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。     

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.     

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.      

公交柴油车道路排放特征的实测研究初探

利用GPS和SEMTECH-D车载排放测试仪测量了上海市公交车行驶工况和公交柴油车在市区道路上的排放状况.该研究共获得193400组公交车行驶工况数据,累计测量里程820 km,排放数据75420个.测量结果显示,上海市公交车平均车行速度14 km·h-1,最高车速为60 km·h-1;市区公交车平均车行速度14 km·h-1,最高车速小于60 km·h-1,市区公交车的怠速时间比在25%以上.被测公交柴油车的CO、THC和NOx平均里程排放因子为(3.41±0.86)、(1.95±0.47)和(4.56±0.99) g·km-1,与陈长虹等人2005年提供的卡车3和卡车5的排放状况相近.测量结果还显示,被测车辆进出站时单位里程排放量是正常行驶条件下的10倍.此外,在交通高峰期或拥堵期,车行速度降低至0～5 km·h-1时,被测公交柴油车的CO、THC和NOx平均里程排放因子升高至17.49、6.68和15.85 g·km-1,是平均车速时候的5.13倍、3.4倍和3.48倍,车辆排放污染将明显加剧.测量结果说明,加强城市交通管理,减少车辆拥堵,不仅可以提高公交车运行效率,而且也是降低公交车污染的有效措施.     

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.     

宁波市实际道路下汽车排放特征的研究

采用一套车载尾气测试系统,对选取的6辆代表性车辆在宁波市实际道路行驶中的瞬时排放进行测试.该车载尾气测试系统可逐秒获取测试车辆在行驶过程中的排放、油耗、速度和位置等参数.根据测试结果,研究计算了6辆测试车辆的排放因子(g·km-1)和油耗(L·100km-1),并分析了汽车行驶特征对排放和油耗的影响.研究结果表明,落后技术(化油器)车辆的CO、HC和NOx分别是新技术(欧Ⅱ)车的7.9、15 5和2.4倍;汽车的CO和HC排放因子和百公里油耗随速度的增加而降低;怠速和变速对汽车排放和油耗有显著影响,变速行驶状态下,汽车CO、HC和NOx排放因子,以及百公里油耗,分别是匀速行驶状态下的1.18～1.61、1.17～1.42、1.08～1.42和1.08～1.24倍.     

重型机动车实际排放特性与影响因素的实测研究

利用美国Sensors公司生产的SEMTECHD车载排放测试仪在上海随机选择了7辆重型柴油车开展实际道路的排放测试,该实验累积测试道路长度为186km,共取得29090个逐秒的有效工况点数据,其中城市主干道12979个,次干道12368个,快速干道3743个.给出了车辆在不同道路上的工况点分布,分析了速度、加速度对燃油消耗、尾气排放的影响.测试结果表明,在选定的城市道路上,车流的平均怠速工况比为17%,加速工况比23.6%,等速工况比为31.0%,减速工况比为28.5%.被测车辆的CO、THC、NOx平均排放因子分别为(4.41±2.46)g·km-1、(1.77±1.17)g·km-1和(6.96±1.93)g·km-1,车辆排放状况因车速、加速度等因素而不同.测试结果基本反映了目前上海道路的交通状况和柴油卡车的排放现状,同时也说明过低的车速和频繁加减速是加重机动车污染的重要原因.     

天然气-汽油双燃料车实际道路排放特性研究

为研究使用天然气对轻型汽车排放的影响,利用便携式排放测试系统（PEMS）,对25辆压缩天然气-汽油双燃料出租车在实际道路上分别使用汽油和天然气时的CO2、CO、NOx和THC排放进行了对比测试.研究结果表明：实际道路上,原装车使用天然气相比汽油时,CO2、CO的排放平均分别降低22%和24%,NOx和THC的排放平均分...     

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.     

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%,...     

乌鲁木齐市城区机动车大气污染物排放特征

对乌鲁木齐市城区车辆信息(包括车流量和车辆构成、车辆控制技术水平、车辆行驶工况、车辆启动分布等)进行调研和测试,并根据IVE模型计算得到机动车污染物排放清单,获得分车型、燃料类型及启动/运行方式的机动车污染物排放分担率.结果表明:2011年乌鲁木齐市机动车CO、NO_x、HC和PM的排放量分别为20.22×104、2.60×104、1.84×104和0.44×10~4t·a~(-1),机动车污染物排放分担率差别显著,乘用车、公交车和重型货车是CO和HC主要排放源;重型货车和乘用车是NO_x的主要排放源;重型货车是PM的主要排放源.汽油车是CO和HC排放的主要来源,柴油车是NO_x和PM排放的主要来源,天然气车各类污染物排放量均较低.控制柴油重型货车是消减机动车污染物排放的重要方式.     

WLTC循环下汽油车氨排放影响因素分析

为研究WLTC（worldwide light-duty test cycle,全球轻型汽车驾驶循环）循环下常规污染物和行驶工况对汽油车NH₃排放的影响,选定一辆满足国Ⅴ排放标准、配备TWC（three way catalyst,三元催化器）尾气后处理装置的轻型汽油车,测定其在WLTC循环下CO₂、CO、NO_x和NH₃的摩尔排放量.结果表明:CO、NO_x与NH₃排放的线性相关系数分别为0.626和0.321.NH₃高排放的出现除了伴有CO的高排放外,还需车辆具有高速和持续的正向加速度.用配备TWC尾气后处理装置前、后NO_x排放量的差值表示NO_x的转化量发现,NO_x的高转化量并不一定对应NH₃的高排放量,在循环后期大量产生的NO_x会抑制NH₃的排放.由于VSP（vehicle specific power,比功率）能综合反映行驶工况,研究行驶工况对NH₃排放的影响时主要分析VSP与NH₃之间的关系,通过VSP聚类方法将VSP划分为不同区间,得出当VSP Bin（vehicle specific power bin,比功率区间）大于0时,基于CO₂的NH₃排放基本呈随VSP Bin增大而增加的规律,并且基于CO₂的NH₃排放量最大值对应的VSP Bin为持续正向加速工况.研究显示,常规污染物中CO和NO_x对NH₃的排放会产生不同程度的影响,加速度作为行驶工况的表征参数之一会直接或通过影响CO和NO_x的排放间接影响NH₃的生成.      

北京市2017年典型日机动车动态排放特征研究

为深入了解北京市路网机动车排放特征,采用自主开发的基于交通流的机动车动态排放模型,耦合北京市2017年交通流观测数据,测算了北京市机动车在工作日、非工作日、节假日、重污染日和重大活动日5种典型日工况下,主要路网上1 h时间分辨率、1 km×1 km空间分辨率下的时空分布特征.结果表明:①北京市二环路及以内区域和二三环之间(包括三环路)机动车排放强度较高,分别达到0.050和0.043 t/(km2·d).②北京市机动车NO_x排放分布规律性较强,主要分布在东南六环路方向及其联络线,以及东北、西北六环路方向及其联络线上,NO_x排放高峰值在05:00出现.③北京市机动车CO排放主要集中在城区五环路及以内区域,CO排放高峰值在18:00出现,五环路及以内区域及其联络线附近均为CO高排放区.④北京市5种典型日中,非工作日机动车排放量最大.研究显示,五环路及以内区域机动车污染控制应以轻型车为主,六环路及以外区域应以重型柴油车为主.      

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.     

Real-world fuel efficiency and exhaust emissions of light-duty diesel vehicles and their correlation with road conditions

The real-world fuel efficiency and exhaust emission profiles of CO, HC and NO_x for light-duty diesel vehicles were investigated. Using a portable emissions measurement system, 16 diesel taxies were tested on different roads in Macao and the data were normalized with the vehicle specific power bin method. The 11 Toyota Corolla diesel taxies have very good fuel economy of (5.9 ± 0.6) L/100 km, while other five diesel taxies showed relatively high values at (8.5 ± 1.7) L/100 km due to the variation in transmission systems and emission control strategies. Compared to similar Corolla gasoline models, the diesel cars confirmed an advantage of ca. 20% higher fuel efficiency. HC and CO emissions of all the 16 taxies are quite low, with the average at (0.05 ± 0.02) g/km and (0.38 ± 0.15) g/km, respectively. The average NO_x emission factor of the 11 Corolla taxies is (0.56 ± 0.17) g/km, about three times higher than their gasoline counterparts. Two of the three Hyundai Sonata taxies, configured with exhaust gas recirculation (EGR) + diesel oxidation catalyst (DOC) emission control strategies, indicated significantly higher NO₂ emissions and NO₂/NO_x ratios than other diesel taxies and consequently trigger a concern of possibly adverse impacts on ozone pollution in urban areas with this technology combination. A clear and similar pattern for fuel consumption and for each of the three gaseous pollutant emissions with various road conditions was identified. To save energy and mitigate CO₂ emissions as well as other gaseous pollutant emissions in urban area, traffic planning also needs improvement.     

北京市机动车新车排放标准效益的灰色关联评价

为对机动车排放的控制措施进行效益评估,引入“机动车当量排放”的概念,通过对执行不同时期新车排放标准的机动车计算当量排放,给出了北京市2000—2004年的机动车NO_x总排放量,并将该排放量与相应的区域环境污染物质量浓度进行了灰色关联分析. 结果表明,北京市交通环境ρ(NO₂)年际变化与基于当量排放的NO_x总排放量年际变化在总体上呈现中等程度的关联,说明实施新车排放标准对区域环境质量的改变有着较大的关联作用.      

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.     

辽宁省2000~2030年机动车排放清单及情景分析

机动车排放已经成为城市地区大气污染的主要来源.基于COPERT模型和ArcGIS技术,建立了2000~2030年辽宁省机动车排放清单,分析6类污染物（CO、NMVOC、NO_x、PM₁₀、SO₂和CO₂）排放的总体趋势与空间演变特征,同时以2016年为基准年,基于情景分析法设置8类控制措施情景并评估不同控制措施对污染物的减排效果.结果表明2000~2016年,机动车的CO、NMVOC、NO_x和PM₁₀排放量呈现先增后降的趋势,SO₂排放量呈现波动变化,而CO₂排放量则呈现持续增长态势.轻型载客车和摩托车是CO和NMVOC排放的主要贡献车型,重型载客车和重型载货车是NO_x和PM₁₀的主要排放源,SO₂和CO₂则主要是由轻型载客车排放.辽宁省中部及南部机动车排放量明显高于辽东和辽西.从城市层面来看,排放主要集中在沈阳市和大连市.情景分析表明,实施更加严格的排放标准可以增强减排效果,且升级排放标准的时间越提前减排效果越好.综合情景将实现减排最大化,强化综合情景对CO、NMVOC、NO_x、PM₁₀、CO₂和SO₂的削减率达到了30.7%、14.3%、81.7%、29.4%、12.3%和12.1%.     

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SO_2、NO_x、CO、PM_(10)、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、PM_(10)、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定高估,高估比例在1%～30%.