（载运工具运用工程专业论文）西安市公交车排放特点及控制措施研究.pdf

摘要 随着机动车保有量进入高发展时期，西安市机动车排气污染在大气污染中的贡献率 逐年增加，而这其中大部分排放污染物是来自于公交车。公交车在车辆和人口相对集中 的城市中穿梭运营，运行环境的特殊性使之已成为机动车尾气污染物排放的主要污染 源。公交车的排气污染不但有损城市形象，而且污染城市大气环境，对居民身体健康和 生态环境构成严重的威胁。解决公交车尾气排放污染问题成为当前机动车污染防治工作 的重中之重。 通过大量收集资料和实际调研，本文对西安市的公共交通结构状况以及公交车运营 特点进行了分析。研究表明，目前西安市公交现状距离城市发展需求还有较大差距：道 路网整体布局不合理，公交线网分布疏密不均，整体线网密度偏低，公交基础设施相对 落后，站点数、站点间距、线路长度等设置有待进一步优化，城区与城郊公交车运营差 异较大。 本文采用抽样调查和统计分析方法，对比不同类型公交车的污染物排放水平，从车 用燃料、车龄、发动机技术类型以及行驶里程等几方面进行对比分析，评价其排放差异 性，得出以下结论：汽油公交车的超标状况较平稳，从技术、经济、监管等多方面采取 措施进行整改后，效果仍不明显，c n g 车的排放相对较低，是一种值得推广的清洁能源， 柴油车超标较严重，经过一段时间的整改，碳烟排放状况有明显好转；发动机技术类型 越先进的车辆，排放越低，电喷车排气状况要比化油器车好，增压柴油车碳烟排放优于 非增压式柴油车。随着车龄和行驶里程增长，车辆污染物排放也相应升高，这现象称 为劣化，分别对样车的车龄、行驶里程与排放超标率的关系进行了分析，结果表明汽油 车和柴油车的排放劣化趋势显著，而c n g 车辆排放劣化水平相对比较稳定。 归纳出影响西安市公交车尾气排放的因素，主要包括公共交通结构，公交车运营特 征、车辆技术水平，司机驾驶习惯，i m 制度执行情况、燃料结构和油品质量等。从这 些方面提出合理、有效的控制措施和对策。如改善公交车燃料结构和质量，严格执行在 用车i m 制度，强化公交企业对车辆排放污染的内部治理，加快公交车辆污染治理制度 的建设等。 关键词：排气污染，运营，公交车，控制措施，西安 a b s t r a c t w i t ht h en u m b e ro fm o t o rv e h i c l ei n c r e a s e da ta v e r yh i g hs p e e d ，t h ec o n t r i b u t i o nr a t eo f x i a t lm o t o rv e h i c l ee m i s s i o no na i r p o l l u t i o nr i s e sr a p i d l y ，a n dm o s to ft h e s ep o l l u t a n t sc o m e f r o mt h ec i t yb u s b u s e sw h i c hr u n n i n gi nt h e c i t yw h e r et h ep o p u l a t i o na n dv e h i c l e s c o n c e n t r a t e d i t sp a r t i c u l a ro p e r a t i n gc o n d i t i o n sm a d ei tb e c o m eam a j o rs o u r c eo fv e h i c l e e x h a u s t e de m i s s i o n s e x h a u s te m i s s i o n sf r o mb u s e sh a sn o to n l yt a m i s h e dt h ei m a g eo ft h e c i t y ，b u ta l s op o l l u t e dt h ee n v i r o n m e n to fc i t i e s t h eh e a l t ho fr e s i d e n t sa n dt h ee c o l o g i c a l e n v i r o n m e n ta r ec o n f r o n t e dw i t hag r e a tt h r e a t t os o l v et h e p r o b l e mo fh a z a r d o u sa i r e m i s s i o nf r o mb u s e sh a sb e c o m et h em o s ti m p o r t a n t j o bo fm o t o rv e h i c l ep o l l u t i o nc o n t r o i i n t h i sp a p e r ，t h r o u g ht h ec o l l e c t i o no fi n f o r m a t i o na n da c t u a l r e s e a r c h t h er o a d c o n s t r u c t i o n ，p u b l i ct r a n s p o r ts t r u c t u r ea n dt h ef e a t u r e so fb u st r a n s p o r t a t i o ni nx i a nw e r e a n a l y z e d t h er e s e a r c hs h o w e dt h a tx i a np u b l i ct r a n s p o r th a daw i d eg a pt om e e tt h eu r b a n d e v e l o p m e n td e m a n da tp r e s e n t ：o v e r a l ll a y o u to ft h er o a dn e t w o r kw a su n r e a s o n a b l e ，p u b l i c t r a n s p o r tn e t w o r kw a sd i s t r i b u t e du n e v e n ，t h ed e n s i t yo ft h ew h o l el i n ew a sl o w , p u b l i c t r a n s p o r ti n f r a s t r u c t u r ew a sr e l a t i v e l yb a c k w a r d ，t h es e t t i n g ss u c ha ss i t en u m b e r ，s t a t i o n d i s t a n c ea n dl i n el e n g t hn e e dt ob ef u r t h e ro p t i m i z e d t h e r ew e r eg r e a td i f f e r e n c e sb e t w e e n u r b a na n ds u b u r b a nb u so p e r a t i o n s w i t ht h em e t h o do f s a m p l i n ga n ds t a t i s t i c a la n a l y s i s ，e m i s s i o n sl e v e lo fd i f f e r e n tt y p e so f b u s e sw a sc o m p a r e di nt h i sp a p e r c o m p a r a t i v ea n a l y s i sw a sm a d eo nv e h i c l e sb u r n i n gf u e l ， a g eo ft h ev e h i c l e ，e n g i n et e c h n o l o g ya n dv e h i c l em i l e a g et oe v a l u a t et h ed i f f e r e n c e si nt h e i r e m i s s i o n s s o m ec o n c l u s i o n sw e r eo b t a i n e da sf o l l o w s g a s o l i n eb u se x c e e d e di nas t l b l e c o n d i t i o n ，h o w e v e r ，t h ee f f e c tw a sn o to b v i o u sa f t e rap e r i o do fr e c t i f i c a t i o nm e a s u r e si n t e c h n o l o g y ，e c o n o m ya n dm a n a g e m e n t c n gb u sw h i c he m i t t e dl o we m i s s i o n si sae l e a n e n e r g yw o r t h yo fp r o m o t i n g d i e s e lb u se x c e e d e ds e r i o u s l y ，b u tc a r b o ne m i s s i o n ss i t u a t i o n h a do b v i o u s l yi m p r o v e da f t e ra p e r i o do fr e c t i f i c a t i o n t h em o r ea d v a n c e de n g i n et e c h n o l o g y t h eb u su s e ，t h el o w e re m i s s i o n si te x h a u s t e d e f ib u se m i t t e dl e s st h a nt h ec a r b u i e t o rb u s s o o te m i s s i o n sf r o mt u r b o c h a r g e dd i e s e lv e h i c l e sw e r el e s st h a nt h o s ef r o m n o n t u r b o c h a r g e d d i e s e lv e h i c l e s w i t ht h ea g ea n dv e h i c l e m i l e so f t r a v e li n c r e a s i n g ，t h ee m i s s i o n sf r o mb u s h a v eac o r r e s p o n d i n gi n c r e a s e ，t h i sp h e n o m e n o ni sc a l l e dd e t e r i o r a t i o n t h er e l a t i o n s h i p a m o n ga g eo f t h ev e h i c l e ，v e h i c l em i l e a g ea n de x c e e d i n gr a t ew a sa n a l y z e dr e s p e c t i v e l y t h e r e s u l t ss h o w e dt h a te m i s s i o n sf r o mg a s o l i n ea n dd i e s e lb u s e sh a das i g n i f i c a n td e t e r i o r a t i o n t r e n d ，w h i l et h ee m i s s i o nd e g r a d a t i o nt r e n do f c n gb u sw a sl e s so b v i o u s t h em a j o rf a c t o r sa f f e c t i n gb u se m i s s i o n si nx i a nw e r es u m m a r i z e d ，s u c ha sp u b l i c t r a n s p o r ts t r u c t u r e ，b u so p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，l e v e lo f v e h i c l et e c h n o l o g y ，d r i v i n gh a b i t so f d r i v e r s ，i ms y s t e mi m p l e m e n t a t i o n , f u e ls t r u c t u r e ，f u e lq u a l i t ya n d s oo n s o m er e a s o n a b l e a n de f f e c t i v ec o n t r o lm e a s u r e sa n dc o u n t e r m e a s u r e sw e r ep r o p o s e df r o mt h e s ea r e a s ，s u c ha s i m p r o v et h es t r u c t u r ea n dq u a l i t yo ff u e l ，s t r i c t l ye n f o r c ei nt h ei ms y s t e m ，s t r e n g t h e n i n t e r n a lc o n t r o lo ft h ep u b l i ct r a n s p o r te n t e r p r i s e so nv e h i c l ee m i s s i o np o l l u t i o n ，s p e e du pt h e s y s t e mc o n s t r u c t i o no f b u sp o l l u t i o nc o n t r o la n ds 0o n k e yw o r d s ：e m i s s i o np o l l u t i o n ，o p e r a t i o n ，b u s ，p o l l u t i o nc o n t r o lm e a s u r e s ，x i a n 长安大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 随着机动车产业的高速发展和保有量的迅猛增加，机动车作为一种现代交通工具已 逐渐发展成为近现代物质文明的支柱之一。它给人们的日常生活和工作带来了极大的方 便和快捷，与此同时也带来了无法回避的环境问题，即机动车尾气污染。据统计，2 0 0 7 年全世界的汽车保有量已经超过9 亿辆，预测到2 0 1 0 年将突破1 0 亿辆，2 0 1 5 年将超过 1 2 亿辆。粗略估计，l o 亿辆汽车每年大约要排放一氧化碳1 0 亿吨、碳氢化合物1 7 亿 吨和氮氧化物0 8 3 亿吨【。由机动车尾气造成的大气污染问题日趋严重，已引起了全世 界范围的关注和重视，治理机动车尾气的呼声日益强烈。 近几年，我国汽车工业进入繁荣发展时期，机动车保有量正以前所未有的态势增加， 表1 1 列举了我国机动车保有量自2 0 0 3 年至2 0 0 9 年六年来的变化情况。由表中数据可 以看出，机动车从2 0 0 5 年的1 2 9 亿辆上什到2 0 0 8 年的1 6 9 亿辆仅用了不到三年的时 间，截止2 0 0 9 年底，我国机动车保有量已经达到1 8 6 亿辆，比2 0 0 8 年增长1 0 0 6 ， 增幅上升4 4 3 个百分点。据专家预测，在未来1 0 年至2 0 年，我国机动车保有量将持续 高速增长，到2 0 2 0 年全国机动车保有量将达到2 亿辆左右，中国已经超过美国成为世 界上最大的汽车生产副2 1 。 表1 12 0 0 3 - 2 0 0 9 我国机动车保有量 年份 2 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 72 0 0 82 0 0 9 数量亿辆0 9 71 0 71 2 91 4 51 6 1 6 91 8 6 增长率2 1 o o1 0 3 l2 0 5 61 2 4 01 0 3 4 5 6 3 1 0 0 6 机动车保有量的不断攀升使得机动车尾气污染已成为影响我国城市空气质量达标 的重要原因。全国六百多个城市中，空气质量达到一级标准的只占到1 左右，大部分 只能达到二、三级标准，有的城市空气质量甚至连三级标准都不能达到【l 】。大部分只能 达到二、三级标准，有的城市空气质量甚至连三级标准都不能达到【l 】。预计到2 0 1 0 年， 我国将有超过四百个城市的空气污染从煤烟型逐渐转化为机动车排放和煤烟综合型，机 动车排气污染已经成为城市大气环境的主要污染源之一【3 】。控制机动车尾气排放污染刻 不容缓。 目前中国很多大城市机动车尾气污染占到空气污染的7 0 以上，而这其中大部分的 第一章绪论 排放污染物是来自于机动车中的公交车【4 】。作为居民出行的日常交通工具，公交车所运 行的环境有自身的特殊性，其排放状况一直受到人们的广泛关注。调查显示，在我国主 要的大城市，公交车的排气污染甚至占到机动车尾气污染的8 0 以上，公交行业成为城 市中的污染大户。公交车排放污染问题如果得不到解决，不仅影响到城市功能的正常运 转和广大居民生活质量的提高，而且严重损害城市的形象。古城西安也同样面临着这一 问题。 1 2 西安市公交车排放研究背景 1 2 1 自然环境 西安地处黄河流域关中平原的中部，是我国主要的工业、装备制造、科研、教育、 高新技术产业基地和交通枢纽城市，也是一座历史悠久的文化古都、旅游名城。东起零 河和灞源山地，西以太白山地及青化黄土台塬为界，北至渭河，南倚秦岭山脉。北纬为 3 3 0 3 9 - 3 4 0 4 5 ，东经1 0 7 0 4 0 1 0 9 0 4 9 ，地势西高东低，南深北浅，平均海拔4 0 0 米左右。 目前共有9 个市辖区、4 个县，总面积9 9 8 3 平方公里，东西最长2 0 4 公里，南北最宽 1 1 6 公里1 5 1 。 西安属于典型的暖温带季风性半湿润森林气候，全年四季分明，气候温和，雨量适 中。市区年平均温度1 3 6 。c ，年最高温度在4 0 左右，年最低气温在8 左右。1 月 份多为最冷月，平均温度0 5 。c 1 3 ，平均最低气温3 8 。c ；7 月份多为最热月，平均温 度2 6 3 2 7 ，平均最高温度3 2 2 。年均降水量为5 0 7 7 毫米7 1 9 8 毫米，降水日 数9 6 6 天，一年中4 5 月、7 8 月、9 1 0 月为三个降雨高峰时段，尤以9 1 0 月秋雨连 绵为显著特点。年平均风速1 5 米秒，冬季多东北风，夏季多西南风，相对湿度为6 9 6 ， 年均降雪日为1 3 8 天。天空云量较大，一年中的日照时数1 9 8 3 2 2 6 7 小时，低于北方地 区【5 】o 1 2 2 机动车保有量 近几年，随着经济的快速发展、人均收入水平的逐年提高和城市人口的迅速膨胀， 西安市机动车保有量的增长速度明显加快，图1 1 为2 0 0 5 2 0 0 9 年西安市机动车保有量 变化情况，可以看出，从2 0 0 5 年至2 0 0 9 年西安市机动车保有量呈现出突飞猛进的态势， 尤其是自2 0 0 7 年至2 0 0 9 年这三年期间，机动车保有量的发展出现了“井喷期，平均 年增长率已达到1 4 3 ，2 0 0 9 年保有量超过9 8 万辆，比2 0 0 8 年增长1 6 18 ，预计2 0 1 0 2 长安大学硕士学位论文 年西安市机动车将突破1 0 0 万辆嘲。 纂 k 日删 枢 账 2 0 0 52 0 口6 2 0 0 。7 2 0 0 82 0 0 9 年份 图1 1 西安市历年机动车保有量统计 急剧增多的机动车辆运行在有限的道路上，导致西安市的交通状况很不理想，经常 出现交通堵塞的现象，汽车行驶速度较低。除快速路上的行驶车速稍高以外，主干道接 近半数路段上汽车的行驶速度通常不到2 0 k m h ，并经常处于怠速、低速、减速、加速 等恶性排放工况状态，特别是在人口和车辆高度密集的城市中心地段，高峰时机动车平 均时速只有8 l o k m h ，造成城区空气污染十分严重，各种道路等级行驶车速如表1 2 所示。 表1 2 西安市道路行驶车速【7 1 道路等级加权平均行驶车速( 1 ( n 讥)加权平均行驶车速( 1 ( r n h ) 快速路 5 0 8 53 6 2 5 主干道 2 7 3 82 0 1 2 次干道 2 2 2 61 8 1 3 1 2 3 机动车污染现状 机动车保有量的剧增和车辆行驶速度的降低致使机动车排放的污染物在西安市空 气污染中所占的比例呈攀升趋势。据西安市机动车排气污染监测中心数据显示，2 0 0 5 年西安市机动车尾气排放量总计为3 3 8 9 万吨，2 0 0 6 年尾气排放总量为3 5 9 8 万吨，2 0 0 8 年尾气排放总量达4 1 9 8 万吨，与2 0 0 5 年相比总量增加了8 0 9 万吨，其中c o 排放量 为3 2 4 9 万吨，n o x 排放量为4 2 8 万吨、h c 排放量为5 2 l 万吨。预计到2 0 1 0 年尾气 年排放总量将达到4 5 万吨左右【8 】。西安市机动车尾气污染最为严重的地区是城墙以内中 心地段，虽然其面积只占到城区面积的1 0 ，却是全市车辆和人口最集中的地区，机动 车在此运行时经常出现堵车，发动机处于怠速状态，燃油不能充分燃烧，从而加大了尾 3 扣 印 们 加 0 第一章绪论 气排放量 9 1 。对城区交通空气质量进行监测发现：西安市二环路以内低层面空气质量趋 于恶化，道路中心和两侧的一氧化碳、二氧化氮日均值浓度都存在超标现象，其中，道 路中心c o 浓度超过国家二级标准1 8 倍；人行道c o 浓度超过国家二级标准1 5 9 倍， 人行道n 0 2 浓度超过国家二级标准o 2 倍，这预示着西安市空气污染正由第一代“煤烟 扬尘型 向第二代“煤烟和机动车排气混合型”过渡【l o 】。 1 2 4 公交车污染现状 目前西安市公共交通运输方式较为单一，主要依托于公交车，轨道交通建设还是空 白。常年运行在城市主要道路上的公交车，由于人口和车辆相对集中，交通拥挤，公交 停靠站点多，加之十字路口红灯等候造成其运行工况的特殊性：怠速状态时间长，运行 公里数大，日营运时间较长，平均行驶时速较低，其排放量自然也就增大】。公交车已 经成为机动车尾气污染物排放的主要污染源。公交车冒黑烟现象越来越多，不仅造成感 观污染，有损城市形象，更为严重的是污染大气环境，对居民身体健康和生态环境己构 成直接威胁。据专家测算，一辆超标公交车污染物的排放量相当于相同型号国i i i 车1 4 倍的污染物排放量，来自公交车尾气的污染不亚于一个中等化工厂对空气的污染，特别 是在怠速状态下，c o 排放量比正常运行状态时要高出1 0 0 矧1 2 】。解决公交车污染物排 放问题成为当前西安市机动车尾气污染防治工作的重中之重，如何采取有效措施控制公 交车污染物的排放，给西安市民营造一个稳定、协调和可持续发展的环境成为当前亟待 解决的课题。 1 3 研究目的和意义 近年来有关机动车污染物排放污染的研究很多，但专门针对公交车尾气排放问题的 相关研究文献还比较少，有关法律法规也不完善。因此，本论文以西安市公交车为例， 通过收集大量资料和实际调研，阐述了公交车的运营特征以及影响公交车排放的主要因 素，通过对比分析，比较不同类型车辆的污染物排放水平，对公交车污染物的排放特点 进行深入的分析和研究。最后针对当前西安市公交车排放状况提出合理、有效的控制措 施和对策，为西安市政府制定相关机动车污染物排放防治制度、道路交通管理制度、城 市交通规划等提供合理的决策依据，同时也为加强西安市机动车排放控制和实现西安市 公共交通的可持续发展提供依据，具有一定的实际意义。 4 长安大学硕士学位论文 1 4 主要研究内容 有关西安市公交车污染物排放现状尚未有专门的研究，本论文对此作了一些尝试， 主要研究内容如下： ( 1 ) 通过收集资料和实际调研，研究西安市公共交通结构和公交发展现状； ( 2 ) 分析西安市公交车运行过程并归纳其运营特点； ( 3 ) 对比不同类型公交车的污染物排放水平，分析西安市公交车污染物排放特点，主 要从车用燃料、车龄、发动机技术类型以及行驶里程等几方面着手； ( 4 ) 归纳影响西安市公交车污染物排放的主要因素，如公共交通状况，公交车行驶特 征、车辆技术水平，司机驾驶习惯等； ( 5 ) 针对影响公交车排放的因素提出合理、有效的控制措施与建议，具体包括改善公 交车燃料结构和油品质量，严格实施在用车i m 制度，强化公交企业的内部治理，加快 公交车污染治理制度的建设等。 1 5 研究技术路线 基于上述研究内容，本论文的研究思路如下：在确定以西安市公交车为研究的具体 对象及范围的基础上，进行相关的实地调研和数据采集，对现场调查采集的数据进行整 理、分析，对比，得到西安市公交车的运营特征和污染物排放的特点，最后归纳公交车 尾气排放的主要影响因素，并针对这些因素提出相应的尾气治理措施和控制对策。研究 技术路线如图1 2 所示： 5 第一章绪论 公交车尾气排放污染 r 实地调研和数据采集 1， l 公共交通结构状况公交车运营特征 | 从交车污染物排放特剧 影响公交车排放因素分析 r 提供控制措施和对刽 图1 2 研究技术路线示意图 6 长安大学硕士学位论文 第二章排放污染物的产生机理及其危害 2 1 公交车排放污染物的种类 公交车排放的污染物的主要成分包括一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、颗粒、 硫化物、和臭气( 甲醛、丙烯醛) 等。其中，硫氧化物和铅化合物可以通过降低燃料中的 含硫量以及采用无铅汽油来得以控制。目前各国排放法规所限制的污染物主要是c o 、 h c 、n o x 和颗粒，其他一些有害成分如甲醛、乙醛、丙烯醛、苯、丁二烯等排放法规 中尚未限制。 尾气排放管是污染物排放的主要渠道，大约9 8 以上的c o 和n o x ，6 0 以上的h c 都是通过尾气排放管进入到大气的；约有2 0 - - - 2 5 的h c ，1 2 的c o 和n o x 是 经过曲轴箱的通气孔进入大气的；还有1 5 - 2 0 的h c 是由于燃油系统蒸发从通气孔 进入大气的【”j 。 2 2 排放污染物的生成机理 2 2 1 一氧化碳( c o ) 的生成机理 一氧化碳( c o ) 是在局部缺氧或低温下由于烃的不完全燃烧生成的一种中间产物。当 发动机的过量空气系数小于l 时，可燃混合气中氧气不足，则有部分燃料不能完全燃烧 而产生c o l l 4 】。可燃混合气浓度越大，排气中的c o 含量就越高。降低可燃混合气浓度 时，排气中c o 就会明显降低。实际上即使可燃混合气浓度符合理论空燃比或稍稀一些 时，由于混合气形成不均匀和发生离解反应等原因，在发动机排放的废气中，c o 的浓 度仍不会为零。 2 2 2 碳氢化合物( h c ) 的生成机理 汽车排放的h c 中包含有2 0 0 多种有机物成分，它包括碳氢燃料及其不完全燃烧产 物、润滑油及其裂解和部分氧化产物，如烷烃、稀烃、芳香烃、醛、酮、酸等百种成分， 是没有燃烧或不完全燃烧( 部分氧化) 的碳氢化合物的总称。燃烧室中的火焰，在离开 壁面0 0 5 - - - 0 3 7 r n m 处将熄灭，在这一薄层内留下了一段未反应的混合气，h c 就是在这 厚度为几十微米的激冷层内保存下来的，这现象称为壁面激冷效应【1 5 】。隐藏在活塞头 部和活塞环之间的狭缝，火花塞中心电极的空隙，以及火花塞的螺纹、喷油器周围的间 7 第二章排放污染物的产生机理及其危害 隙等处的液体油滴或燃料蒸汽，由于火焰无法传入其中不能燃烧，从而生成h c ，这一 现象称为狭缝效应【1 们。 另外，混合气太稀、太浓、不均匀、废气稀释严重、点火不良等情况也将造成部分 燃料不能完全燃烧而排出h c 。 2 2 3 氮氧化合物( n o x ) 的生成机理 氮气( n 2 ) 和氧气( 0 2 ) 在高温高压条件下发生化合反应生成氮氧化合物n o x ， 在发动机排放的氮氧化物中有n o 和n 0 2 ，主要是n o ，占9 0 以上，而n 0 2 含量极少， 仅占5 1 0 ( 通常尾气仪检测出的其实是n o 而不含n o 。) 1 7 】。n o 生成机理较复杂， 有不同的机理解释，但大多数人同意捷里多维奇最先提出的观点，即n o 由o 分子离解 或由n 原子对o 分子作用生成的氧原子与氮分子引起不分支连锁反应而产生的，可用 捷里多维奇反应式表示，见式( 2 1 ) ，( 2 2 ) 1 3 1 ，在此反应中，燃烧废气温度越高，残 留的氧气浓度越大，所生成的n o x 的就越多 d 2 + 2 付n o + n ( 2 1 ) + d 2h n o + 0 ( 2 2 ) 2 2 4 碳烟( 颗粒) 的生成机理 颗粒( p m ) ：稀释的排气在5 1 7 或以下通过滤纸收集到的所有物质( 固态和液态) 。 汽车的颗粒排放由以下几部分组成：残留物( 主要来自润滑油灰分) ；来自燃料中的硫 和水；来自未完全燃烧的燃料、润滑油、重碳氢、碳烟等。 碳烟是颗粒的主要组成成份，它是发动机在局部高温、缺氧的条件下，裂解并脱氢 而成的以碳为主要成分的固态小颗粒，一般占整个颗粒物排放的5 0 - 8 0 1 引。柴油 机排放的碳烟浓度比汽油机要高得多，这与其本身的燃烧特性和条件有关，柴油机中可 燃混合气极不均匀，局部的缺氧导致了大量碳烟的形成。排气中是否出现碳烟，很大程 度上取决于膨胀期间温度过分下降以前燃料是否能足够快地与空气混合和燃烧。柴油机 的不均质、异相燃烧，特别是燃烧时燃料分子往往被高温火焰或燃烧产物包围这一特点， 决定了碳烟生成的必然性。 2 3 排放污染物的危害 汽车排放的主要污染物产生的危害如下： 8 长安大学硕士学位论文 ( 1 ) 一氧化碳( c o ) c o 是无色、无味、无臭的易燃有毒气体。c o 与血红蛋白的亲合力远远大于氧气与 血红蛋白的亲合力，能阻止血红蛋白向人体组织输送氧气，当c o 侵入人体，便会很快 与血液中有输氧能力的血红蛋白相结合形成碳氧血红素，使人体血液的输氧能力大大降 低。大气中c o 浓度过高会对人造成很大危害，根据环境毒理学研列1 4 】：大气中的c o 浓度达到1 2 5 m g m 3 时，在生理上开始有影响，影响神经中枢系统，使判断力受损害： 大气中的c o 的浓度达到3 7 5 m g m 3 时，冠心病患者心电图会发生突变；超过5 0 m g m 3 时，4 0 岁以上大多数人的，i i , 脏脉管活力受到影响；c o 的浓度大于2 5 0 m g m 3 时，会引 起头痛、头晕；c o 浓度超过7 5 0 m g m 3 时，会使人昏迷，再高则会引起死亡【1 们。 ( 2 ) 碳氢化合物( h c ) 有毒性的碳氢化合物主要是苯、烯烃、醛类及多环芳烃。苯是无色气体，但有特殊 气味，已被划定为遗传中毒性致癌物质。烯烃对粘膜有较强刺激，还有麻醉作用，经代 谢可转变成对基因有毒的环氧衍生物，此外烯烃有很强的光化学活性，与n o x 起在 强烈的日光作用下会进一步发生化学反应，生成一种具有刺激性和毒性的光化学烟雾， 它对人体和环境都有较大的危害。醛类主要有甲醛和乙醛，形成的臭氧对人的眼、呼吸 道、皮肤有较强的刺激作用。芳香烃有芳香味，却有危险的毒性，对血液、肝脏和神经 系统有害。多环芳烃及其衍生物有致癌作用，在人体内具有长期积累效应。醛类是刺激 性物质，对眼粘膜、呼吸道和血液有毒害。 ( 3 ) 氮氧化物( n o x ) n o 是无色无味的有毒气体。据医学研究表明，空气中的n o 含量超过1 5 x 1 0 南时， 会和血红蛋白结合，若超过2 0 x 1 0 缶，会影响肺功能，高浓度的n o 还会引起人体中枢 神经的瘫痪和痉挛。n o 与空气中的氧发生反应生成n 0 2 ，n 0 2 是一种毒性很强的棕红 色气体，具有强烈的刺激味，能刺激眼、鼻粘膜，麻痹嗅觉，当含量达到0 1 p p m 时即 可嗅到，1 - 4 p p m 就感到恶臭；1 0 - - , 1 5 p p m ，呼吸道受到刺激；5 0 p p m ，人呼吸困难；达 到1 0 0 1 5 0 p p m ，不到一个小时就会因肺水肿而死亡【2 0 1 。若长期处于低浓度污染状态， 会出现呼吸道感染，肺功能下降，引起慢性支气管炎、冠心病、心脏病、肺结核、肺炎、 哮喘、神经衰弱等疾病。另外，n o x 还会导致富营养化，破坏海洋生态系统平衡：形成 酸沉降，增加湖泊的酸性，对植物及建筑造成严重损害。n o x 也是形成光化学烟雾的物 质之一1 1 9 1 。 ( 4 ) 碳烟颗粒 9 第二章排放污染物的产生机理及其危害 颗粒的直径大约在o 1 1 0 p r o 范围内，其中对人体和生态环境危害最大的是直径在 2 5 1 t m 左右的碳烟颗粒，它可以侵入人的肺叶，深入肺部造成机械性超负荷，损伤肺内 各种通道的自净机制，造成肺组织的摩擦损失，引起哮喘病，急性呼吸系统症状以及慢 性支气管炎等。颗粒碳核上吸附着多种有机污染物、重金属元素等致癌物质，因而当其 沉积到肺部时会引起人的头晕、恶心，引发人体多种病变，严重危害人体的健康。此外， 颗粒悬浮在离地面1 2m 高的空气中，还会遮挡阳光，降低道路的能见度，造成交通不 便。 国外对汽车排放的污染物的健康效应己进行了大量的研究，国内近年也逐渐引起重 视。据世界卫生组织统计：全球每年有大约8 0 万人死于大气污染，其中亚洲达到5 3 万 人，而汽车尾气是引发疾病的主要因子。由此可见，汽车尾气对环境的污染，已经成为 现代城市的隐形杀手。此外，汽车除了产生c o 、h c 、n o x 和颗粒外，也排放出大量 的温室气体c 0 2 ，在使用尾气催化转化技术控制n o x 的排放时，部分催化剂在对n o x 进行转换过程中产生c 0 2 ，汽车空调中的氟氯烃制冷剂也是产生温室气体的重要原因。 可见，汽车尾气排放对全球气候变暖也有重大影响。 2 4 汽车排放法规 为了治理汽车尾气污染，世界各国早在六、七十年代就针对汽车尾气排放制定了相 应的标准制度，通过严格的法规推动了汽车排放控制技术的进步，而随着汽车排放控制 技术的不断提高，又使更高标准的制订成为可能。当今世界上主要有三种排放法规体系， 即美国排放法规、欧洲排放法规和日本排放法规，这些法规已成为汽车设计和制造的准 则、汽车强制性认证的依据和汽车产品国际贸易的保障，其中欧洲排放法规相对于美国 日本而言测试要求比较宽泛，所以包括我国在内的大多数发展中国家基本上是按照或参 考欧洲排放体系，在此主要介绍欧洲和我国的排放法规。 ( 1 ) 欧洲 欧洲排放法规是由欧共体( e e c ) 和欧洲经济委员会( e c e ) 的排放指令共同加以 实施的，欧共体( e e c ) 即是现在的欧盟( e u ) 。排放法规由e c e 参与国自愿认可， 排放指令是e e c 或e u 参与国强制实施的。汽车排放的欧洲法规标准1 9 9 2 年前已实施 若干阶段，欧洲从1 9 9 2 年起开始实施欧i 、1 9 9 6 年起开始实旌欧i i ，其对无铅汽油和 柴油汽车的排放限值更加严格、2 0 0 0 年起开始实施欧i i i 、2 0 0 5 年起开始实施欧2 0 0 8 年起开始实施欧v 。欧洲排放法规体系采取的是型式认证制度，排放法规内容包括了新 1 0 长安大学硕士学位论文 开发车的型式认证试验和现生产车辆的生产一致性检查试验，从欧i 开始增加了在用车 的生产一致性检查【2 1 】。 ( 2 ) 中国 与美国、日本、欧洲等发达国家相比，我国排放法规起步较晚、水平较低。由于欧 洲排放法规在测试要求、道路交通情况等方面与我国的实际情况较为相符，因此我国排 放标准大体上是借鉴欧洲排放体系。我国排放标准执行时间比欧洲要推迟约5 1 0 年， 各阶段实施时间如表2 1 所示。根据我国的实际情况，从2 0 世纪8 0 年代初开始采取了 先易后难分阶段实施的具体方案，1 9 8 3 1 9 8 5 年实施怠速法烟度法；1 9 8 9 1 9 9 3 年实施 强制装置法工况法；1 9 9 9 - 2 0 0 3 年我国开始实施国家第1 阶段机动车排放标准，即国i 排放标准，等效于欧i 标准；2 0 0 4 年开始实施国家第2 阶段机动车排放标准，即国i i 排 放标准，等效于欧i i 标准；2 0 0 8 年开始实施国家第3 阶段机动车排放标准，即国i i i 排放 标准，等效于欧i i i 标准；2 0 1 0 年开始实施国家第4 阶段机动车排放标准，即国排放标 准，等效于欧标准【2 2 1 。按照规划2 0 1 3 年实施国家第5 阶段机动车排放标准。目前国 i i i 标准已经在全国范围内实施，自2 0 1 0 年起全面实施国标准，实际上北京和和上海 在2 0 0 8 年就已经推广试行国标准了。 为控制汽车尾气污染，北京市一直提前执行国家排放标准，1 9 9 9 年提前实施第l 阶段排放法规，2 0 0 2 年提前实施第2 阶段排放法规。为符合2 0 0 8 年奥运会对大气环境 质量的要求，北京市自2 0 0 5 年1 2 月3 0 日起，对除轻型柴油车以外的轻型汽车和重型 汽车用发动提前实施g b l 8 3 5 2 3 2 0 0 5 和g b l 7 6 9 1 2 0 0 5 中的第三阶段排放控制要求， 2 0 0 8 年开始实施第4 阶段排放法规，计划2 0 1 2 年将提前实施第5 阶段排放法规f 2 3 1 。 表2 1 我国机动车排放法规与欧洲比较 汽车排放法规我国实施时间北京实施时间欧洲实施时间 欧i 、国i 2 0 0 0 1 9 9 91 9 9 2 欧i i 、国i i2 0 0 42 0 0 21 9 9 6 欧i i i 、国i i i 2 0 0 72 0 0 62 0 0 0 欧、国 2 0 1 02 0 0 82 0 0 5 欧v 、国v 2 0 1 32 0 1 22 0 0 9 第二章排放污染物的产生机理及其危害 2 5 本章小结 本章介绍了公交车排放的污染物主要有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、颗粒 等，重点阐述了一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物和碳烟颗粒的生成机理以及这些污 染物在一定程度上对人体和生态环境造成的危害。对世界各国汽车排放法规，主要是针 对欧洲和我国排放法规的发展历程及现状进行了简要概述，为调研作了必要的准备工 作。 1 2 长安大学硕士学位论文 第三章西安市公共交通结构及公交车运营特征分析 3 1 西安市公共交通结构概况 3 1 1 城市道路网格局 西安城市道路承袭古长安城棋盘式路网格局，轴线突出，随着历史的演变和近年来 道路建设的大力发展，逐步形成了“两轴、三环、八线的城市道路网主骨架，在棋盘 式道路网格局的基础上发展成为斜向、环形和放射线路网【2 4 1 。 以东西、南北向两轴，共六条道路，宽4 0 - 5 0 米，机动车道为双向四一六车道，均 为城市主干道，另外，连接西宝和西高速公路的西安高架快速干道总长2 0 5 公里，宽 4 0 米，主要承担过境交通、出入境交通，兼顾市内交通1 2 2 。以围绕明城墙的一环路、 二环路和三环路为三环：其中一环路总长1 5 公里，宽4 0 5 0 米，机动车道为双向四车 道，属于城市主干道，主要用于解决市内交通和部分出入境交通，整条线路在与主道路 交叉口处共设置9 处立交；二环路总长3 4 公里，路宽5 0 1 0 0 米，其中东二环长7 5 5 公里，j l - - 环长1 0 4 7 公里，南二环长1 0 7 9 公里，西二环长5 2 3 公里，机动车道为双 向六车为城市快速路，联系着城市各中、长距离交通及出入境快速交通干道；三环路总 长8 9 公里，宽1 0 0 米，机动车道为双向八车道，共设立2 3 座立交，跨越西安市未央区、 灞桥区、雁塔区、高新区、经开区、曲江新区，连接了多条城市主干道及周边高速公路， 为城市快速路，与二环路、高架快速干道共同构成城市快速路网主骨架，主要承担过境 交通及出入境交通f 2 2 1 。以太华路、朱宏路、华清路、咸宁路、太乙路、太白路，昆明路、 大兴路为八条放射线，总长4 3 公里，总宽4 0 8 0 米，机动车道为双向四车道，是连接 二环与三环的交通干道，主要承担市内交通及出入境交通1 2 引。 目前，西安市道路交通量主要集中在二环以内的道路上，一环以内的绝大部分路段 的交通流量已经处于饱和状态，特别是明城墙以内交通压力过大，已达到了交通阻塞的 状况。由图3 1 可看出：西安市城墙内道路网基本呈方格网状结构，主要承担城区内交通， 几条主干道贯通性较强，但干道间的间距较大，使城市交通高度集中于这些交通主道上， 不利于机动车、非机动车交通的分离。明城墙内的次干道以及支路的街道宽度明显不够， 道路通行能力不足，而沿街建设的房屋使得道路拓宽改造的难度加大。西安市道路网交 通拥堵情况如图3 2 所示，整体来看，西安市路网性能及通达能力偏低，交通量过于集 中在二环以内道路上，交通功能没有很好地体现出来，路网的可达性并不乐观。 1 3 图3 1 西安市道路网主骨架【2 4 】 一主干道 谈千i 苴 附注：v c 表示实有交通量与道路的通行能力之比 图3 2 西安道路拥堵情况【2 6 】 1 4 长安大学硕士学位论文 3 1 2 公交线网布局 西安市目前没有地铁、轻轨等大容量轨道交通