基于PEMS的柴油公交车排放测试分析

使用车载尾气检测技术PEMS对一辆在用国Ⅲ柴油公交车进行了实际公交线路运行时的气态污染物排放测试,统计得出了车辆运行速度、加速度、气态污染物排放速率、排放因子特性。分析结果表明公交车平均速度为18 km/h,96.9%的速度点落在0~40 km/h的区间段,99%的加速度点落在-1.5~1.5 m/s2的区间段。随着车速的增加,排气污染物排放速率增大,其中NOX排放速率增大显著。车速增大,污染物排放因子降低;低于30 km/h时,车速增大,排放因子降低显著,高于30 km/h时,排放因子随车速增大变化变缓。排放因子受排放速率和车速共同影响。污染物排放速率随加速度增大而增大,加速时的排放速率显著高于减速时的排放速率。研究结果说明,提高车辆运行速度、减少急加速,可以有效降低公交车尾气排放。     

城市公交车在实际道路上的C O2排放特征

应用车载式尾气排放测试设备对北京国Ⅲ、国Ⅳ排放标准的柴油公交车和国Ⅲ排放标准压缩天然气公交车在实际道路上的尾气CO2排放特征进行了实测研究,测试时间为30 787 s,行驶里程达到168.58 km,共获得30 787组有效数据,测试数据能够反映车辆在实际道路上的排放特征。3种类型车辆测试期间在实际道路上的CO2排放因子分别为(1.10±0.24)g/m、(0.99±0.23)g/m和(1.02±0.21)g/m。车辆的排放状况与车辆的行驶工况有密切关系,车速较低,加速度越大,CO2排放速率和排放因子越大,车辆在匀速且车速较快时排放速率和排放因子较低。     

国Ⅳ天然气公交车实际道路颗粒物排放特性

采用车载排放测试系统对国Ⅳ天然气公交车进行了实际道路排放测试,研究其颗粒物排放特征及粒径分布随车速、加速度及比功率的变化规律.结果表明,天然气公交车的颗粒物数量和质量排放率随车速的增加均逐渐升高,而排放因子均逐渐减小;怠速、低速、中速和高速工况下颗粒数量浓度均呈多峰对数分布,核态颗粒数在总颗粒数中占大多数比例.随加速度的增大,颗粒物排放率逐渐升高;快加速工况颗粒物排放率明显高于匀速和慢减速工况,而后二者之间相差不大.颗粒物的高排放集中在高车辆比功率(VSP)区间内,并随VSP绝对值的增大逐渐升高.     

基于DOC+CDPF后处理技术的公交车实际道路颗粒物排放特性

利用车载排放测试系统,对柴油公交车安装氧化催化转化器(DOC)+催化型颗粒捕集器(CDPF)前后的实际道路工况颗粒物排放特性进行了研究。安装DOC+CDPF前后,稳态工况下,颗粒物数量排放(PN)、质量排放(PM)分别在车速为25,30 km/h降幅最大;瞬态工况下,随着加速度的增加,PN、PM排放率降幅逐渐增大;颗粒粒径分布规律不同,安装前呈单峰或双峰分布,而安装后呈三峰分布,粒径124.1 nm左右降幅最大。     

国Ⅳ公交车实际道路排放特征

满足国Ⅳ标准的公交车已被广泛用于北京等大城市,为了评价其相对于国Ⅲ公交车的实际减排效果,使用PEMS(车载排放测试系统)测试了4辆装有SCR(选择性催化还原)系统的国Ⅳ公交车和1辆国Ⅲ公交车在实际运行条件下的污染物排放并进行对比. 结果表明:相对于国Ⅲ公交车,装有SCR系统的国Ⅳ公交车在实际运行工况下有效降低了污染物排放,CO、THC和PM分别比国Ⅲ限值降低了60.8%、94.2%和86.2%;但由于实际运行工况中排气温度较低,致使SCR系统效率偏低,只有一辆国Ⅳ公交车NO_x排放低于国Ⅲ限值,其他3辆车的NO_x排放分别比国Ⅲ限值高187.3%、228.7%和157.3%. 国Ⅳ混合动力车的CO₂、CO和PM排放比常规动力车分别降低了42.9%、48.8%和89.5%,但NO_x排放反而增加了112.1%. 实际运行工况下,测试车辆只有12.7%的工况点分布在A转速(1478r/min)以上;而ETC工况中在A转速以上的工况点占整个循环的80.5%, 造成了满足ETC等型式认证的车辆在实际工况下NO_x排放偏高. 因此,需要对公交车的实际排放进行有效监督.      

利用IVE模型进行公交车尾气排放分析

介绍了IVE尾气排放模型并与MOBILE模型进行了比较分析。使用GPS对上海市公交车多条运行线路进行了实时运行速度测量,得到上海公交车运行模式的BIN分布,对上海市CNG公交车和柴油公交车的尾气排放进行了模拟计算。结果表明使用CNG公交车代替柴油公交车后,NOX和PM的排放均有显著的降低,但采用不同技术的CNG公交车尾气排放仍有很大的差异,无催化转化和尾气再循环的CNG公交车的CO排放量远高于同类型柴油公交车的排放量。认为IVE模型的模拟结果具有较好的可靠性,其计算模式适用于我国机动车尾气排放清单分析的研究。     

北京市机动车尾气排放因子研究

通过调研北京市机动车车型构成、车辆行驶工况、环境温度、油品品质等基础数据,利用COPERTⅣ模型计算了机动车尾气中CO、NOx、HC和PM的排放因子.应用车载测试系统对典型轻型汽油客车和柴油货车的实际道路排放因子进行测量,并将测量结果与模型计算结果对比,结果发现国Ⅳ标准下,轻型汽油客车的CO排放因子的实测数据是模型数据的0.96倍,NOx的实测数据是模型数据的0.64倍,HC的实测数据是模型数据的4.89倍.对于国Ⅲ排放标准的柴油货车,轻型、中型和重型货车的CO排放因子,实测数据分别是模型数据的1.61、1.07和1.76倍,NOx排放因子的实测数据是模型数据的1.04、1.21和1.18倍,HC排放因子的实测数据是模型数据的3.75、1.84和1.47倍,PM排放因子则为模型数据是实测数据的1.31、3.42和6.42倍.     

天津市机动车尾气排放因子研究

通过调查研究天津市机动车车型构成、保有量、车辆行驶状况、气象数据和油品等基础数据,利用COPERT IV模型计算了在国1、国2、国3、国4和国5排放标准下机动车尾气中CO、NO_x、VOC和PM_(2.5)的排放因子.应用车载测试系统在实际道路上对国4柴油货车的排放因子进行了测量,并将模型结果与实测结果进行了比较,研究表明,国4排放标准下,污染物排放实测数据普遍高于模型模拟数据.对于轻型载货柴油车而言,实际道路测量的CO、NO_x、VOC和PM_(2.5)的排放因子分别是模型模拟数据的2.5、4.3、1.9和1.2倍;对于中型载货柴油车而言,以上污染物的实测排放因子分别是模型的1.3、2.1、1.0和1.2倍;对于重型载货柴油车而言,以上污染物的实测排放因子分别是模型的1.7、1.9、1.1和1.2倍.     

公交车基于不同燃油的实际道路排放性与燃油经济性

使用便携式车载排放测试系统测试了2辆国VI公交车和2辆国III公交车燃用不同燃料的实际道路排放特性和经济性.结果表明,相比于燃用京VI车用柴油,国VI公交车燃用B5生物柴油(柴油中掺混5%生物柴油)的CO比排放降低了33.1%,NO_x比排放增加了15.6%,颗粒物数量(PN)比排放降低了13.1%.4辆公交车燃用B5生物柴油的CO排放因子较京VI车用柴油平均降低了29.5%,NO_x排放因子增加了12.7%,PN排放因子降低了9.1%.通过对CO_2的分析发现,燃用B5生物柴油的排放因子较燃用京VI车用柴油增加了11.3%,运用碳平衡计算方法计算油耗,并考虑燃油密度的影响,结果发现,燃用B5生物柴油的百公里油耗较燃用京VI车用柴油增加了11.51%,相差较大,后续需深入研究油品热值等其他理化指标对燃油经济性的影响.     

不同排放标准公交车燃用生物柴油颗粒物排放特性

基于重型底盘测功机,对比研究了满足国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ排放标准的柴油公交车分别燃用生物柴油与柴油混合燃料B0/B5/B10在中国典型城市公交车循环下的颗粒物排放特性.结果表明燃用B0/B5/B10时,国Ⅴ车相对国Ⅲ车总颗粒数量和质量排放分别降低约68.1%、56.2%、57.5%和52.7%、64.8%、88.5%,相对国Ⅳ车,总颗粒质量排放分别降低了约43.0%、47.3%和42.1%,但数量排放分别上升了约4.0%、7.6%和14.7%.国Ⅲ车核态颗粒排放主要来自高速行驶工况,而国Ⅳ、国Ⅴ车主要来自中低速行驶工况;国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ车聚集态颗粒排放主要都来自中低速行驶工况.其中在车速较低时,国Ⅴ、国Ⅳ车相对国Ⅲ车核态颗粒数量和质量排放明显降低,聚积态颗粒也有降低,但国Ⅴ车相对国Ⅳ车改善不明显,核态颗粒数量和质量排放反而增加,且随着生物柴油掺混比例的上升,增幅越明显.在高速时,国Ⅲ车核态颗粒数量和质量排放急剧增加,国Ⅴ、国Ⅳ车略有增加,且国Ⅳ车聚集态颗粒数量和质量排放明显大于国Ⅴ车和国Ⅲ车.燃用生物柴油掺混比例较大的B10时,国Ⅲ车较大粒径颗粒排放急剧恶化,聚集态颗粒数量和质量排放大幅增加,不适合推广应用较大生物柴油掺混比燃油.     

DOC+CDPF对国III重型柴油货车实际道路排放的影响

利用便携式车载排放测试系统（PEMS）对2辆加装氧化催化转化器（DOC）和催化型柴油颗粒捕集器（CDPF）与否的国III重型柴油货车进行实际道路排放测试.结果表明,2辆改造重型柴油车的CO、THC、固态颗粒物粒数（SPN）和黑碳（BC）实际道路排放因子分别为（1.31±0.37）g/（kW×h）、（0.20±0.03） g/（kW×h）、（7.13×10¹⁰±5.27×10¹⁰）个/（kW×h）和（0.69±0.06）mg/（kW×h）,相对于原始排放（拆除DOC+CDPF）分别降低52.48%、55.69%、99.91%和99.22%.从低速、中速到高速,CO和THC减排比例呈现上升趋势,然而运行工况对SPN和BC减排比例则无显著影响.加装DOC+CDPF会导致NO₂在NO_x中的占比升高,且从低速、中速到高速涨幅依次增大,但对NO_x无明显减排效益,其排放因子为9.53~9.83g/（kW×h）,远高于实验室排放限值.     

重型柴油公交车实际道路颗粒物排放的理化特征

为研究重型柴油公交车实际道路颗粒物排放的理化特征,采用车载排放测试方法,选取了2辆国Ⅲ和4辆国Ⅳ柴油公交车,对气态污染物和颗粒物排放因子、粒径分布及颗粒物中的组分(包括碳组分、离子、元素和有机组分)排放特征进行了实测分析.结果表明:测试车辆的颗粒数量主要集中在100 nm以下粒径段,颗粒质量排放总体呈倒U型分布,粒径峰值位于300 nm左右.OC和EC分别占尾气颗粒物总质量的36.10%±8.94%和27.97%±10.00%,离子和元素组分分别占7.75%±1.01%和22.71%±3.09%.柴油质量对柴油车尾气颗粒物成分具有较大影响,燃用国Ⅲ柴油的车辆尾气中富含S、Ca、Mg、Na等元素组分,其主要来自燃油中的硫分和杂质.在可检出的弱极性可溶有机物中,正构烷烃和脂肪酸的含量较为丰富,分别占颗粒物总质量的1.95%和5.13%,此外还有一定量的藿烷和PAHs(多环芳烃).其中,正构烷烃组分主要分布于C19～C29,正构烷酸主要集中在C12、C14、C16和C18等偶数碳组分.国Ⅲ和国Ⅳ柴油公交车的PAHs排放因子分别为198.2、62.5 μg/km,以3环和4环PAHs为主,菲、荧蒽、芘、惹烯、苯并荧蒽、、苯并[123-cd]芘和苯并苝是较为主要的PAHs组分.需要指出的是,由于采用定比例稀释方法,颗粒物中组分的测试结果可能与其实际排放存在一定偏差.      

不同排放标准下大型柴油客车实测排放因子与MOBILE6预测值的对比分析

在利用先进的车载尾气检测技术（PEMS）收集了我国大型柴油客车尾气的实时排放数据的基础上,分析了不同排放标准下车辆（国Ⅰ、国Ⅱ、国Ⅲ）的CO、HC、NOx和PM排放因子与速度的关系;使用MOBILE6模型,经过模型参数校正,预测了相应车辆的排放因子,并与不同排放标准下的车辆排放实测值进行对比,从而验证了MOBILE6模型对我国大型柴油客车尾气排放预测的适用性。     

公交车实际道路颗粒物排放的数浓度特征

为获得城市公交实际道路颗粒物数量排放特性,利用车载排放测试系统(PEMS)在实际道路上对公交车颗粒物排放特征及粒径分布进行了研究. 结果表明:公交车车速低于30 km/h的工况占总工况的78.9%,其中车速小于10 km/h的工况所占比例最大,为33.7%;车速高于40 km/h的工况仅占总工况的2.1%. 利用低压荷电捕集器(ELPI)测试的粒径分布表明,公交车进、出站和稳定车速工况下排放的颗粒物数浓度峰值均出现在粒径为70 nm附近;粒径小于70 nm的颗粒物数浓度在3种不同工况下占颗粒物总数浓度的55.4%～69.7%;粒径大于770 nm的颗粒物非常少,其数浓度占颗粒物总数浓度的比例均小于0.1%.      

轻型柴油车实际道路瞬时排放模拟研究

系统介绍了CMEM模型及其计算原理.以轻型柴油车为研究对象,给出了模型的主要输入参数,并计算了车辆在实际道路上的瞬时排放结果,并根据实测数据对模拟结果进行了验证.测试车辆的CO、THC、NOx和CO2排放因子为0.81、0.61、2.09和193 g·km-1,相同线路模拟所得的排放因子分别为0.75、0.47、2.47和212 g·km-1,相关系数分别达到0.69、0.69、0.75和0.72.通过模拟发现,轻型柴油车在实际道路微观区域内的排放水平随交通条件和行驶状态波动明显,采用CMEM模型能够较好地反映该车排放随行驶工况的瞬时变化趋势.应用CMEM模拟发现,改善典型交叉口区域的交通条件后,轻型柴油车在模拟区域内的CO、THC、NOx和CO2排放量分别削减了50%、47%、45%和44%,排放改善效果显著.从研究结果来看,利用微观尺度模型来分析混合车流在一些典型交通区域的瞬时排放变化是必要的,也是可行的,对于评价道路交通规划的环境效果具有一定的指导意义.     

公交车燃用生物柴油的颗粒物排放特性

采用美国TSI公司的EEPS颗粒数量及粒径分析仪,对国Ⅳ排放柴油公交车燃用纯国Ⅳ柴油BD0,纯餐饮废油制生物柴油BD100及国Ⅳ柴油和生物柴油掺混体积比分别为5%、10%、20%、50%的混合燃料(BD5、BD10、BD20、BD50)的颗粒物排放特性进行了试验研究.结果表明,颗粒物数量及质量排放随车速加速度的增加均呈逐渐增加趋势,而随生物柴油掺混比例的增加而降低;不同车速区间下,颗粒物数量排放的粒径分布均呈双峰分布;不同加速度区间下,颗粒物数量排放的粒径分布由减速时的双峰分布逐渐过渡到加速时的单峰分布;随生物柴油掺混比例的增加,聚集态颗粒物数量下降显著,且峰值向小粒径方向移动,核态颗粒物数量变化不大,颗粒物几何平均粒径Dg变小.     

城市轻型车实际道路瞬态排放的特征

采用清华大学环境科学与工程系构建的车载排放测试系统对北京市8辆轻型车的实际道路瞬态排放进行测试,分别解析了速度、加速度与排放的数理规律,引入“排放增量”概念,建立一套可用于研究交通流特征对机动车排放影响的轻型车瞬态排放数学模拟模式.验证结果表明,污染物排放总量模拟值与实测值相差±20%以内,瞬态排放速率的模拟值与实测值较接近,体现出排放变化趋势及排放峰值.     

不同品质燃油对公交车道路颗粒排放特征的影响

以国Ⅳ排放柴油公交车为样车,研究了3种燃油公交车的颗粒数量排放特性. 3种燃油分别为纯柴油、B20燃油〔V(生物柴油)∶V(纯柴油)=2∶8〕和G20燃油〔V(天然气制油)∶V(纯柴油)=2∶8〕. 结果表明:公交车燃用3种燃油的排气颗粒数量随粒径变化均呈双峰对数分布,其中核态颗粒数量峰值粒径均为10.8 nm;聚集态颗粒数量峰值粒径则因燃料差异而不同,其中纯柴油、B20燃油和G20燃油分别为80.6、69.8和60.4 nm. 对于不同类型道路,在公交车燃用纯柴油时,其快速路下的排气颗粒数量(7.35×1015 km-1)最低,分别比主干道和次干道低47.7%和55.1%. 对于不同品质燃油而言,在全程测试线路内,燃用G20燃油的公交车排气颗粒总数量(6.92×1015 km-1)最低,较纯柴油和B20燃油分别降低了42.5%和32.4%. 其中,G20燃油排气中核态颗粒数量为1.81×1015 km-1,较纯柴油和B20燃油分别降低了3.1%和15.4%,而聚集态颗粒数量则分别降低了49.7%和37.0%. 表明公交车燃用天然气制油可有效降低颗粒排放.      

应用车载测试系统研究轻型机动车在实际道路上的排放特征

采用一套车载排放测试系统,对深圳市7辆具有代表性的轻型车辆进了实际道路排放测试.根据测试结果,分析了机动车运行工况对排放的影响,比较了基于油耗和行驶里程的排放因子,并计算了各测试车辆的平均排放因子.结果表明,深圳市轻型机动车加速和减速运行模式共占整个运行时间的66.7%和行驶里程的80.3%,对各种污染物的贡献率达74.6%～79.2%.并且加速模式下的排放水平明显高于其他运行模式;基于油耗的排放因子受车速的影响较小,可以避免因机动车运行工况不同所带来的排放差异,从宏观尺度更为合理地预测机动车污染物排放量;车辆技术水平对排放影响很大,化油器车的C0、HC和NOx排放因子分别是欧Ⅲ车的19.9～20.5、5.6～26.1和1.8～2.0倍;我国在进行轻型车排放测试时使用ECE EUDC工况,不能反映我国城市实际道路行驶工况下的机动车排放水平.     

基于DOC+CDPF技术的公交车燃用生物柴油气态物道路排放特性

基于OBS-2200车载排放检测系统,试验研究并分析了催化型连续再生颗粒捕集器(DOC+CDPF)及生物柴油混合燃料B20(生物柴油体积占比20%)对国Ⅲ柴油公交车瞬态工况和稳态工况下气态物道路排放特性的影响.结果表明相较于B0(纯柴油),B20的一氧化碳(CO)、总碳氢化合物(THC)平均排放率偏低,其中,稳态工况下降幅分别为26.43%、10.44%,瞬态工况下降幅分别为22.78%、4.95%;二氧化碳(CO_2)和氮氧化物(NO_x)平均排放率偏高,其中,稳态工况下分别上升8.41%和8.26%,瞬态工况下分别上升7.15%、9.13%.相较于B0,DOC+CDPF对B20的CO和THC净化效果更为显著,其中,稳态工况下降幅分别达60.58%和79.92%,瞬态工况下,降幅分别达63.67%和82.57%.DOC+CDPF使用后,CO_2和NO_x的排放率略微下降.