.试验测试系统流程如图１所示.

２结果与分析

运用Ｅｘｃｅｌ对数据取平均值以及方差分析,发现有些数据的波动很大,考虑到现实试验测试时环境所产生的影响,在做数据分析时剔除了少量数据,以图形的形式将测试结果展示如下.

１）过量空气系数ａ.图２的横坐标表示测试数据的组数,如１２表示第１２组数据,纵坐标表示空气系数值.过量空气系数ａ反映的是汽油燃烧时空气量的充足程度［４］,由图2可知,在一挡位和二挡位时,ａ较大,燃烧时氧气充足,汽油燃烧得比较完全,产生的有害尾气比较少；在四挡和五挡位时ａ较小,燃烧时氧气不够充足,汽油可能处于稀薄燃烧状况,产生的有害尾气比较多.因此,为了降低草坪修剪机尾气排放的有害物质,应当使得汽油机工作时氧气充足,建议草坪修剪机在低挡位工作.

２）尾气中ＣＯ的浓度（单位为ｍＬ／Ｌ）.图３的横坐标表示测试数据的组数,如１７表示第１７组数据,纵坐标表示尾气中ＣＯ的浓度.尾气中ＣＯ的浓度直接反映了汽油机的排放状况,一挡的ＣＯ均值为１７．３８ｍＬ／Ｌ,四挡的ＣＯ均值为４1．90ｍＬ／Ｌ,因此ＣＯ浓度波动都较大,说明汽油机燃烧不是很稳定；其中低挡位ＣＯ的均值较低,高挡位ＣＯ均值较高,表明高挡位的排放较恶劣.

３）尾气中ＨＣ的浓度（单位为μＬ／Ｌ）.图４的横坐标表示测试数据的组数,如１７表示第１７组数据,纵坐标表示尾气中ＨＣ的浓度.尾气中ＨＣ的浓度直接反映了汽油机的排放状况,由图4可知,二挡的HC浓度较高,五挡和一挡的HC浓度较低,说明在二挡时汽油机工作状况不佳.

从前面的结果可以看出,随着节气门的加大（即挡位的上升）,过量空气系数a减小（三挡a值比二挡下降了18%,四挡a比三挡下降了5%）,说明低挡位汽油燃烧的空气供给量比高挡位要充足；随着节气门的加大,CO的浓度呈上升趋势（二挡CO值比一挡增长了32%,四挡CO值比三挡增长了19%）,表明燃烧在节气门开度大（即高挡位）的情况下比较恶劣；随着节气门的加大,HC浓度先上升后下降,其中二挡的HC浓度最高,此时的燃烧状况不佳,草坪修剪机应该避免在此挡位下工作.

３小结

近几年来,草坪修剪机的使用数量迅猛增加,对环境的影响也越来越大,改善草坪修剪机的尾气排放状况日益紧迫.氮氧化合物和固体颗粒物构成了草坪修剪机尾气的主要污染物［５］,怎样减少尾气中的氮氧化合物和固体颗粒物浓度是发动机设计者所要解决和研究的主要问题.草坪修剪机节气门的开度（对应于本试验设定的挡位）影响了草坪修剪机的尾气排放值,节气门开度在２０％～４０％时（即本试验设定的二挡）,草坪修剪机工作时汽油燃烧最充分,其综合尾气排放值最小,因此推荐草坪修剪机工作时尽量设置在二挡下工作.节气门的开度是发动机的一个主要设计参数,本研究对国内草坪修剪机制造具有参考依据；本研究实地测量了不同节气门开度下的尾气排放值,对相关标准制定具有一定的参考价值.