基于远程在线监控车载终端的柴油车NOx排放等级诊断研究

远程在线监控车载终端集成了远程通讯模块、卫星定位模块、发动机OBD信息解析模块,能够实时读取车辆排放相关运行信息,但无法直接判断车辆NO_x排放情况.为了快速、准确地评估车辆排放情况,诊断和监测NO_x高排放车,同时为了克服有些重型柴油车监测数据中缺失进气流量、燃油流量、车速等重要的实时信息,无法计算出车辆NO_x排放因子的问题.本文提出了由NO_x浓度分布特征驱动的高排放重型柴油车识别算法,通过远程在线监控车载终端设备获取车辆的发动机信息和SCR系统运行信息,运用NO_x浓度分布计算车辆每天NO_x排放浓度占比,通过系统聚类法对车辆NO_x排放浓度占比进行聚类,结果聚为优、良、中、差4类.利用车辆NO_x排放浓度区间分布及其聚类结果分别作为训练集的输入和输出,选择BP神经网络作为训练算法,训练获得的模型分类准确率为90%,利用训练好的模型判断在用柴油车NO_x排放等级,从而识别及监测NO_x高排放车辆.研究结果可为柴油车NO_x高排放诊断及监测提供依据,有助于监管部门能够快速识别NO_x高排放车辆.     

不同行驶工况下轻型柴油车瞬时排放的CMEM模拟对比研究

近年来,我国机动车保有量迅猛增加,标准的行驶工况已难以准确反映机动车在实际道路上的行驶状况。采用CMEM模型研究不同标准工况下车辆排放的差异,旨在为城市交通环境管理与规划提供技术支持。以轻型柴油车为研究对象,给出了模型关于柴油机的结构和主要输入参数,并将模拟得到的车辆在实际道路上的瞬时排放结果与实测数据进行了验证。检验结果表明,THC、CO、NOx排放量的相对误差分别为14.2%、3.7%、32.7%,其相关系数分别达到0.73、0.72、0.87,表明CMEM模型能够较好地反映车辆在实际道路上排放的瞬时变化。对车辆在日本10-15工况、欧洲ECE工况、美国FTP城区工况及中国上海城市主干道路况上的排放和燃油经济性进行了计算。CMEM模拟结果发现,污染物排放水平随着车速的提高而下降,特别是超低速段（0～10 km/h）向低速段（10～20 km/h）过渡时,污染物排放水平的变化显著。车辆的加速过程在污染物排放过程中起主导性作用,其对污染物排放的贡献率在30%以上,个别甚至超过了70%。中国上海城市主干道工况的怠速过程对THC和CO的贡献率分别接近40%和30%,其CO排放因子分别是欧、美、日的1.3、1.5、1.4倍;THC排放因子分别是欧、美、日的1.5、2.1、1.9倍;NOx排放因子分别是欧、美、日的1.2、1.3、1.3倍。模拟车辆在中国上海城市主干道上的燃油经济性最差,仅为9.56 km/L。国外行驶工况不能真实地反映我国机动车在实际道路上的行驶状况。     

基于实测的船舶辅机大气污染物排放量估算

于2017年3月—2018年5月在广州市南沙港区选取不同吨位的5艘船舶进行登船实测,建立了基于燃油消耗的排放因子.结果表明,船舶辅机CO₂排放因子为(3085±439)~(3195±121) g·kg^-1,CO排放因子为(5.50±1.33)~(26.10±8.90) g·kg^-1,TVOC排放因子为(0.29±0.02)~(1.68±0.06) g·kg^-1,PM_2.5排放因子为(0.56±0.09)~(12.50±3.11) g·kg^-1,NO_x排放因子为(19.20±4.12)~(83.30±11.80) g·kg^-1,基于燃油消耗量,估算2017年广州港船舶停泊工况辅助发动机SO₂、CO、TVOC、PM_2.5和NO_x排放总量分别为736、(794±209)、(46.40±2.39)、(223.0±49.4)和(3237±698) t.船舶引擎功率对排放CO、TVOC和PM_2.5影响显著,引擎功率较低的船舶以上3种大气污染物排放因子更高.从吨位而言,≥10000总吨的船舶对SO₂、CO、TVOC和NO_x 4种大气污染物的排放分担率均超过50%,≤2999总吨的船舶则对PM_2.5的排放分担率最高.从船舶类型而言,分担率最高的是集装箱船,分别占SO₂、CO、TVOC、PM_2.5和NO_x排放总量的43.8%、30.8%、41.4%、16.3%和40.9%,此外,散货船、其他货船、顶推拖船和油船对排放量的分担率也较高,以上5种船舶占到了各类大气污染物排放总量的90%.     

城市机动车排放因子隧道试验研究

选取典型城市隧道进行机动车排放因子测试,应用隧道试验原理,通过连续48h的现场采样监测,获得了隧道内机动车排放污染物NO_x.CO、SO₂、PM₁₀、VOC和HC浓度、交通参数(车型、车速、交通流量)和气象参数(如风速、风量、温度、湿度)等实测数据.通过质量平衡计算出隧道内机动车NO_x.CO、SO₂、PM₁₀和HC的平均排放因子分别为1.379、15.404、0.142、0.637、1.857g·(km·辆)^-1.并在此基础上应用多元回归方法计算出8大类机动车各种排放污染物的单车排放因子.结果反映目前中国城市机动车污染物排放水平及各污染物排放特征.     

重型柴油车道路循环工况下排放特性的仿真分析

柴油车道路工况下NO_x排放和排温的动态特性对柴油机排气后处理系统的工作以及后处理系统控制策略的确定具有重要的影响.根据6114涡轮增压柴油机的万有特性及NO_x和排温的MAP图,仿真分析了道路循环工况下配有6114柴油机的重型柴油车的NO_x排放和排温的动态变化;研究了道路工况、行驶特征、驾驶行为以及柴油车载荷等对柴油车排放的影响规律.研究结果表明,城市道路循环工况下,柴油车NO_x排放的整体水平不高,但变化频繁、剧烈;高速公路道路循环工况下,柴油车NO_x排放整体水平较高,但变化平缓;加速过程,尤其是在高速区对柴油车排放的影响显著;冲动的驾驶方式会显著提高柴油车的排放水平;满载时,柴油车的高排放区将由半载时的高速高加速区向外扩展至其他工况点,高排放区显著增大.     

基于10辆轻型汽油车的实际行驶与台架工况排放特征及影响因素研究

利用便携式排放测试系统（Portable emission measurement system, PEMS）分析了10辆轻型汽油车分别在实验室台架和实际行驶排放（Real driving emission, RDE）工况下典型空气污染物的排放特征和影响因素.测试结果表明,轻型汽油车在冷启动和热启动阶段产生的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO_x）分别是热运行1阶段和热运行2阶段的28.0、 32.9、 28.4倍和4.0、 11.2、 5.4倍,表明车辆启动对机动车排放贡献显著.台架工况排放因子受车辆启动排放影响较大,在台架实验去除启动排放影响的情况下,台架CO₂、CO、HC和NO_x排放因子将分别减小2.3%±1.3%、44.2%±30.6%、47.5%±29.6%和44.9%±30.8%.在相同速度下,RDE工况下的CO₂排放因子相比不考虑启动排放的台架工况排放因子要高出31.7%±5.0%.单车瞬态排放数据分析结果表明,RDE测试相比于台架工况测试覆盖了更多的机动车行驶工况特征,可以更准确地量化车辆在实际道路行驶过程中不同工况下的排放特征.因此,开展RDE排放测试对于准确量化机动车尾气排放特征,尤其是对 建立微观尺度机动车排放清单支撑城市精细化管控具有重要意义.     

中国机动车排放清单的建立

以中国2002年各省统计年鉴中关于机动车及道路信息的数据为基础,并根据COPERTⅢ模型计算出的2002年中国各省区各种机动车类型在城区、郊区和高速公路3种行驶工况下的排放因子,应用GIS技术建立了40km×40km的高空间分辨率的中国机动车排放源清单.结果表明,2002年中国机动车排放CO、NO_x、NMVOC和PM₁₀的排放总量分别为2 815×10⁴、305×10⁴、461×10⁴和111×10⁴t,主要来源于摩托车和汽油小客车的排放.污染物排放量的空间分布显示出其排放集中于经济发达地区,10.8%、2.2%、9.7%和5.3%的国土面积分别排放了84%的CO、55%的NMVOC、48%的NO_x和48%的颗粒物,并呈现出东部高于西部、沿海高于内地的趋势,其中长江三角洲、珠江三角洲和京津地区的排放相对较强.     

EGR率对农用单缸柴油机燃用生物柴油的NOx与PM排放特性影响分析

单缸柴油机作为小型农用机械不可或缺的动力源,在使用过程中会产生大量污染物.其中氮氧化合物（NO_x）和颗粒（PM）是气溶胶的主要组成部分,对大气环境造成了严重污染.为有效改善农用单缸柴油机NO_x和PM排放,本研究通过添加生物柴油对柴油进行改质以及采用机内EGR净化技术两种方案,测量了柴油机分别燃用柴油B0,生物柴油调合燃料B20、B50在不同EGR率下的NO_x和PM排放.结果表明,采用EGR技术能够明显改善柴油机的NO_x排放,但同时会引起碳烟排放的增加.通过在柴油中添加生物柴油能够在一定程度上降低碳烟排放,其中高负荷、大EGR率条件下的改善最为明显.在2000 r·min^-1、75%负荷,EGR率为30%时,燃用B50的碳烟排放与燃用B0相比降低了47.3%.总体上柴油中添加生物柴油与EGR技术共同作用能够有效降低柴油机高负荷工况时的颗粒排放总数量.     

基于燃料生命周期的中国铁路排放趋势

铁路运输是现代运输的主要方式之一,在空气质量改善和"双碳"目标的双重约束下,厘清铁路运输CO₂和污染物排放趋势,对于交通领域的减污降碳工作具有重要意义.基于燃料生命周期法分析了中国火车2001~2018年的CO₂和污染物排放特征,在此基础上,结合情景分析评估了2019~2030年的铁路排放趋势.结果表明,随着铁路电气化进程的推进、内燃机车新车投入使用和燃油标准的不断升级,铁路运输燃料生命周期的CO₂和污染物排放整体分别呈上升和下降趋势,而其上游阶段的排放占比逐年升高.2018年铁路运输的CO₂、NO_x、CO、BC和SO_x排放总量分别为3780.29万t、11.98万t、3.94万t、0.20万t和3.08万t.情景分析表明,加快电力结构改善和降低单位运输能耗分别是降低铁路CO₂、SO_x和NO_x、BC、CO排放的最佳单一控制手段.积极应对铁路减污降碳工作的综合情景下,CO₂、NO_x、CO、BC和SO_x的减排率可分别达35%、37%、39%、32%和45%.电力结构改革和铁路电气化进程的停滞均会造成铁路运输排放总量的显著增加,铁路减污降碳工作仍需高度重视.     

2010~2015年我国水泥工业NOx排放清单及排放特征

基于我国2011~2015年水泥企业逐条生产线基础信息、活动水平及控制技术等数据,建立了水泥工业NO_x排放量计算方法和动态排放数据库.利用该方法,计算了2011~2015年逐条水泥生产线NO_x排放量,分析了2010~2015年我国水泥工业NO_x排放特征.结果表明,我国水泥工业NO_x排放量变化范围为168~199万t,自2010年的169万t增加到2012年的199万t,达到排放峰值,随后逐年下降,到2015年与2010年基本持平.水泥工业NO_x排放的地区分布不均衡,2015年安徽、四川、河南、湖南、云南、山东是排放量最大的省份,占全国排放总量的40%,上海、内蒙、山西、新疆、湖南、云南、四川是单位熟料NO_x排放强度最大的省份.从生产线规模来看,规模≥ 4000 t·d^-1的熟料生产线产量占比和NO_x排放量占比均最大,分别为68.5%和66.5%,单位熟料NO_x平均排放强度最低.水泥生产工艺结构的转变及水泥工业降氮脱硝工作的开展是影响水泥工业大气NO_x排放特征的主要因素.     

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.     

机动车源和民用燃料源颗粒物中有机碳和元素碳的排放特征

为了获取机动车源尾气和主要民用燃料源燃烧过程排放的颗粒物中含碳气溶胶的排放特征,使用多功能便携式稀释通道采样器和Model 5L-NDIR型OC/EC分析仪,采集分析了典型机动车源(汽油车、轻柴油车、重柴油车)、民用煤(块煤和型煤)和生物质燃料(麦秆、木板、葡萄树树枝)的PM₁₀和PM_2.5样品中的有机碳(OC)和元素碳(EC).结果表明,不同排放源释放的PM₁₀和PM_2.5中含碳气溶胶的质量分数存在显著差异.总碳(TC)在不同源PM₁₀和PM_2.5中的质量分数范围分别为40.8%～68.5%和30.5%～70.9%,OC/EC范围分别为1.49～31.56和1.90～87.57.不同源产生的含碳气溶胶均以OC为主,OC在PM₁₀和PM_2.5中的质量分数范围分别为56.3%～97.0%和65.0%～98.7%.在PM₁₀和PM_2.5的含碳气溶胶中OC质量分数按照从高到低...     

重型柴油车实际道路油耗与排放模拟及其应用研究

基于实际行驶状态下重型车动力需求和传动系统变化规律,建立了重型柴油车整车的瞬态油耗和排放模拟方法,可实现整车发动机工况及油耗与排放的实时模拟.为验证模型的有效性,利用重型车车载排放测试手段,以柴油公交车为研究案例,模拟并验证了车辆在实际运营线路上的油耗与排放水平.公交车综合线路实测百公里油耗为16.38L,NOx、CO和THC排放因子分别为4.44、3.35、1.96g·km-1,模拟结果与实测值基本吻合,其油耗与排放因子与实测值之比均在1.06倍左右.模拟结果显示,实测公交车怠速、NOx控制区及其它区域工况点分别占32.6%、7.1%和60.4%,增加10t负载或提高1.5倍车速可使发动机负荷利用率上升,控制区比例上升至18.4%和18.8%,同时增加负载和提高车速,控制区工况可提高至33.9%.相应地,增加负载或提高车速情景分别使车辆油耗与排放上升至1.5～1.7倍和1.6～1.8倍,同时增加负载和提高车速,油耗与排放可增至2.5倍～3.0倍,控制区油耗与排放比例均有大幅度上升.总体上,该模型方法可以为评价和研究重型柴油车在实际道路上的能耗及其排放状况提供新的模拟方法和分析手段.     

运用CMEM模型计算北京市机动车排放因子

采用由美国加州大学Riverside分校开发的综合模式排放模型(CMEM)分析和研究北京市机动车污染物的排放特征,以9辆代表北京市典型技术类型的轻型机动车为实验车辆,收集了运行CMEM模型所需要的数据和参数.通过CMEM模型Access 2.02版本计算,得到了在不同交通行驶状况下北京市4类典型轻型机动车的CO2,CO,HC,NOx单车排放因子及各车型综合排放因子.通过与同一车辆的在路实测排放因子比较发现,用CMEM模型计算的CO,HC和NOx与实测排放因子及排放特征有较好的一致性,因此适用于计算北京市机动车CO,HC和NOx排放因子.      

中国城市轻型车的排放特性

采用机动车实际上路排放测试系统对北京、重庆和成都3城市27辆轻型车进行了测试和分析;采用发动机比功率VSP、发动机负荷ES和排放单元BIN分析了轻型车瞬态排故的特征及影响排放的主要因素.结果表明.发动机技术和累计行驶里程对排放的影响很大,而VSP等概念还反映了道路坡度对排放因子的影响;由于城市道路坡度的差异,导致同一测试车辆在重庆和成都2个城市的排放水平相差10%～100%.     

重型柴油车污染物排放因子测量的影响因素

为了调查我国重型柴油车排放污染物的基本水平,确定CO、HC、NO_x和颗粒物等污染物的排放因子,利用满足国Ⅲ排放标准的重型柴油车,分别采用PEMS(portable emission measurement system,车载排放测试系统,由便携式SEMTECH-DS型气态污染物排放测量设备和DMM颗粒物排放测量设备组成)及满足法规排放测量要求的重型车整车底盘测功机方法,研究了不同负载(0%、50%、100%及120%)和2种测试工况对重型车排放因子测量的影响. 结果表明:过载(120%负载)下NO_x和颗粒物等排放因子均比零负载下高出近90%;在平均车速较低、怠速时间长的VECC工况下,气态污染物、颗粒物的排放因子比平均车速高、怠速时间短的C-WTVC工况高出30%左右;PEMS系统和重型车底盘测功机系统所测气态污染物排放因子的相关性较好,但DMM颗粒物排放测试设备与重型车整车底盘测功机所测的颗粒物排放因子相差可达50%左右.      

ETC系统运行的环境影响分析

为了评估ETC系统运行的环境影响,采用PARAMICS微观仿真平台,结合综合尾气排放模型(CMEM),建立收费站交通运行模型.通过PARAMICS提供的API函数对车辆换道模型进行建模,并对仿真平台的关键参数进行校验,使仿真结果符合收费站的实际运行情况.在此基础上,从油耗和尾气排放量等方面对收费站运行情况进行定量分析.针对车道流量、车辆通过速度以及ETC车辆比例等因素,研究ETC车道以及收费站运行过程的环境影响.结果发现,通过ETC车道的车辆油耗总量随流量增长呈线性增长趋势,通过速度的提高使通过车辆的油耗总量和尾气排放量快速下降.最后选择华南快速干线新港东收费站进行实例分析并提出实施ETC系统的改进建议.      

国六重型柴油车挥发性有机物排放特性

选取5辆典型国六重型柴油车,进行基于C-WTVC的挥发性有机物（VOCs）排放测试,分析了包括7种苯系物以及14种醛酮类物质的比排放量.结果表明,甲苯、苯、苯乙烯是国六重型柴油车苯系物排放的主体物质,占总量的60%~86%;而甲醛、乙醛、苯甲醛是醛酮污染物的主要物质,占总量的72%~87%.在同时包含市区、市郊和高速综合工况的试验车会产生较高的苯系物和醛酮类物质的排放,苯、苯乙烯在综合工况下的比排放量分别为处于市郊工况车型的1.25倍、1.45倍,市区占比为40%的货车具有最高的甲醛比排放量20.84mg/（kW×h）,有超甲醇车甲醛排放限值的风险;在市郊工况下车型的甲苯、乙醛排放平均分别为其余车型的1.65倍、2.1倍.测试车辆的臭氧潜势均值达到（249.53±10） mgO₃/（kW×h）.     

Carbonyl emissions from heavy-duty diesel vehicle exhaust in China and the contribution to ozone formation potential

Fifteen heavy-duty diesel vehicles were tested on chassis dynamometer by using typical heavy duty driving cycle and fuel economy cycle. The air from the exhaust was sampled by 2,4- dinitrophenyhydrazine cartridge and 23 carbonyl compounds were analyzed by high performance liquid chromatography. The average emission factor of carbonyls was 97.2 mg/km, higher than that of light-duty diesel vehicles and gasoline-powered vehicles. Formaldehyde, acetaldehyde, acetone and propionaidehyde were the species with the highest emission factors. Main influencing factors for carbonyl emissions were vehicle type, average speed and regulated emission standard, and the impact of vehicle loading was not evident in this study. National emission of carbonyls from diesel vehicles exhaust was calculated for China, 2011, based on both vehicle miles traveled and fuel consumption. Carbonyl emission of diesel vehicle was estimated to be 45.8 Gg, and was comparable to gasolinepowered vehicles （58.4 Gg）. The emissions of formaldehyde, acetaldehyde and acetone were 12.6, 6.9, 3.8 Gg, respectively. The ozone formation potential of carbonyls from diesel vehicles exhaust was 537 mg O3/km, higher than 497 mg O3/km of none-methane hydrocarbons emitted from diesel vehicles.     

广州市移动源现状及其污染控制管理对策

通过对广州市机动车辆构成状况和发展趋势、车流变化与氮氧化物变化关系以及各类车型污染排放分担率的分析,结果表明:在排放污染物的移动源中,小型车(出租车及其他小型车)和摩托车是一氧化碳、碳氢化合物的主要排放源;公共汽车等大型车是氮氧化物的主要排放源之一。并提出对广州市机动车污染控制应着重控制摩托车、小型车(特别是轿车,包括出租车)、公共汽车的污染排放。