基于道路遥感监测的北京市汽油车大气污染排放水平及对标准修订的启示

机动车遥感监测（以下简称遥测）具有快速和便捷特点,可减轻人工执法工作量,为机动车污染排放监管和执法提供良好的支持.本研究对北京市2021年1—4月60个道路机动车遥测站点污染排放数据进行统计分析,获取了北京市汽油车大气污染物排放浓度（均为体积浓度）累积分布概率等排放特征.通过数据比对和典型现场实验,对车辆在稳态工况法（ASM）和遥测大气污染物排放数据进行相关性分析,并提出了北京市地方标准修订的建议.研究结果表明：①将监测到的1149.7万条数据按污染物浓度由高到低的顺序排列,累积分布概率前10%、50%和90%的CO浓度分别为1.73%、0.58%和0.16%;HC分别为96.38×10^-6、22.44×10^-6和6.59×10^-6 ;NO则为686.58×10^-6、117.70×10^-6和24.13×10^-6.②排放水平与排放标准有较大的关系,其中国VI排放标准车辆污染物浓度水平显著低于国I车辆,累积分布概率前10%、50%和90%对应的CO浓度下降率为54.83%~85.71%,HC下降率为75.71%~85.35%,NO则为65.73%~85.00%.③与稳态工况法相关性分析表明,在样本量较大的情况下,两种方法检出的排放水平趋于一致,但对于单个车辆来讲,具有一定的波动性.④现执行的北京市地方标准污染物种类不全,限值较为宽松,建议充分利用现有的遥测设备资源,将HC和NO纳入标准限值,筛查高排放车辆,提高机动车排放监管和执法效率.     

内河船舶柴油机的实际排放特征

利用由SEMTECH-DS和ELPI组成的PEMS(车载排放测试系统),对京杭运河江苏段具有代表性的12艘内河船舶进行实际排放测试,分析不同工况下CO、HC、NO_x和PM的排放. 结果表明:巡航工况下CO、HC和PM排放速率分别为0.093、0.019、0.018g/s,低于进、出港工况;而NO_x排放速率为0.347g/s,分别为出港和进港工况的1.66和2.90倍;不同工况外排NO占NO_x比例不同,其中巡航工况中外排NO所占比例最大(达到96.7%),而出港和进港工况则分别为93.6%和93.1%. 随着负荷增加,船舶 CO、HC、NO和PM的排放浓度增大,高负荷下CO、HC、NO_x、PM的排放浓度比低负荷分别增高89.23%、29.51%、44.72%和229.49%. 由颗粒物的粒径分布可知,3种工况下颗粒物数浓度的粒径分布呈双峰分布,分别对应核模态和积聚模态,粒径<120nm的颗粒物数浓度占总浓度的99.84%以上,PM_2.5数浓度占PM₁₀比例均超过99.9%.      

轻型汽油车简易瞬态工况法与定容全流稀释采样法(CVS)的排放相关性

选取25辆国2~国5标准在用轻型汽油车分别采用简易瞬态工况法(VMAS)与定容全流稀释采样法(CVS)开展了排放实测,分析了两种方法实测的排放因子相关性.结果表明,轻型汽油车排放水平总体随排放标准提升而呈下降趋势,国2和国3标准车辆中存在一定的高排放现象,国4及以上标准车型排放相对较低.VMAS和CVS方法的排放相关性随标准提升而显著下降,对国4及以上标准车辆的CO和HC+NO_x排放的相对偏差分别达到197%和177%.对较高排放车辆,两种方法检测结果的相关系数达到0.75~0.85;对较低排放车辆,相关系数仅为0.46左右,若将在用车排放标准进一步收严,采用VMAS检测的误判率将显著上升.随着我国机动车排放水平的不断下降,总体来看,VMAS检测对高排放标准车辆的适用性相对较差,有必要在用车排放检测方法方面开展更为深入的研究.     

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.      

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.     

重型柴油车PM2.5和碳氢化合物的排放特征

采用车载排放试验对国Ⅱ、国Ⅲ、国Ⅳ重型柴油车尾气在实际道路排放的PM2.5和碳氢化合物进行样品采集,采用电感耦合等离子体质谱技术、离子色谱仪和碳质分析仪对PM2.5各组分进行测试分析,采用五气分析仪对HC进行在线分析.结果表明,重型柴油车PM2.5和HC的排放因子分别为(0.22±0.12) g/km和(0.57±0.45) g/km,且排放因子随机动车排放标准的提高呈明显下降趋势.EC和OC是机动车尾气PM2.5的主要组分,分别占总质量百分比的38.87%~42.87%和16.22%~19.96%;水溶性离子中含量较为丰富的组分主要是SO42-、NH4+和NO3-,分别占总PM2.5质量百分比的7.64%~8.85%、2.22%~3.97%、1.91%~2.73%;元素中含量较高的组分为S、Na、Ca、Fe、和Al;PM2.5和HC的排放因子随车速的增加均呈下降趋势.     

北京市农业机械排放因子与排放清单

利用车载排放测试技术对典型的联合收割机、拖拉机、农用运输车和农田建设机械实际工况下的尾气进行测试,建立了实际工况下农业机械的排放因子和2017年北京市农用机械排放清单.结果表明,不同的工作状态对农业机械尾气排放有较大的影响,怠速和行走时CO、NO_x、HC和PM排放趋于平稳;而切地和翻地模式下的波动较为明显.根据各类机械的分类和排放标准对排放因子进行细化,建立了较为完整的实际工况下的排放因子.根据农业机械排放因子和燃油消耗量计算出2017年北京市CO、NO_x、HC和PM的排放量分别是2 566.60、 1 239.29、 563.08和538.32 t.拖拉机、运输机械和联合收割机的污染物总量占CO、NO_x、HC和PM这4种污染物总量的98%、 95%、 95%和98%.因此,农用拖拉机、运输机械和联合收割机在农业机械污染减排中应作为重点控制对象.     

现实工况下挖掘机尾气排放特征分析

为量化挖掘机在实际施工作业中尾气排放特征,研究选取成都市不同建设工地在用的8台挖掘机,利用便携式尾气测量系统对其进行现实工况下的尾气排放测量,测试按挖掘机的不同作业特点分怠速、行走和作业进行.测量的尾气排放污染物包括CO、HC、NO和PM_2.5.结果表明,挖掘机的尾气排放随工况的不同而不同,怠速时NO排放平稳,行走和作业时排放速率波动较大.满足不同尾气排放标准的挖掘机,其尾气排放也有所不同,例如,国Ⅱ阶段的挖掘机与国Ⅰ阶段的挖掘机相比,其在怠速、行走、作业工况下尾气排放的NO分别减小8%、35%和5%,PM_2.5分别降低88%、87%和80%.另外,本研究中挖掘机尾气排放的实测结果与我国非道路机械尾气排放因子技术指南中推荐的用于排放清单估算的排放因子相比,也均有显著不同.这说明,开展非道路机械尾气排放现实工况下的测量,对于提高尾气排放清单精准度具有重要作用.     

基于COPERT模型的江苏省机动车时空排放特征与分担率

利用COPERT模型和Arc GIS技术建立了江苏省2015年1 km×1 km、小时分辨率的机动车网格化排放清单.采用改进的"标准道路长度"方法,利用路网信息以及拥堵延时指数的月变化、周变化和日变化数据提高清单的时空分辨率.基于COPERT模拟结果分析了分车型、排放标准以及道路类型的机动车污染物排放分担率.结果表明,江苏省2015年NOx、HC、CO、PM_(2.5)、SO_2、OM和BC的排放量分别为49.09、16.63、161.48、1.69、0.19、0.36和0.67万t,其中苏州和徐州排放量占比之和达34%~45%;HC蒸发排放量为2.02万t,占HC排放总量的12%;小型客车和摩托车对于HC和CO排放量的分担率最大,均超过30%;重型柴油货车对NOx、PM_(2.5)、SO_2、OM、BC的分担率在36%~54%之间,远高于其他车型;苏州和徐州的重型和中型柴油货车是NOx、PM_(2.5)的最主要排放源;国Ⅲ标准柴油车对NOx、PM_(2.5)、SO_2和BC的分担率均最大,在42%~55%之间;国Ⅲ标准重型柴油货车和国0标准中型柴油货车是全省NOx、PM_(2.5)、OM和BC的首要和次要贡献车型,两者分担率之和在40%~56%之间.国0标准摩托车对全省HC和CO排放的分担率较高,约为16%.     

广州市在用机动车排气污染防治工作思路探讨

至2007年底,广州市汽车保有量约为105万辆,其中国0车辆约26万辆。2007年广州市简易瞬态工况法排放限值试验的研究表明,就排放总量来说,国0车辆中20％高排放车辆的CO和HC平均排放水平分别是国Ⅲ车辆的26．7倍和22．9倍,NO排放也为国Ⅲ车辆的10．4倍。因此,广州应结合环保标志发放等各种管理措施,将机动车排放控制的重点放在国0高排放车辆方面。     

基于遥感尾气监测的柴油车气态污染物排放因子计算方法研究

采用遥感尾气测试系统实测了柴油车在实际道路工况下的CO、HC和NO排放特征,修正了排放因子的计算方法,并与车载排放测试系统（PEMS）实测结果进行了验证,获得了实测车辆的CO、HC和NO排放因子.测试结果显示,在各种遥感监测的工况下柴油车尾气中均含有较高浓度的氧气,未考虑氧气影响的燃烧方程反演获得的各污染物体积浓度计算值与PEMS实测值的偏差较大,且氧气浓度越大,偏差越大.经过氧气修正的燃烧方程反演计算的尾气浓度与PEMS实测值吻合度大幅提升,适用于实际工况下遥感检测车辆尾气的反演计算.修正算法得到CO、HC和NO的排放因子离散性较小,精确度较高,可以为量化柴油车尾气排放贡献提供科学依据.     

北京市轻型汽车尾气排放检测结果分析

对北京市566辆在用轻型车排放尾气进行了BASM检测，对不同厂牌的化油器车、化油器改造车和电喷车排放的HC、CO和NO平均浓度进行了比较，结果表明，化油器改造车3种污染物平均浓度比化油器车低50％左右，电喷车3种污染物平均浓度可比化油器车低80％左右。同时对几种车型的劣化规律进行了分析，发现化油器车的劣化关系离散性大，而另外两种技术的车辆的劣化关系呈收敛性，说明化油器车的污染物排放和保养关系密切，电喷车劣化规律明显优于化油器车和化油器改造车。实验结果为I／M实施提供了科学依据。     

Real-world vehicle emission factors in Chinese metropolis city--Beijing

The dynamometer tests with different driving cycles and the real-world tests are presented. Results indicated the pollutants emission factors and fuel consumption factor with ECE15 EUDC driving cycle usually take the lowest value and with real wodd driving cycle occur the highest value, and different driving cycles will lead to significantly different vehicle emission factors with the same vehicle. Relative to the ECE15 EUDC driving cycle, the increasing rate of pollutant emission factors of CO, NOx and HC are - 0.42--2.99, - 0.32--0.81 and - 0.11--11 with FTP75 testing, 0.11--1.29, - 0.77--0.64 and 0.47--10.50 with Beijing 1997 testing and 0.25--1.83, 0.09--0.75 and - 0.58--1.50 with real wodd testing. Compared to the carburetor vehicles, the retrofit and MPI TWC vehicles‘ pollution emission factors decrease with different degree. The retrofit vehicle (Santana) will reduce 4.44%--58.44% CO, - 4.95%--36.79% NOx, -32.32%--33.89% HC, and -9.39%--14.29% fuel consumption, and especially that the MPI TWC vehicle will decrease CO by 82.48%--91.76%, NOx by 44.87%--92.79%, HC by 90.00%--93.89% and fuel consumption by 5.44%--10.55%. Vehicles can cause pollution at a very high rate when operated in high power modes; however, they may not often operate in these high power modes. In analyzing vehicle emissions, it describes the fraction of time that vehicles operate in various power modes. In Beijing, vehicles spend 90% of their operation in low power modes or decelerating.     

汽车简易工况法与新车排放认证工况法的相关性研究

选取50辆在用轻型汽油车,对国家标准规定的瞬态工况法(IM195)、简易瞬态工况法(IG195)、稳态工况法(ASM)与新车排放认证工况法(NEDC)间污染物排放系数的相关性进行研究.结果表明:瞬态工况法与新车排放认证工况法的污染物排放系数相关性最好,CO,碳氢化合物(HC)和NO的排放系数的R〖WTBZ〗2分别为0.701 0,0.727 1和0.6609;简易瞬态工况法次之,其CO,HC和NO 排放系数与新车排放认证工况法的R2分别为0.513 8,0.484 6和0.624 5;而稳态工况法与新车排放认证工况法的相关性最差,5025工况法下的CO,HC和NO 排放系数与新车排放认证工况法的R〖WTBZ〗2分别为0.410 9,0.448 1和0.5449;2540工况法下R〖WTBZ〗2分别仅为0.364 4,0.339 5和0.457 8.引起不同方法间污染物排放系数相关性差异的主要原因包括车辆热状态、车辆试验循环工况、分析仪器的测量原理和底盘测功机的控制精度等.      

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.      

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.      

APEC会议期间北京机动车排放控制效果评估

机动车尾气排放是影响北京市大气环境质量的首要因素,为了保障APEC期间的空气质量,北京市采取了包括控制机动车排放在内的严格的控制措施.本研究基于路网车流量、车速和车型变化数据,提出了一种基于自下而上排放清单的控制措施效果评估方法.结果表明,APEC会议期间北京市路网车流量下降,车速上升,小客车的车流量下降幅度最大;APEC会议期间机动车尾气CO、NO_x、HC和PM排放削减比例分别为:快速路15.1%、22.4%、18.4%和21.8%,主干道29.9%、36.4%、32.7%和35.8%,次干道35.7%、41.7%、38.4%和41.2%,支路40.8%、46.5%、43.1%和46.0%.基于自下而上的排放清单方法,建立了APEC会前和会期的机动车尾气排放清单,结果显示研究区域内会期机动车尾气排放量CO、NO_x、HC和PM排放量分别削减37.5%、43.4%、39.9%和42.9%.     

唐山市机动车排放清单与减排经济效益研究

基于唐山市机动车定期环保检测数据获取不同类型车辆的本地年均行驶里程,建立城区内典型车辆的"里程-注册年"特征曲线.采用车载排放测试法获取唐山市典型国Ⅵ阶段轻重型汽车实际道路排放因子.利用COPERT模型进行机动车排放因子本地化修正,建立涵盖不同排放阶段和燃料动力类型的唐山市机动车排放清单,结合唐山市路网信息,建立基于ArcGIS的3km×3km高时空分辨率网格化排放清单,并分析了国三及以下中重型柴油车（简称高排放车）不同淘汰与DPF排放治理比例情景下机动车减排与投入成本效益.研究表明,2020年机动车CO,HC,NOx,PM_2.5,PM₁₀年排放量分别为92403.51,10034.53,70568.35,2036.51,2160.65t,其中：NO_x,PM_2.5和PM₁₀排放主要来源于柴油车,分担率分别为92%,89%和89%;CO和HC排放主要来自汽油车,分担率分别为71%和73%.唐山市实施二环内国Ⅳ及以下柴油货车限行区政策后,二环内CO和HC年排放量削减率分别为22.41%和21.68%;而NO_x,PM₁₀和PM_2.5污染物排放强度显著降低,年排放量削减率分别为78.60%,84.85%和84.79%.在高排放车淘汰与治理情景下,随着高排放车淘汰比例的增长,投入成本和NO_x年均减排量呈线性上升趋势,且NOx减排效果更加显著,而PM减排辆略呈下降趋势.高排放车淘汰率每增长10%,NO_x年均减排量增加892.41t,PM年均减排量减少7.56t,年投入成本增加1.13亿元.     

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.