重型柴油车NOx排放因子与其浓度相关性研究

重型柴油车排放的NO_x污染物对环境空气质量影响较大,受排放标准、排放控制技术水平、检测方法、驾驶工况等众多因素的影响,当前较难整体评估在用重型柴油车的实际排放状况.本研究首先通过发动机排放台架试验及实际道路排放(PEMS)循环试验,探究了重型柴油车NO_x排放因子与NO_x平均浓度之间的内在联系;其次,研究了远程监控有效数据筛选规则,提出了一种基于NO_x日均浓度评估远程监控重型柴油车NO_x排放因子的方法.结果表明：重型柴油车发动机排放台架、PEMS循环试验的NO_x排放因子均与NO_x平均浓度呈较强相关性,相关系数(R²)为0.99.通过远程监控平台监测数据验证了重型柴油车的NO_x排放因子与NO_x日均浓度有一定相关性,R²高于0.9(p<0.01).因此,可用重型柴油车排放的NO_x日均浓度来表征整车污染物排放情况.研究显示,安装...     

重型天然气车实际道路排放特征与机理研究

为掌握重型天然气车在实际道路行驶过程中的排放特性,使用便携式车载排放测试系统(PEMS)对2辆国Ⅴ重型天然气车(简称“国Ⅴ车辆”)和2辆国Ⅵ重型天然气车(简称“国Ⅵ车辆”)进行实际道路排放测试,分析了CO和NO_x的排放特征和不同工况下的排放因子. 结果表明:①国Ⅴ车辆在3种代表性道路类型(市区路、市郊路、高速路)下CO和NO_x的高排放区主要分布在中低速区域的加速阶段,而国Ⅵ车辆CO和NO_x的高排放区在市区和市郊路上主要集中在速度大于30 km/h区间,在高速路两种污染物的高排放区分布较为零散. ②根据MOVES模型划分机动车比功率区间(VSP Bin)后发现,国Ⅵ车辆在Bin 11~Bin 18区间,CO和NO_x排放速率基本稳定且处于较低水平;在Bin 21~Bin 28区间,CO和NO_x排放速率均随VSP的增加而逐渐升高. ③国Ⅴ车辆综合工况下CO和NO_x排放因子分别为国Ⅵ车辆的1.1~3.9和3.3~8.2倍,其中,在市区路分别为3.0~25.0和11.3~30.2倍. ④国Ⅴ车辆的NO₂/NO_x(浓度比,下同)远高于国Ⅵ车辆,且在高速路国Ⅴ和国Ⅵ车辆的NO₂/NO_x均最低. 此外,对比不同研究的测试结果发现,本研究国Ⅵ车辆的CO和NO_x排放因子高于其他研究中国Ⅵ重型柴油车. 研究显示,国Ⅵ车辆的CO和NO_x排放因子均低于国Ⅴ车辆,且在市区路下与国Ⅴ车辆差距更明显,因此,推广使用国Ⅵ天然气车,逐步淘汰采用稀薄燃烧技术的天然气车,能有效减少NO_x的排放.      

基于车载测试的国VI重型柴油车CO2和NOx排放研究

利用便携式尾气测量系统（PEMS）对一辆国Ⅵ重型柴油车在北京（低温）和厦门（常温）分别进行0、50%和90%负载的实际道路排放测试.结果表明,国Ⅵ重型柴油车CO₂基于功率平均排放为685 g·kWh-1,行驶阶段CO2基于里程的排放因子平均为662.35 g·km-1.NOx排放比国Ⅵ标准限值低68.3%.NOx基于功率的排放因子为82.6 mg·kWh-1,较国V下降98.6%,行驶阶段NO_x基于里程的排放因子较国V下降99%,国Ⅵ重型柴油车实际道路排放控制效果良好.研究发现,较高的NO_x排放主要集中在急加速段,并在长下坡结束时,出现NO_x排放峰值.此外,6次测试冷启动NO_x排放占整个测试阶段总排放的23.5%～56.7%.CO₂和NO_x排放随速度增加呈下降趋势,50%负载和90%负载时NO_x的排放因子接近10%负载的2倍.低温时CO₂和NOx排放因子较常温时分别升高17.7%和4.5%,...     

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.     

中国重型柴油车后处理技术研究进展

我国柴油车（尤其是重型柴油车）污染问题突出,亟须重点控制.为此,对我国重型柴油车后处理技术的主要研究进展进行了综述与展望.结果显示:我国自柴油车国Ⅳ标准实施以来,后处理技术已经成为柴油车尾气污染控制的必备技术.目前发展出的主要后处理技术包括用于控制CO和HC排放的柴油机氧化催化剂（DOC）、用于控制PM排放的柴油颗粒捕集器（DPF）、用于控制NO_x排放的选择性催化还原技术（SCR）.我国国Ⅳ和国Ⅴ阶段主要采用SCR技术路线控制重型柴油车污染排放,而国Ⅵ阶段严苛的标准要求为柴油车污染物排放控制带来巨大挑战,需要将多种后处理技术进行耦合,并且需要将后处理系统与发动机系统进行融合.除柴油车新车外,我国在用柴油车也需要有针对性地开展污染治理,主要涉及NO_x和PM高效协同减排技术和排放在线监管技术.      

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.      

我国重点行业氮氧化物管控现状及减排策略

氮氧化物(NO_x)减排对于我国细颗粒物(PM_2.5)与臭氧(O₃)复合污染的协同控制至关重要.本文对我国重点行业NO_x管控现状和减排策略进行了综述与展望.研究表明,我国NO_x排放主要来源于工业炉窑和柴油机尾气,其中工业烟气NO_x排放主要来源于钢铁、建材和有色等行业;柴油机NO_x排放主要来源于柴油车、非道路移动机械与船舶.NO_x减排策略主要包括技术措施和政策措施,其中技术措施主要包括清洁燃烧,如低氮燃烧、废气再循环、清洁燃料替代等,以及后处理净化技术,如选择性催化还原技术、选择性非催化还原、臭氧氧化吸收等;政策措施主要包括提升NO_x排放标准,加强排放智能监测监管,布局新能源相关技术等.研究显示：现阶段,机动车和非电行业的NO_x减排仍有较大空间;未来,在“碳达峰碳中和”背景下,通过发展大气污染物和温室气体的协同控制技术,将进一步深度减排NO_x,实现PM...     

基于车载测试的轻型汽车排放特征

选择11辆轻型汽车作为研究对象,利用车载测试系统(portable emission measurement system,PEMS)研究了轻型汽车气态污染物排放和油耗特征。结果表明：轻型汽车一氧化碳(carbon monoxide,CO)、氮氧化物(nitrogen oxides,NO_x)和总碳氢化合物(total hydrocarbons,THC)的排放因子分别为(910.4±822.6)、(58.0±48.3)和(21.6±16.1)mg/km,且其排放速率随发动机比功率-速度(vehicle specific power-velocity,VSP-v)增大而增加,冷启动期间CO、NO_x和THC的排放量占排放总量的11.2%±2.1%、3.7%±5.4%和52.7%±4.6%。轻型汽车瞬态油耗速率随VSP-v的增大而增加,车辆相对油耗在平均车速低于15 km/h时显著上升,车速在40 km/h以上时油耗随车速变化呈平稳的趋势。20℃时CO、NO_x和THC排放速率高于1℃时的排放速率;1℃的环境温度使油耗速率增加,尤...     

基于交通流的成都市高分辨率机动车排放清单建立

提出一种基于交通流监测数据的道路机动车高分辨率排放清单建立方法,对成都市道路交通流特征进行分析并建立了成都市机动车尾气高分辨率排放清单.结果表明,成都市道路车流量及排放均呈现明显的"双峰"分布,早晚高峰时段机动车通行量占全天的39.85%,车队结构中排放标准以国Ⅳ车为主,车辆类型以小型车为主,燃料类型以汽油车为主;道路机动车SO₂、NO_x、CO、PM₁₀、PM_2.5、BC、OC和VOCs(不含驻车蒸发)日排放量分别为3.89、 162.08、 324.11、 4.79、 4.36、 1.89、 0.78和44.37 t,空间分布整体呈现从城市中心到外围排放强度逐渐降低趋势,时间分布基本呈现"双峰"分布,颗粒物相关指标受货车流量影响较大; NO_x、PM₁₀、PM_2.5、BC和OC主要来源为大型柴油车,CO主要来源为小型汽油车,其中大型车对NO_x的贡献率达80%;基于保有量的计算方法对成都市道路机动车污染物排放存在一...     

基于随机森林的开封市重型柴油车NOx排放总量估算模型

近年来,在相关法律文件的推动下,监控平台技术得到发展与应用,有助于准确、实时获取海量实车行驶和排放数据,为建立机动车排放清单提供了重要数据基础.基于此背景,本文依托河南开封重型柴油车远程监控平台排放大数据,考虑了中观尺度上的活动因子分布特征及活动因子的影响权重,利用随机森林回归模型对重型柴油车污染物排放量预测方法进行研究.结果表明：①开封市重型柴油车行驶工况呈Ω型分布,而且随着发动机排量的增大,工况范围有逐渐缩小的趋势,且重型柴油车有20%的时间行驶在怠速区域和至少40%的时间行驶在中低转速区域.②在样本车中,在活动因子影响程度占比排序方面,有超过80%的柴油车将车速排在首位,其次分别是SCR床温、废气流量、发动机转速、燃料流量.③NO_x排放总量估算模型计算的6种典型排量下的重型柴油车NO_x排放总量与实际排放总量相比,误差不超过25%,能够满足实际需求.     

Real-world gaseous emission characteristics of natural gas heavy-duty sanitation trucks

As compared to conventional diesel heavy-duty vehicles, natural gas vehicles have been proved to be more eco-friendly due to their lower production of greenhouse gas and pollutant emissions, which are causing enormous adverse effects on global warming and air pollution. However, natural gas vehicles were rarely studied before, especially through on-road measurements. In this study, a portable emission measurement system (PEMS) was employed to investigate the real-world emissions of nitrogen oxides (NOx) (nitrogen monoxide (NO), nitrogen dioxide (NO₂)), total hydrocarbons (THC), carbon monoxide (CO), and carbon dioxide (CO₂) from two liquified natural gas (LNG) China V heavy-duty cleaning sanitation trucks with different weight. Associated with the more aggressive driving behaviors, the vehicle with lower weight exhibited higher CO₂ (3%) but lower NOx (48.3%) (NO₂ (78.2%) and NO (29.4%)), CO (44.8%), and THC (3.7%) emission factors. Aggressive driving behaviors were also favorable to the production of THC, especially those in the medium-speed range but significantly negative to the production of CO and NO₂, especially those in the low-speed range with high engine load. In particular, the emission rate ratio of NO₂/NO decreased with the increase of speed/scaled tractive power in different speed ranges.     

国Ⅲ柴油公交车尾气排放实际道路测试研究

应用车载式尾气排放测试设备对北京国Ⅲ排放标准的柴油公交车在实际道路上的尾气排放特征进行了实测研究,测试时间为10 552 s,行驶里程达到61.97 km,共获得10 552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。车辆在实际道路上尾气排放NOx、CO、THC和PM的排放因子分别为14.12±2.54g/km、8.04±2.51 g/km、0.158±0.022 g/km和3.16±1.73 g/km。研究结果表明,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的排放速率。车速小于10 km/h时排放因子远大于车速较快时的排放因子,车辆在加速时的排放因子最大,减速时最小。车辆在30 km/h～50 km/h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。测试车辆排放的颗粒形态主要集中在累积模式,属于纳米或超细微粒。     

Control of diesel soot and NOx emissions with a particulate trap and EGR

The exhaust gas recirculation(EGR), coupled with a high-collection efficiency particulate trap to simultaneously control smoke and NOx emissions from diesel engines were studied. This ceramic trap developed previously provided the soot cleaning efficiency of 99%, the regeneration efficiency reaches 80% and the ratio of success reaches 97%, which make EGR used in diesel possible. At the presence of EGR, opening of the regeneration control valve of the trap was over again optimized to compensate for the decrease of the oxygen concentration in the exhaust gas resulted from EGR. The results indicated the cleaning efficiency and regeneration performance of the trap were maintained at the same level except that the back pressure increased faster. A new EGR system was developed, which is based on a wide range oxygen(UEGO) sensor. Experiments were carded out under steady state conditions while maintaining the engine speed at 1600 r/min, setting the engine loads at 0%, 25%, 50%, 75% and 100%respectively. Throughout each test the EGR rate was kept at nine different settings and data were taken with the gas analyzer and UEGO sensor. Then, the EGR rate and engine load maps, which showed the tendencies of NOx, CO and HC emissions from diesel engine,were made using the measured data. Using the maps, the author set up the EGR regulation, the relationship between the optimal amounts of EGR flow and the equivalence ratio, σ, where σ = 14.5/AFR.     

青岛市在用港作机械排放特性

利用车载排放测试系统（PEMS）对青岛港内的港作机械污染物排放进行测定尤其是不同类型港作机械在典型工况下的排放特征,同时,计算港作机械的排放因子.结果表明,港作机械作业工况排放速率最大,是怠速工况的1.34~2.66倍,当港作机械功率高于130kW时,上述数据攀升为4.18~41.56倍,对于大功率港作机械来说,怠速工况难以较好地反映作业工况下的实际排放量.通过基于排放因子的分析,CO,THC与NO_x排放因子在3个工况下均较为接近,差距在2倍以内.但是大气颗粒物（PM）排放因子体现了不同规律,部分机械作业工况下的PM排放因子是怠速工况下的10倍以上.使用时间超过4500h,污染物排放量增加,尤其是叉车的污染物排放因子高出1.64~8.25倍.港作机械实际排放水平较非道路机械平均水平高出1.5~2倍.利用双怠速检测法发现不同排放标准间CO、THC与PM排放水平差距在1.73~5.38倍,但是NO_x排放水平过于相近,不能有效区分.     

不同行驶工况下轻型柴油车瞬时排放的CMEM模拟研究

以轻型柴油车为研究对象,给出了轻型柴油车瞬时排放计算模型的结构和主要输入参数,并将车辆在实际道路上的瞬时排放计算结果与实测数据作了对比验证.结果表明,THC、CO以及NO_x排放的相对误差分别为14.2%、 3.7%和32.7%,相关系数分别达到0.73、 0.72和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城区工况及上海城市主干道路况上的排放和燃油经济性进行了模拟计算.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^-1向10～20 km·h^-1过渡时,污染物排放水平变化显著.车辆的加速过程在污染物排放过程中起主导作用,其对污染物排放的贡献在30%以上,个别甚至超过70%.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%,CO、THC、NO_x排放因子分别是欧美日的1.3、 1.5、 1.4倍,1.5、 2.1、 1.9倍以及1.2、 1.3、 1.3倍.模拟车辆在上海城市主干道上的燃油经济性最差,仅9.56 km·L^-1.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.     

Modeling and predicting low-speed vehicle emissions as a function of driving kinematics

An instantaneous emission model was developed to model and predict the real driving emissions of the low-speed vehicles. The emission database used in the model was measured by using portable emission measurement system (PEMS) under actual traffic conditions in the rural area, and the characteristics of the emission data were determined in relation to the driving kinematics (speed and acceleration) of the low-speed vehicle. The input of the emission model is driving cycle, and the model requires instantaneous vehicle speed and acceleration levels as input variables and uses them to interpolate the pollutant emission rate maps to calculate the transient pollutant emission rates, which will be accumulated to calculate the total emissions released during the whole driving cycle. And the vehicle fuel consumption was determined through the carbon balance method. The model predicted the emissions and fuel consumption of an in-use low-speed vehicle type model, which agreed well with the measured data.     

高低压废气再循环系统(EGR)对进气道喷醇式柴油甲醇双燃料发动机的影响

以一台加装了进气道喷醇系统（MIIA）、高低压废气再循环系统（EGR）的2.8 L增压中冷高压共轨直喷柴油机为平台,在不同负荷下开展不同外部EGR循环方式对进气道喷醇式柴油甲醇双燃料发动机性能影响的试验研究.结果表明,柴油甲醇组合燃烧（DMCC）技术对EGR技术具有良好兼容性.在采用国VI排放法规标准规定的稳态试验循环（WHSC）测试条件下,借助EGR技术的DMCC发动机氮氧化物（NO_x）排放会显著降低且颗粒物（PM）保持在较低水平,打破了NO_x-PM的trade-off关系.此外,不同EGR方式对排放特性、进排气参数、燃烧特性和经济性能的影响存在显著差异,耦合排气背压阀（BPV）后的低压EGR策略可实现更高的EGR率,将NO_x排放降至国VI限值附近.但同等EGR率下发动机采用高压EGR更具优势,利于均质混合气的形成,增加预混燃烧占比,获得更高的燃烧效率和热效率.然而受限于高EGR率需求,采用单一型式EGR策略实现DMCC发动机满足国VI限值仍存在困难.     

基于远程数据的重型柴油车实际道路碳排放测算准确度

利用车载排放测试系统(PEMS),对3辆加装有车载诊断系统(OBD)远程监控设备的重型柴油车进行实际道路排放测试,以获取车辆实际道路基于电子控制器单元(ECU)的OBD远程油耗数据,分析碳排放结果的准确性及其影响因素.研究发现,基于碳平衡法获取的ECU油耗换算CO₂与车载排放测量系统(PEMS)直接测量的CO₂排放结果存在差异,二者偏差平均为2.06%.对影响ECU碳排放计算的关键因素(ECU油耗量和ECU行驶距离)的准确性进行了分析,发现ECU油耗的偏差均在3%以内,而ECU测量距离的平均偏差为2.41%.ECU油耗和行驶距离的准确度会受到车速、加速度和整个行程动态的影响.当车辆低速行驶时,其准确度较低.