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。     

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.     

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.      

重型柴油车实际道路排放与行驶工况的相关性研究

采用SEMTECH-D车载排放测试仪测量了东风柴油卡车在城市实际道路工况以及等速和加速工况下的油耗及污染物排放状况.测试结果显示,测试卡车实际道路综合百公里油耗为17.8 L,NOx、CO和HC排放因子分别为3.96、8.86和2.15g·km-1.其中主干道路况相对较差,油耗与排放因子较高,是所有测试道路平均水平的1.3～1.8倍左右.研究结果表明,重型车油耗及污染物排放与各行驶工况下的速度、加速度均密切相关,车辆在高速加速行驶状态下易产生高排放.车辆在30～50 km·h-1速度区间内等速行驶时,油耗与排放因子最为经济且环境友好.车辆在加速行驶时,油耗与NOx、CO排放因子可达到城市实际道路平均水平的2.0、2.2、1.4倍,急加速时达到2.8、2.1、14倍.应用比功率概念可准确描述车辆在各运行工况下的排放水平,但在重型车上缺乏实验依据,有待进一步研究.     

柴油车加载减速工况烟度排放测试软件开发

依据《柴油车加载减速烟度排放标准》和《柴油车加载减速工况烟度检测计算机控制试验规程》的要求,开发了柴油车加载减速工况烟度排放测试软件。详细介绍了该测试软件的功能和特点。     

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NOx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...     

法规工况下轻型汽油车氨排放特征

为掌握轻型汽油车NH₃排放实际状况,以一辆配备三元催化转化器(three-way catalytic converter,TWC)的国Ⅵ轻型汽油车为研究对象,分别在全球轻型汽车驾驶工况(worldwide light-duty test cycle,WLTC)、中国轻型汽车行驶工况(China light-duty vehicle test cycle,CLTC)和美国联邦测试规程(federal test procedure,FTP-75)下进行NH₃排放测试,分析WLTC工况下的瞬时NH₃排放特征,以及不同环境温度(?7、0、23、35 ℃)对NH₃排放的影响,并对比3种测试工况下的NH₃排放因子. 结果表明:①在WLTC工况下,车辆冷起动前50 s未检测到NH₃,NH₃排放主要集中在低速段和中速段(前900 s),在高速段和超高速段,仅有极少量的NH₃生成. 轻型汽油车在低速(v<40 km/h)的加速区间内,NH₃排放量较高. ②随着环境温度的升高,NH₃排放因子呈下降趋势,35 ℃时略微有所上升. 其中,?7 ℃下低速段的NH₃排放因子分别是0、23和35 ℃下的1.4~2.2倍;在WLTC工况下,各种测试环境温度下车辆的NH₃排放因子均表现为低速段>中速段>高速段>超高速段;在3种工况下,轻型汽油车的NH₃排放因子差异较大. 其中,测试车辆在WLTC工况下的排放因子最小. 研究显示,在低温(?7 ℃)环境下轻型汽油车NH₃的排放量相对较高.      

轻型汽油车稳态工况下的尾气排放特征

选取不同排放标准的127辆轻型汽油客车和10辆轻型汽油货车为研究对象,利用便携式车载测试系统(portable emission measurement system, PEMS)结合台架稳态工况(acceleration simulation mode, ASM),探究了不同工况与车辆参数对轻型汽油车气态污染物二氧化碳(CO_2)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO_x)、碳氢化合物(HC)和甲烷(CH_4)排放的影响.结果表明,轻型汽油车气态污染物在怠速工况下的排放率较低,仅为加速工况和匀速工况的22.9%和25.8%.污染物排放特征与工况密切相关,CO_2和NO_x在加速工况时的排放率小于匀速工况,而CO、HC和CH_4在加速工况时的排放率却大于匀速工况.在低速稳态下,轻型汽油客车和轻型汽油货车CO_2、CO、NO_x、HC和CH_4的排放因子分别为383.20、 2.98、 1.60、 0.14和0.03 g·km~(-1)和360.66、 2.64、 1.61、 0.005 5和0.002 7 g·km~(-1).排放标准的加严带来了明显减排效果,CO、NO_x、HC和CH_4的排放因子从国Ⅰ～国Ⅴ分别下降了87.5%、 97.3%、 97.9%和86.4%.车龄、行驶里程和基准质量与车辆污染物的排放存在非线性关系,发动机排量与机动车的尾气污染物的排放呈正相关.     

轻型柴油车排放特性与机动车比功率分布的实例研究

引入机动车比功率概念研究了驾驶条件(DrivingCondition)对机动车排放的影响及二者间的关系.利用美国Sensors公司生产的SEMTECH-D车载排放测试仪在上海选取2辆轻型柴油客货两用车开展了实际道路排放测试.测试道路包括城市快速道、主干道和次干道,2辆轻型车测试的道路全长分别为31·8和39·7km.通过计算逐秒的比功率值,研究了实际行驶中机动车比功率(VSP)与机动车油耗、空燃比和污染物排放的关系.回归分析结果表明,比功率比加速度能够更好地反映与NOx排放之间的关系,不同道路上机动车的CO、TC、NOx排放速率和油耗的比功率区间(VSPbin)分布具有较好的一致性.实测研究中VSPbin分布于-20~20kW·t-1的范围内,其中超过50%的数据分布在-3~1kW·t-1之间.高排放集中在分布频率较低的高VSP区间.应用污染物排放与VSP分布的关系式和VSPbins的频率分布可以估算机动车污染物排放总量.排放速率计算式具有一定的不确定性,还有待将来进一步修正.     

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.     

重型柴油车车载排放实测与加载影响研究

采用车载排放测试仪,对2辆重型柴油卡车在空载和加载条件下进行实际道路车载排放测试.通过分析获得了油耗与排放速率的速度-加速度及其工况点的分布,发现高油耗与高排放工况点主要集中在高速加速区域,加载时油耗与排放高值随工况点分布更广;车辆在(30±2.5)km·h^-1等速及加速行驶时受加载影响最大,此时加载油耗与排放约是空载的1.6～3.2倍左右;由实测结果发现,卡车Ⅰ和卡车Ⅱ加载时油耗及CO、HC、NO_x排放因子分别是空载的1.6倍、3.5倍、1.1倍、1.5倍以及1.2倍、1.0倍、0.9倍和1.5倍,加载对油耗与NO_x排放影响最为明显,对HC影响最小,CO影响取决于车辆保养水平;卡车Ⅱ较卡车Ⅰ车型更大,发动机功率更高,相同荷载时受加载影响较小,说明重型车在发动机负荷可承受的范围内合理装载,有助于避免油耗与排放恶化,提高燃油经济性和排放水平.     

交叉口机动车尾气污染扩散模型综述

文章介绍了美国主要的交叉口尾气污染扩散模型,并对模型进行了比较评价,探讨了传统交叉口扩散模型的缺陷;介绍了国内外交叉口尾气扩散研究的最新发展动态,最后提出了提高模型精度和发展新模型的几点建议。     

IVE机动车排放模型应用研究

对IVE模型进行了系统分析和介绍,以北京市为研究对象给出了模型的主要输入参数的确定方法和思路,运用IVE模型对北京市不同车型车队的排放进行计算。结果显示：公交车和卡车的排放因子明显较高,特别是颗粒物排放因子,分别为普通轻型车的14和44倍。北京市机动车的CO、VOC、NOx和PM的平均日排放总量分别为2767.4、182.5、353.8和7.1t。对于CO和VOC,普通轻型车的分担率分别为42.0%和34.7%;对于NOx和PM而言,卡车的贡献率最高,分别达到66.3%和83.0%。此外,比较了IVE模型与MOBILE6模型的方法和计算结果,讨论了IVE模型在我国的主要应用优势。     

交通仿真与GIS在尾气扩散模拟中的应用研究

以机动车尾气扩散模型为核心,采用集成微观交通仿真平台PARAMICS和地理信息系统建立城市道路交通环境模拟系统(UTESS)的方法,将交通仿真技术与GIS技术应用到机动车尾气污染扩散模拟中。以广州市为例,给出了该系统的验证过程与应用实例。文章通过模拟道路下风侧接受点逐时的CO与NOX浓度进行验证,模拟值与实测值的平均相对误差分别为25.1%和15.6%;应用实例采用UTESS模拟路网上空10m高度的CO浓度分布,模拟结果较好的反映了不同路段交通流对CO浓度空间分布的影响。     

在用环卫车燃用F-T柴油的排放特征

为开展柴油车替代燃料示范应用工作,通过3辆国Ⅳ环卫车整车转鼓试验,详细考察了分别燃用京Ⅴ柴油和费托合成(F-T)柴油时的体积油耗和尾气排放特征。通过道路试验验证了在实际工作状态下15辆在用环卫车的体积油耗和排气烟度变化情况。转鼓试验结果表明：与京Ⅴ柴油相比,F-T柴油的体积油耗增加1.2%~4.7%,但CO₂排放量减少了0.2%~3.3%;CO、总碳氢（THC）排放水平较低,变化幅度不大;NO_x和PM排放量均有大幅降低,分别降低了14.8%~47.2%和46.5%~55.0%。道路验证试验结果表明：燃用F-T柴油时所测环卫车的体积油耗平均增加4.8%,尾气烟度平均下降28.9%。F-T柴油是较好的车用替代/补充燃料。