基于DOC+CDPF后处理技术的公交车实际道路颗粒物排放特性

利用车载排放测试系统,对柴油公交车安装氧化催化转化器(DOC)+催化型颗粒捕集器(CDPF)前后的实际道路工况颗粒物排放特性进行了研究。安装DOC+CDPF前后,稳态工况下,颗粒物数量排放(PN)、质量排放(PM)分别在车速为25,30 km/h降幅最大;瞬态工况下,随着加速度的增加,PN、PM排放率降幅逐渐增大;颗粒粒径分布规律不同,安装前呈单峰或双峰分布,而安装后呈三峰分布,粒径124.1 nm左右降幅最大。     

公交车实际道路颗粒物排放的数浓度特征

为获得城市公交实际道路颗粒物数量排放特性,利用车载排放测试系统(PEMS)在实际道路上对公交车颗粒物排放特征及粒径分布进行了研究. 结果表明:公交车车速低于30 km/h的工况占总工况的78.9%,其中车速小于10 km/h的工况所占比例最大,为33.7%;车速高于40 km/h的工况仅占总工况的2.1%. 利用低压荷电捕集器(ELPI)测试的粒径分布表明,公交车进、出站和稳定车速工况下排放的颗粒物数浓度峰值均出现在粒径为70 nm附近;粒径小于70 nm的颗粒物数浓度在3种不同工况下占颗粒物总数浓度的55.4%～69.7%;粒径大于770 nm的颗粒物非常少,其数浓度占颗粒物总数浓度的比例均小于0.1%.      

公交车燃用生物柴油的颗粒物排放特性

采用美国TSI公司的EEPS颗粒数量及粒径分析仪,对国Ⅳ排放柴油公交车燃用纯国Ⅳ柴油BD0,纯餐饮废油制生物柴油BD100及国Ⅳ柴油和生物柴油掺混体积比分别为5%、10%、20%、50%的混合燃料(BD5、BD10、BD20、BD50)的颗粒物排放特性进行了试验研究.结果表明,颗粒物数量及质量排放随车速加速度的增加均呈逐渐增加趋势,而随生物柴油掺混比例的增加而降低;不同车速区间下,颗粒物数量排放的粒径分布均呈双峰分布;不同加速度区间下,颗粒物数量排放的粒径分布由减速时的双峰分布逐渐过渡到加速时的单峰分布;随生物柴油掺混比例的增加,聚集态颗粒物数量下降显著,且峰值向小粒径方向移动,核态颗粒物数量变化不大,颗粒物几何平均粒径Dg变小.     

满足国六排放的缸内直喷汽油车污染物排放特性试验研究

以满足国六排放的某缸内直喷轻型汽油车为研究对象,试验研究了该车国六Ⅰ型测试循环(WLTC循环)排放的CO、THC、NOx和固态颗粒数量,以及包含挥发性/半挥发性组分的颗粒物数量和粒径分布特性.结果表明:WLTC循环工况覆盖范围广、车速高、加速度大的特点导致污染物排放增加;车辆冷机起动、暖机过程、瞬态过渡工况和高速大负荷工况对车辆的污染物排放影响较大,研发合理的车辆起动、催化剂起燃和暖机热管理策略、提高发动机瞬态过渡工况响应性是控制排放的重点;包含挥发性/半挥发性组分的颗粒物数量排放呈单峰分布,在15 nm附近达到峰值.     

基于PEMS的船舶主机的颗粒物排放特性及成分分析

利用便携式排放测试系统(PEMS)对某内河货船进行了实际航行工况及指定工况下的排放试验,主要研究该货船在不同负荷下颗粒物数量分布以及对日常航行工况下的颗粒物成分分析。结果表明:船舶主机在低负荷时颗粒物数量浓度较高,随着负荷的增加,颗粒物浓度先降低后升高,在负荷为30%时颗粒物数量浓度最低,且颗粒数量主要集中在中小粒径段,随颗粒粒径呈双峰分布;随着船舶主机负荷的升高,PM_(0.1)的数量占比不断降低,PM_(2.5~0.1)数量占比不断升高,聚集态颗粒物的数量浓度逐渐升高,颗粒物粒径峰值由40 nm逐渐变为200 nm;船舶主机排放颗粒物中OC占比始终要高于EC占比,OC中主要成分为OC1与OC2,占比超过80%,EC中主要成分为EC2,占比为83.14%~85.50%;船舶主机排放颗粒中阴离子主要有硫酸根离子(SO_4~(2-))、亚硝酸根离子(NO_2~-)、硝酸根离子(NO_3~-),阳离子主要有氨离子(NH_4~+)、钠离子(Na~+)、钾离子(K~+)。     

基于PEMS的柴油公交车排放测试分析

使用车载尾气检测技术PEMS对一辆在用国Ⅲ柴油公交车进行了实际公交线路运行时的气态污染物排放测试,统计得出了车辆运行速度、加速度、气态污染物排放速率、排放因子特性。分析结果表明公交车平均速度为18 km/h,96.9%的速度点落在0~40 km/h的区间段,99%的加速度点落在-1.5~1.5 m/s2的区间段。随着车速的增加,排气污染物排放速率增大,其中NOX排放速率增大显著。车速增大,污染物排放因子降低;低于30 km/h时,车速增大,排放因子降低显著,高于30 km/h时,排放因子随车速增大变化变缓。排放因子受排放速率和车速共同影响。污染物排放速率随加速度增大而增大,加速时的排放速率显著高于减速时的排放速率。研究结果说明,提高车辆运行速度、减少急加速,可以有效降低公交车尾气排放。     

基于PEMS试验的混合动力轿车与传统汽油轿车的排放对比研究

利用车载测试系统(PEMS),对混合动力轿车及传统汽油轿车进行城市典型道路工况下的排放测试试验,对比分析试验车辆速度和比功率区间下的排放特性。试验结果表明,混合动力轿车CO、HC和NOx排放速率及其排放因子呈现相似的变化规律,车速低于20 km/h时,发动机处于关闭状态尾气排放为零;低于50 km/h时,发动机排气温度过低,三元催化器不工作,排放速率及排放因子随车速的升高而显著增大;车速达到50~55 km/h后,三元催化器开始工作,污染物浓度急剧下降;传统车与混动动力车的3种污染物的排放速率随VSP的变化规律相似;混合动力轿车CO、HC和NOx的平均排放因子相比传统汽油轿车有明显的优势,分别为传统汽油车的23.3%、2.92%和66.9%。     

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.     

不同品质燃油对公交车道路颗粒排放特征的影响

以国Ⅳ排放柴油公交车为样车,研究了3种燃油公交车的颗粒数量排放特性. 3种燃油分别为纯柴油、B20燃油〔V(生物柴油)∶V(纯柴油)=2∶8〕和G20燃油〔V(天然气制油)∶V(纯柴油)=2∶8〕. 结果表明:公交车燃用3种燃油的排气颗粒数量随粒径变化均呈双峰对数分布,其中核态颗粒数量峰值粒径均为10.8 nm;聚集态颗粒数量峰值粒径则因燃料差异而不同,其中纯柴油、B20燃油和G20燃油分别为80.6、69.8和60.4 nm. 对于不同类型道路,在公交车燃用纯柴油时,其快速路下的排气颗粒数量(7.35×1015 km-1)最低,分别比主干道和次干道低47.7%和55.1%. 对于不同品质燃油而言,在全程测试线路内,燃用G20燃油的公交车排气颗粒总数量(6.92×1015 km-1)最低,较纯柴油和B20燃油分别降低了42.5%和32.4%. 其中,G20燃油排气中核态颗粒数量为1.81×1015 km-1,较纯柴油和B20燃油分别降低了3.1%和15.4%,而聚集态颗粒数量则分别降低了49.7%和37.0%. 表明公交车燃用天然气制油可有效降低颗粒排放.      

基于实时交通信息的道路机动车动态排放清单模拟研究

以上海市为例开展了实际道路车流分布、行驶工况和车辆技术的实地调查,建立了道路车流、VSP分布和车辆技术数据库.在此基础上,基于实时的车流、车速等交通信息,构建了动态化的道路机动车污染物排放清单模拟方法,并开展了城区典型道路的机动车小时排放模拟案例研究.调查结果表明,上海市城区道路车流以轻型客车和出租车为主,分别占各时段车流总量的48%～72%和15%～43%;VSP分布与平均车速存在较好的规律,各车型VSP峰值随平均车速的上升向高负荷去移动,且峰值逐渐降低;当前上海市车辆以国2和国3车型为主,经过年检站调查结果的校正,国2和国3车型分别占各车型的11%～70%和17%～51%.模拟案例结果显示,道路机动车CO、VOC、NOx和PM日排放峰谷比可达3.7、4.6、9.6和19.8左右,CO和VOC排放主要来自轻型客车和出租车,与车流变化的相关性较好,而NOx和PM排放主要来自重型客车和公交车,且主要集中在早晚高峰时段.采用建立的动态排放模拟方法可实时反映实际道路的机动车排放变化,获取高排放路段和时段,为交通环境管理提供重要的技术手段和决策依据.     

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.      

在用国Ⅲ/国Ⅳ/国Ⅴ柴油公交车的颗粒物质量及固态PM2.5数量排放特性

利用法规认证全流稀释定容采样系统以及满足精度要求的颗粒物排放分析系统,运行GB/T 19754—2005《重型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》推荐的中国典型城市公交循环(CCBC),分析了在用国Ⅲ/国Ⅳ/国Ⅴ柴油公交车以及在用国Ⅲ柴油公交车进行DOC(氧化催化转化器)+CDPF(催化型颗粒捕集器)改造后的颗粒物质量、固态PM_2.5数量排放特性.结果表明:国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ柴油公交车的颗粒物质量排放因子分别为63.77、63.20和14.42 mg/km,固态PM_2.5数量排放因子分别为3.87×1013、3.10×1013和2.77×1013 km-1.与国Ⅲ柴油公交车相比,国Ⅳ柴油公交车的颗粒物质量、固态PM_2.5数量排放因子分别降低了1%和20%;国Ⅴ柴油公交车分别降低了77%和28%;进行DOC+CDPF改造的国Ⅲ公交车颗粒物质量、固态PM_2.5颗粒数量排放因子分别为1.78 mg/km和3.19×1011 km-1,比未改造前分别降低了97%和99%.中国典型城市公交循环的低速(0～21.8 km/h)、中低速(0～37.5 km/h)、中高速(0～51.7 km/h)和高速(0～60.0 km/h)4类行驶工况中,低速行驶工况的固态PM_2.5数量排放因子最高,约是整个循环的2倍;在加速、匀速、减速、怠速4种行驶模式中,加速行驶模式产生的固态PM_2.5单位时间排放量最高,其分别为减速和怠速行驶模式下的10和6倍.研究显示,提高柴油公交车的平均车速,降低加速行驶比例有利于降低其颗粒物排放;DOC+CDPF可显著降低国Ⅲ柴油公交车的颗粒物排放.      

在用汽油和柴油车排放颗粒物的粒径分布特征实测

分别选取国3～国5轻型汽油车9辆和重型柴油车15辆采用实验室底盘测功机和全流稀释定容采样系统(CVS)开展了汽柴油车尾气颗粒物排放因子实测和粒径分布比较,分析并比较了行驶工况和排放控制水平对汽柴油车尾气颗粒物排放因子和粒径分布的影响.结果表明,轻型汽油车和重型柴油车的颗粒数量单位燃料平均排放因子分别为(4.1±4.0)×10¹⁴ kg^-1和(5.7±4.3)×10¹⁵ kg^-1,重型柴油车颗粒数量排放因子是轻型汽油车的(14±7)倍.轻型汽油车超高速工况下颗粒物数量排放因子显著高于其他工况,颗粒数排放因子达到(5.1±5.0)×10¹³ km^-1,分别是低速、中速和中速工况的11.7、 14.1和7.3倍,重型柴油车高速工况颗粒数排放因子分别是低速和中速工况的2.5倍和1.4倍,且增长的颗粒物主要为核模态颗粒.国3～国5排放控制水平下汽油车颗粒物数量排放因子分别为(2.7±1.7)×10¹³、(2.6±1.3)×10¹³     

贵金属和助剂负载量对柴油公交车CDPF颗粒净化性能的影响

为研究CDPF(催化型颗粒捕集器)贵金属和助剂负载量对柴油公交车颗粒排放特性的影响,对一台满足国Ⅲ排放法规的柴油公交车进行改造,加装4种不同后处理装置,并进行道路实车排放试验.结果表明,CDPF贵金属负载量越高,排气颗粒数量浓度越低,在中高车速下尤为明显(60 km·h-1车速下贵金属负载量增加5 g·ft-3,颗粒排放总数降低70.8%).贵金属负载量对排放颗粒物中核态颗粒的影响大于聚集态颗粒.在保证对排气颗粒的净化效果的前提下,在CDPF中添加适量镧系助剂,可使贵金属和助剂负载量大幅降低.不同后处理方案对加速工况不敏感,净化效果差异较小,但减速工况,各方案对颗粒的净化效果差异较大.     

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.      

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.      

轻型汽油车排放颗粒物数浓度和粒径分布特征

我国机动车颗粒物排放研究多集中于重型柴油车,对于轻型汽油车的研究相对较少.本研究对3辆缸内直喷(GDI)汽车和1辆进气道喷射(PFI)汽车排放颗粒物的数浓度与粒径分布进行测试,并利用两台不同检测下限的颗粒物冷凝生长计数器(CPC)对轻型汽油车颗粒物实际排放水平进行了探究.结果表明,GDI汽车排放的颗粒物数浓度高于PFI汽车一个数量级,冷启动下颗粒物主要在测试循环前200 s大量产生,GDI汽车排放颗粒物数浓度与工况速度变化关系密切,而PFI汽车变化相对较小.GDI与PFI汽车排放的颗粒物粒径分布均具有核模态和积聚模态两个特征峰,核模态颗粒物峰值粒径约为20~27 nm,积聚模态约为80~95 nm.粒径检测下限为2.5 nm的UCPC测得的颗粒物数浓度比法规使用的粒径测量下限为23 nm的CPC测量结果分别高出35.0%(GDI)和50.4%(PFI).表明喷油技术是影响颗粒物数量排放水平的关键因素,法规测试会低估轻型汽油车实际颗粒物排放水平.     

DOC+CDPF对重型柴油车颗粒物道路排放特性的影响

基于道路试验,通过车载排放测试系统研究DOC+CDPF对重型柴油车颗粒物排放的影响。研究结果显示:在原车排放中,颗粒物质量(PM)大部分是聚集态颗粒物,其占总颗粒物质量的97.5%;颗粒物数量(PN)大部分是核膜态颗粒,其占总颗粒物数量的93.8%。对于粒径分布,原车排放颗粒物数量与质量均呈对数双峰状,安装DOC+CDPF后处理装置后,粒径分布图变为三峰状。其中DOC+CDPF对聚集态颗粒质量的减排率为85%~90%,对聚集态颗粒数量、核膜态颗粒质量与数量的减排率均在90%以上。     

住宅建筑室内PM_(2.5)污染特征与控制

基于道路试验,通过车载排放测试系统研究DOC+CDPF对重型柴油车颗粒物排放的影响。研究结果显示:在原车排放中,颗粒物质量(PM)大部分是聚集态颗粒物,其占总颗粒物质量的97.5%;颗粒物数量(PN)大部分是核膜态颗粒,其占总颗粒物数量的93.8%。对于粒径分布,原车排放颗粒物数量与质量均呈对数双峰状,安装DOC+CDPF后处理装置后,粒径分布图变为三峰状。其中DOC+CDPF对聚集态颗粒质量的减排率为85%~90%,对聚集态颗粒数量、核膜态颗粒质量与数量的减排率均在90%以上。     

缸内直喷汽油车颗粒物数量及可溶性有机组分排放特性

以一辆国V排放缸内直喷汽油车为研究对象,试验研究了NEDC、FTP-75和WLTC对该车颗粒物质量、23nm~2.5μm固态颗粒物数量、5.6~560nm超细颗粒数量及粒径分布、颗粒物有机组分的影响.结果表明：NEDC、FTP-75、WLTC颗粒粒径分布基本相同,均呈对数双峰分布,在9nm和60nm两个粒径处出现峰值;5.6~23nm颗粒物数量排放占5.6~560nm颗粒物数量的43.1%~57.7%;与NEDC比较,加减速比例高、瞬态性强的FTP-75、WLTC循环的颗粒物质量、23nm~2.5μm固态颗粒数量、5.6~560nm颗粒数量排放增大;缸内直喷汽油车的颗粒物可溶性有机物组分占颗粒物的20.5%~27.9%,可溶性有机物主要为C16和C18的脂肪酸、C20~C29烷径和5环以上的高分子量多环芳烃,测试循环对颗粒SOF排放及组分产生影响,瞬态性强的FTP-75、WLTC的PAHs比例增加.