基于模型預(yù)測(cè)的上海公交車尾氣排放

基于模型預(yù)測(cè)的上海公交車尾氣排放研究摘要介紹了IVE模型的基本計(jì)算原理，使用GPS對(duì)上海市公交車的實(shí)際運(yùn)行模式進(jìn)行了測(cè)量，利用IVE模型對(duì)上海市CNG公交車和柴油公交車的尾氣排放進(jìn)行了模擬計(jì)算。結(jié)果表明使用CNG公交車代替柴油公交車后，NOX、SOX和PM的排放均有顯著的降低，但采用不同技術(shù)的CNG公交車的排放仍有很大的差異，無(wú)催化轉(zhuǎn)化和尾氣再循環(huán)的CNG公交車的CO排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于柴油公交車的排放量。認(rèn)為IVE模型的模擬結(jié)果具有較好的可靠性，其計(jì)算模式適于我國(guó)機(jī)動(dòng)車尾氣排放的研究。關(guān)鍵詞CNG公交車柴油公交車IVE模型排放因子GPS引言長(zhǎng)期以來(lái)，汽車行駛的主要燃料是從石油中提煉出來(lái)的柴油和汽油,但我國(guó)的石油資源并不樂(lè)觀，在巨大的能源壓力下，我國(guó)的能源安全已成為亟待解決的緊迫問(wèn)題，與此相應(yīng)的環(huán)境問(wèn)題也日益嚴(yán)峻。我國(guó)的汽車排放已成為城市大氣污染的一個(gè)主要污染源。公共交通特別是公交車因運(yùn)行效率高而備受大城市的青睞，但其日行駛里程多，排放污染較大，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)[1]，1996年上海市公交和出租車輛的CO、NMHC和NOx排放已占全市機(jī)動(dòng)車尾氣污染物排放的36％、21％和39％，在內(nèi)環(huán)線區(qū)域污染物負(fù)荷率分別為61％、60％和54％。因此，對(duì)于公交車輛尾氣治理意義和環(huán)境效益會(huì)更加明顯，迫切需要清潔燃料汽車取代。天然氣作為繼煤和石油之后的第三大化石能源，由于其資源豐富，對(duì)環(huán)境污染小，燃料費(fèi)用低，使用安全等優(yōu)勢(shì)而被世界各國(guó)作為汽車的首選代用燃料。然而，推廣CNG公交車的同時(shí)還意味著購(gòu)置費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用的增加，同時(shí)需要大量基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，作為一種模式的推廣或者政府政策的實(shí)施，有必要對(duì)CNG公交車的尾氣排放和柴油公交車進(jìn)行量的分析。由于機(jī)動(dòng)車運(yùn)行階段的排放受多種因素的影響，如發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、行駛工況（包括速度、加速度、塞車情況）、外界環(huán)境條件（包括海拔高度、溫度、濕度和大氣壓力等）、車型、車齡、發(fā)動(dòng)機(jī)狀況、排放控制系統(tǒng)和維護(hù)狀況等，國(guó)內(nèi)外學(xué)者一般進(jìn)行排放模擬的研究。1IVE模型介紹IVE模型（InternationalVehcileEmissionModel）由美國(guó)環(huán)保局國(guó)際事務(wù)所的資助，2003年夏正式推出第一版IVEmodelv1.03，由于采用基于車輛技術(shù)和當(dāng)?shù)匦旭偰Ｊ降姆椒?，較好的解決了在發(fā)展中國(guó)家中使用使汽車尾氣排放模型的問(wèn)題，相對(duì)其它模型更適于在我國(guó)預(yù)測(cè)車輛尾氣排放時(shí)的使用。IVE基本原理為基于基本排放率的影響因素修正，式1~3描述了IVE的基本計(jì)算過(guò)程[2]：Q[t]=B[t]*K(Base)[t]*K(Tmp)[t]*K(Hmd)[t]*K(IM)[t]*K(Fuel)[t]*K(Alt)[t]*K(Cntry)[t]（1）Qrunning=UFTP*D/UC*Σt{f[t]*Q[t]*Σd[f[dt]*K[dt]]}（2）Qstart=Σt{f[t]*Q[t]*Σd[f[dt]*K[dt]]}（3）式中Q[t]——某車輛技術(shù)調(diào)整后排放率B[t]——基本排放率K(Base)[t],K(Tmp)[t],K(Hmd)[t],K(IM)[t],K(Fuel)[t],K(Alt)[t],K(Cntry)[t]——各種排放修正系數(shù)，分別為基本修正系數(shù)，溫度修正系數(shù)，濕度修正系數(shù)，I/M修正系數(shù)，燃料修正系數(shù)，海拔修正系數(shù)和國(guó)家修正系數(shù)Qrunning——行駛排放Qstart——啟動(dòng)排放UFTP,UC——FTP測(cè)試程序下行駛平均速度，當(dāng)?shù)仄骄俣菵——行駛距離犬f零[t]躲—奮—漆某車輛技術(shù)行督駛里程比例跑f顛[dt]燃,棍K碧[dt]肌—辦—干某車輛技術(shù)某芽種行駛模式下棄的比例和該行穗駛模式下的修冒正系數(shù)易2括利板用垃IV救E腦模型預(yù)測(cè)公交嚇車尾氣排放批2.1扇穿當(dāng)?shù)丨h(huán)境參數(shù)提的確定銅上海市年平均嘆溫度置為助1沃5感℃齊，相對(duì)濕度勻取炎8院0曠％，平均海拔彩為要5衫m(xù)萬(wàn)。公車檢查保陪養(yǎng)為公司年檢槳，因滔此蜻I/起M逝選項(xiàng)中選屆擇熱IdleD辮ecentr詞alized裝progr遭amfor稻allv領(lǐng)ehicle穗s猴。由于上海市聯(lián)地勢(shì)較平坦，友并且公交車輛攝基本不上下高拌架路，因此道柔路坡度設(shè)為零巡?？照{(diào)腳在史2寶7頓℃婚的使用率假設(shè)號(hào)為誦7汪0冰％。柴油整體至質(zhì)量選芝擇膝Modera樂(lè)t陶e歇，硫含量選袖擇氏500pp范m牛，由此造成的閱含硫量與實(shí)際央硫含慰量季350ppm冷[3]握的區(qū)別鵝在貼BaseA包djustm洪en灘t晌進(jìn)行修正，祖取燕SO插X努修正系數(shù)攪為索0.俱7嫁。天然氣硫含要量墳為丙7ppm返[3]異，陣IV麻E洽模型中的默認(rèn)哄值穩(wěn)為妨5pp膏m茶，對(duì)其計(jì)算結(jié)睡果進(jìn)行修正，首取修正系數(shù)贊為互1.蒜4士。與2.2佳接浸置時(shí)間氏（腥soak叉time罵）分布的確定疏由于公交車運(yùn)嚇行的特殊性質(zhì)麥，公交車的浸于置時(shí)間比較規(guī)陸律，根據(jù)公交聰公司的規(guī)定，魂公交屯車到站后不允陡許熄火，發(fā)動(dòng)乎機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀圈態(tài)。而一般情看況下，中午記有為3恨0勾～棒4通5株分鐘左右的午狂餐時(shí)間，車輛洪處于熄火狀態(tài)附，夜間停車時(shí)狗間假靜定除6洞～他8關(guān)小時(shí)科和藝8關(guān)～寬1顛2君小時(shí)的比例各錯(cuò)占一半，據(jù)此青得出的浸置時(shí)壇間分布如下：丟表碗1混真公交車浸置時(shí)撞間分布愁1插2飾3趙4俊5蟻6灘7風(fēng)8輩9翅10鳴5~15mi造n工15~30m籌in榮30min~坑1h須1~2h脊2~3h忠3~4h躲4~6h掠6~8h捆8~12h屢12h~扛0怒0響5訪0纖％覆0疏0狹0晉0虧2贊5野％溜2秒5勢(shì)％注0和以月12惹3鉗路公交車為例疏，往返行程石約弱2溉0大公里，歷縫時(shí)瞎1琴小謹(jǐn)時(shí)玻5捷0爹分鐘左右，加短上在始發(fā)站的寒停留時(shí)間，大菌約橋2柿小時(shí)一個(gè)來(lái)回足，每天通行時(shí)虛間眉為勞5:00am吐~12:00莖a厘m映，可往仙返鞋8響次，總行守程裝16散0伏公里，啟把動(dòng)桶2蘭次，平均每公葛里啟咐動(dòng)籠0.012仗5鑄次。因此由啟濟(jì)動(dòng)造成的公交壟車污染占的比回例很低，模型半計(jì)算結(jié)果和分佳析一致。遇2.鳥3隆運(yùn)行模式的馬確定悲為確定公交車疼的運(yùn)行模式，叨需進(jìn)行測(cè)量的片量有：速度、逆加速度和道路降坡度。為此，蠟我們利用或了界GP黨S愈全球定位系統(tǒng)伴進(jìn)行測(cè)量嘆。聯(lián)GP禿S謠具有測(cè)量精度半高、測(cè)量方便藏、可得到瞬時(shí)矛速度等優(yōu)點(diǎn)，上并可與便攜計(jì)喜算機(jī)連接記錄碧每秒的時(shí)間、描位置、速度、葬海拔等信息。利用GPS測(cè)量公交車的速度浩圖期1息即公交車瞬時(shí)速利用GPS測(cè)量公交車的速度戴公交車輛的行塔駛情況與多種瘋因素有關(guān)，如之道路狀況、站院點(diǎn)設(shè)置、乘客龍數(shù)量、上下車昂規(guī)律、交通擁雷擠情況、高峰逆期獻(xiàn)/帖一般時(shí)間、工選作撤日琴/盡非工作日、車果輛動(dòng)力性能等續(xù)等。為真實(shí)的朱反應(yīng)上海市公講交車的運(yùn)行狀伍況，選擇了多浸條線路進(jìn)行測(cè)辟量，地域上涵事蓋了城市中心沒(méi)商業(yè)區(qū)、生活叉區(qū)和郊區(qū)，時(shí)復(fù)間上涵蓋了從刺周一至周日、嫂早上到夜晚的申各個(gè)時(shí)間斷，桌道路情況包括殿了城市主干道敏和一般街道，條車種包括了柴意油發(fā)動(dòng)機(jī)巴和算CN兩G柔發(fā)動(dòng)機(jī)客車。落所測(cè)線路的分云布如陵圖瞇2酒。公交車的線鵲路平均速度與墳道路位置和時(shí)段間密切相關(guān)，蔬整體而言，市集中心區(qū)速度較毅低，郊區(qū)速度帶較高，高峰期運(yùn)平均速度較低科，線路平均速躍度較低的勉為母9.4km/化h菌，較高的可達(dá)逮到捉20km/英h外，整體平均速匹度埋為劉13.16k償m/檔h穗。慈圖荷3價(jià)為部分運(yùn)行速鏈度測(cè)試結(jié)果。薯將所有的實(shí)測(cè)兼速度值經(jīng)過(guò)綜漠合得到反應(yīng)公課交車整體運(yùn)行攪情況撞的牙BI僅N破分布，如蠻圖項(xiàng)4蛾。配圖鞭2豆扭公交路線分布藥圖趴3刑和公交車行駛速稱度拿圖渴4餅月公交行駛模式淡的亮BI遮N胃分布初2.4猛鍵車輛技術(shù)的景確定悟?qū)τ谏晡挚蛙嚉どa(chǎn)昨的疑1弄1扔～乏1化2節(jié)米長(zhǎng)公交車，鞏其額定載重咸為配820炒0牙～授1170k保g問(wèn)，擦按維IV私E屬的分類，銀屬探bu釋s堵中的采Medium粒車型匪（礙14000l鐵b吼s歡～墨33000l單b希s語(yǔ)）。公交車按糖行歸駛挖5普0恩萬(wàn)公里淘汰，鄉(xiāng)則耗Medium臨bu偉s更中三種不同車舉齡的比例為：厭小確于弓8廳萬(wàn)公里料為享1溝6輛％，大舞于趨8藥萬(wàn)公里小千于浴1煤6濤萬(wàn)公里的比例勸為戀1套6借％，大魯于翠1仿6嘗萬(wàn)公里的比例急為遠(yuǎn)6臟8偉％。同時(shí)假定扁所比較的公交扁車車空調(diào)比例脊為故10言0職％。對(duì)于柴油內(nèi)公交車，分別癥計(jì)算了符合抓歐鼻1堅(jiān)、謙歐懲2植、奔?xì)W線3弓、香歐溝4卡和霜?dú)W吊5泰的車輛尾氣排婦放，對(duì)蠅于織CN蠅G換公交車，分別揭計(jì)算了不同發(fā)與動(dòng)機(jī)技術(shù)和尾翠氣控制技術(shù)希的拜CN批G世公交車，技術(shù)反特點(diǎn)如具表椅2撤：享表論2CN苦G靈公交車分類劉種類忙Air/Fu裳elCon彈trol加Exhaus秀t抱Evapor松ative鏟CNG1術(shù)Carb/M瞎ixer務(wù)None刑PCV業(yè)CNG2皺C(jī)arb/M拌ixer籮2-Way/紙EGR猶PCV催CNG3弟Carb/M即ixer撒3孔-Way/E該GR旦PCV匹CNG4潤(rùn)FI滿3干-Way/E碧GR箱PCV津注：樸Carb添：化油稈器露兩Mixer獻(xiàn)：預(yù)混燃咱燒慈厚FI扒：電壟噴壯攝2-Way椅：二元催化林（怒VOC乒s備、墳C歲O誕）均3事-Way共：三元催化止（圍VOC離s砌、斬C琴O辱、起NO鼻X神）訂砍EGR妻：尾氣循環(huán)控驚制技色術(shù)陵疤PCV腔：曲軸箱通風(fēng)于2.5IV雀E碑模擬計(jì)算結(jié)果懶將已獲得的輸您入數(shù)據(jù)代輔入招IV鋸E役模型，便可得巷出運(yùn)行階段的箱排放數(shù)據(jù)，結(jié)靈果僅列舉了一錄些主要污染物帖，如攀表瓦3漸所示。歇表修3誕腦公交車遇排放因子模擬擔(dān)結(jié)贏果銷g/km產(chǎn)T蒼chnolo峰gy西CO款VOC膚NOx栗SOx巾PM錫CO孝2裳N總2嘩O狐CH淡4礦Diesel彼Euro盾1蘿17.51凈3.54墳28.99司0.0896義新0.5652禁1257.2松2助0.0078排Diesel史Euro冰2宗15.57圈3.54認(rèn)25.37段0.0896司觸0.3533迅1257.2煌2零0.0078徹Diesel槍Euro僚3冤10.90誕2.48鑄17.76邪0.0896醬奸0.2473前1257.2勒2飲0.1181俗Diesel紛Euro蠶4剪7.63礎(chǔ)2.23幼12.43噴0.0896泛塞0.1731潑1257.2塵2鍛0.1181揪Diesel耐Euro濃5嘗5.34稍2.01嗚8.70錢0.0896俗燈0.1212替1257.2昨2允0.1181影CNG1菜108.99歐仗3.27指7.29爪0.0034盤鉤0.0065沾691.41勇緣0.007鬧0.96柔CNG2和8.91殿1.27揉3.41育0.0039造膛0.0065管1084.4棉2棗0.1181壓0.63瞎CNG3少8.91肅1.27其0.34字0.0039鞋顆0.0065們1084.4仙2誘0.1181持0.63逼CNG4曠9.07妹1.27收0.35充0.0031肯處0.0067垂842.96鍬再0.1065笑0.62郊3存百結(jié)果分析鄙在進(jìn)錘行海IV拔E疏模擬計(jì)算時(shí)并汽沒(méi)有輸入燃油事經(jīng)濟(jì)性方面的晨數(shù)值，所得到鵝的各種污染物達(dá)的排放量均是香根據(jù)不同技術(shù)焦特點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)駱在不同行駛工合況下的排放規(guī)洲律計(jì)算得到，船由煎于搭BI虹N讓劃分的特點(diǎn)，牲以及模型中發(fā)桑動(dòng)機(jī)技術(shù)和實(shí)衰際發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)奶存在一定的差別異，必然會(huì)導(dǎo)費(fèi)致模擬計(jì)算存質(zhì)在一定的誤差榮，為檢驗(yàn)?zāi)Ｐ腿榈臏?zhǔn)確性，進(jìn)華行碳平衡分析折是非常必要的席。據(jù)公交公司失提供的數(shù)據(jù)，晝?cè)陂_啟空調(diào)的倉(cāng)情況下公交車鋸的百公里油耗刮約耗為蟻40滑L航左右語(yǔ)，然CN熟G蒸單燃料公交車溪百公里耗氣量鑒約待為忘45Nm束3刷（標(biāo)準(zhǔn)立方米天）左右。根據(jù)夾柴油和天然氣嚴(yán)的密度、含碳身率弊[3]綠以井及錦IV勢(shì)E寺模擬計(jì)算的整毅體情況下的排郵放因子，可得槳到如立表腎4做的碳平衡分析駛結(jié)果。其中模屑擬計(jì)算的值為奧歐囑2擔(dān)標(biāo)準(zhǔn)柴油公交確車債和柜CNG謎2桌公交車。鎖表俊4至移碳平衡分析和碳平衡計(jì)算蔽模擬計(jì)算腳碳平衡計(jì)算與壟模擬計(jì)算的偏撓差惠百公里耗油氣耀量獨(dú)密度糕含碳率匠碳排放量族CO址2秩排放量元CO訂排放量變碳排放量表L座或君m樂(lè)3擺kg/m嬸3刑％株g/km家g/km轟g/km怖g/km勿（％）棍柴油接40.00贈(zèng)856.00工干87.00扇297.89喪微1257.2勝2哭15.57舞349.55面妖17.34晉CNG盞45.00阿0.72旬74.00萌241.09巨坡1084.4塵2確8.91航299.57土湊24.26箏比值（％）獎(jiǎng)123.56蒜鵲116.68量宴從鍋表混4企中可以看出，盯模擬計(jì)算的碳仇排放量與根據(jù)距百公里耗油的睛碳平衡得到的衰碳排放量偏差稿分別默為毅17.3葛4鏈％謊和欄24.2端6懸％，根據(jù)碳平儀衡計(jì)算得到的奶柴油的碳排放域量尚是葉CN劣G龜?shù)内A123.56錯(cuò)％，而根據(jù)模壟擬計(jì)算得到的益柴油的碳排放冤量甜是暢CN瘡G六的吸116.68茂％，其相對(duì)誤惜差僅煩為拐6共％左右，因此糞模擬計(jì)算的結(jié)摸果是可以接受傭的。疑4禽濤結(jié)論和展望箭使堤用辯CN丟G煎公交車代替柴杠油公交車后債，所NO墾X肝、側(cè)S抹O勞X枯和標(biāo)PM途的排放均有顯口著的降低，但臂采用不同技術(shù)盛的臉CN更G笑公交車的排放樂(lè)仍有很大的差烏異，無(wú)催化轉(zhuǎn)筑化和尾氣再循均環(huán)蕩的燦CN埋G價(jià)公交車快的車C菠O卵排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高放于柴油公交車立的排放，梁其愉VO離C聯(lián)的排放量亦高少于符合歐三標(biāo)窯準(zhǔn)的柴油公交斧車的排放量。院因此，不可以言認(rèn)為只要使用奔天然氣代替柴恐油公交車就可沉以解決一切問(wèn)移題，相反，如筍果不加強(qiáng)發(fā)動(dòng)岡機(jī)技術(shù)的更新做和尾氣排放的朵控制，反倒可纏能造成某些污領(lǐng)染物的增加。呼而柴油動(dòng)力汽齡車在加強(qiáng)發(fā)動(dòng)腳機(jī)技術(shù)水平的鐮提高和尾氣排染放的控制策略口后同樣可以大遞幅消減污染物有排放。撥結(jié)果分析表明厲，悅IV勢(shì)E坊模型的模擬結(jié)談果具有較好的論可靠性，對(duì)我秩國(guó)機(jī)動(dòng)車迅猛豐發(fā)展，汽車尾漲氣排放標(biāo)準(zhǔn)、依汽車技術(shù)水平爪、道路交通情騾況與發(fā)達(dá)國(guó)家兼存在較大的這扣種多技術(shù)跨越港式共存的情況濤有較好的適用東性。我們應(yīng)采雞用庭IV趨E棟的模式根據(jù)我把國(guó)實(shí)際情況發(fā)澆展自己的汽車昂尾氣排放模型溉，開展在城市參機(jī)動(dòng)車污染預(yù)爪測(cè)、政策、管暗理的實(shí)施效果姑、技術(shù)更新規(guī)此劃等方面的應(yīng)壩用研茶究。參考文獻(xiàn)圍1.遷紗上海燃?xì)庠O(shè)計(jì)想院等棋編筒.嶼惠上海市公鄙交候CN五G框汽車及加氣在站統(tǒng)“綁十狠五棵”浴發(fā)展規(guī)劃。沾2.IV賤EMode寒lUser油smanu飛al,ver考sion1藍(lán).03,20抵03.樸3.網(wǎng)王秉銓主編，盟工業(yè)爐設(shè)計(jì)手少冊(cè)，第二版，透北京，機(jī)械工續(xù)業(yè)出版社，填1996傭年弄A盆Simula礎(chǔ)ting危Resea勢(shì)rchon倦恨Vehicl聾e生Emiss跡ionso遇fShan鹿ghaiB加us粥Abstra磨ct薪:The悔paper涌intro境duces賣the簽basis瓜ofth毀eemis災(zāi)sionp磁redict子ionpr役ocess巷of將the悟Inter纏nation澤alVeh吼icleE謠missio黃nmode陡l(IVE浪),mea神sures己theon退-road嫂drivin構(gòu)gpatt環(huán)ernda躲taof冰Shangh庫(kù)aibus愛(ài)using搬Globa步lPosi班tionin結(jié)gSate肢llite蔑(械GPS),豆andpr柿edicts貫餐the頸vehic茶leemi阻ssions茶o