基于模型预测的上海公交车尾气排放

基于模型预测的上海公交车尾气排放研究摘要介绍了IIVE模型的基本本计算原理，使使用GPS对上海市公公交车的实际际运行模式进进行了测量，利利用IVE模型对上海海市CNG公交车和柴柴油公交车的的尾气排放进进行了模拟计计算。结果表表明使用CNG公交车代替替柴油公交车车后，NOX、SOX和PM的排放均均有显著的降降低，但采用用不同技术的的CNG公交车的排排放仍有很大大的差异，无无催化转化和和尾气再循环环的CNG公交车的CO排放量远远远高于柴油公公交车的排放放量。认为IVE模型的模拟拟结果具有较较好的可靠性性，其计算模模式适于我国国机动车尾气气排放的研究究。关键词CNGG公交车柴油公交车IVE模型排放因子GPS引言长期以来，汽车车行驶的主要要燃料是从石石油中提炼出出来的柴油和和汽油,但我国的石石油资源并不不乐观，在巨巨大的能源压压力下，我国国的能源安全全已成为亟待待解决的紧迫迫问题，与此此相应的环境境问题也日益益严峻。我国国的汽车排放放已成为城市市大气污染的一一个主要污染染源。公共交交通特别是公公交车因运行行效率高而备备受大城市的的青睐，但其其日行驶里程程多，排放污污染较大，据据资料统计[[1]，1996年上海市公公交和出租车车辆的CO、NMHC和NOx排放已占全全市机动车尾尾气污染物排排放的36％、21％和39％，在内环环线区域污染染物负荷率分分别为61％、60％和54％。因此，对对于公交车辆辆尾气治理意意义和环境效效益会更加明明显，迫切需需要清洁燃料料汽车取代。天天然气作为继继煤和石油之之后的第三大大化石能源，由由于其资源丰丰富，对环境境污染小，燃燃料费用低，使使用安全等优优势而被世界界各国作为汽汽车的首选代代用燃料。然而，推广CNNG公交车的同同时还意味着着购置费用和和运行费用的的增加，同时时需要大量基基础设施的建建设，作为一一种模式的推推广或者政府府政策的实施施，有必要对对CNG公交车的尾尾气排放和柴柴油公交车进进行量的分析析。由于机动动车运行阶段段的排放受多多种因素的影影响，如发动动机技术、行行驶工况（包包括速度、加加速度、塞车车情况）、外外界环境条件件（包括海拔拔高度、温度度、湿度和大大气压力等）、车车型、车龄、发发动机状况、排排放控制系统统和维护状况况等，国内外外学者一般进进行排放模拟拟的研究。1IVE模型介绍IVE模型（IInternnationnalVeehcileeEmisssionModell）由美国环环保局国际事事务所的资助助，20033年夏正式推推出第一版IVEmmodelv1.033，由于采用用基于车辆技技术和当地行行驶模式的方方法，较好的的解决了在发发展中国家中中使用使汽车车尾气排放模模型的问题，相相对其它模型型更适于在我我国预测车辆辆尾气排放时时的使用。IVE基本原理理为基于基本本排放率的影影响因素修正正，式1~3描述了IVE的基本计算算过程[2]]：Q[t]=B[t]*KK(Base))[t]*KK(Tmp)[[t]*K(Hmd)[[t]*K(IM)[tt]*K(Fuel))[t]**K(Alt)[[t]*KK(Cntryy)[t]（1）Qrunninng=UFTP*D/UUC*Σt{f[t]]*Q[tt]*Σd[f[dtt]*KK[dt]]}}（2）Qstart=Σt{f[t]*Q[t]*Σd[f[dtt]*KK[dt]]}}（3）式中Q[t]———某车辆技术术调整后排放放率B[t]——基基本排放率K(Base))[t],K(Tmp)[[t],K(Hmd)[[t],K(IM)[tt],K(Fuel))[t],K(Alt)[[t],K(Cntryy)[t]———各种排放修修正系数，分分别为基本修修正系数，温温度修正系数数，湿度修正正系数，I/M修正系数，燃燃料修正系数数，海拔修正正系数和国家家修正系数Qrunninng——行驶排放Qstart———启动排放UFTP,UUC——FTP测试程序下下行驶平均速速度，当地平平均速度D——行驶距离离f[t]——某某车辆技术行行驶里程比例例f[dt],KK[dt]——某车辆技术术某种行驶模模式下的比例例和该行驶模模式下的修正正系数2利用IVVE模型预测公公交车尾气排排放2.1当地环环境参数的确确定上海市年平均温温度为15℃，相对湿度度取80％，平均海海拔为5m。公车检查查保养为公司司年检，因此此I/M选项中选择IdleDecenntraliizedpprograamforrallvehiccles。由于上海海市地势较平平坦，并且公公交车辆基本本不上下高架架路，因此道道路坡度设为为零。空调在在27℃的使用率假假设为70％。柴油整整体质量选择择Moderrate，硫含量选选择500pppm，由此造成成的含硫量与与实际硫含量量350pppm[3]的区别别在BaseAdjusstmentt进行修正，取取SOX修正系数为0.7。天然气硫硫含量为7ppm[33]，IVE模型中的默默认值为5ppm，对其计算算结果进行修修正，取修正正系数为1.4。2.2浸置时时间（soaktime）分分布的确定由于公交车运行行的特殊性质质，公交车的的浸置时间比比较规律，根根据公交公司司的规定，公公交车到站后后不允许熄火火，发动机处处于空转状态态。而一般情情况下，中午午有30～45分钟左右的的午餐时间，车车辆处于熄火火状态，夜间间停车时间假假定6～8小时和8～12小时的比例例各占一半，据据此得出的浸浸置时间分布布如下：表1公交车浸浸置时间分布布123456789105~15minn15~30miinn30min~11hh1~2h2~3h3~4h4~6h6~8h8~12h12h~0050％000025％25％0以123路公交交车为例，往往返行程约20公里，历时1小时50分钟左右，加加上在始发站站的停留时间间，大约2小时一个来来回，每天通通行时间为5:00aam~12::00am，可往返8次，总行程160公里，启动2次，平均每每公里启动0.01225次。因此由由启动造成的的公交车污染染占的比例很很低，模型计计算结果和分分析一致。2.3运行模式式的确定为确定公交车的的运行模式，需需进行测量的的量有：速度度、加速度和和道路坡度。为为此，我们利利用了GPS全球定位系系统进行测量量。GPS具有测量精精度高、测量量方便、可得得到瞬时速度度等优点，并并可与便携计计算机连接记记录每秒的时时间、位置、速速度、海拔等等信息。利用GPS测量公交车的速度图1公交车瞬瞬时速度测利用GPS测量公交车的速度公交车辆的行驶驶情况与多种种因素有关，如如道路状况、站站点设置、乘乘客数量、上上下车规律、交交通拥挤情况况、高峰期/一般时间、工工作日/非工作日、车车辆动力性能能等等。为真真实的反应上上海市公交车车的运行状况况，选择了多多条线路进行行测量，地域域上涵盖了城城市中心商业业区、生活区区和郊区，时时间上涵盖了了从周一至周周日、早上到到夜晚的各个个时间断，道道路情况包括括了城市主干干道和一般街街道，车种包包括了柴油发发动机和CNG发动机客车车。所测线路路的分布如图图2。公交车的的线路平均速速度与道路位位置和时间密密切相关，整整体而言，市市中心区速度度较低，郊区区速度较高，高高峰期平均速速度较低，线线路平均速度度较低的为9.4kmm/h，较高的可可达到20km//h，整体平均均速度为13.166km/h。图3为部分运行行速度测试结结果。将所有有的实测速度度值经过综合合得到反应公公交车整体运运行情况的BIN分布，如图4。图2公交路路线分布图3公交车行行驶速度图4公交行驶驶模式的BIN分布2.4车辆技技术的确定对于申沃客车生生产的11～12米长公交车车，其额定载载重为8200～1170kkg，按IVE的分类，属bus中的Mediium车型（140000lbs～330000lbs）。公交车车按行驶50万公里淘汰汰，则Mediuumbuss中三种不同同车龄的比例例为：小于8万公里为16％，大于8万公里小于16万公里的比比例为16％，大于16万公里的比比例为68％。同时假假定所比较的的公交车车空空调比例为100％。对于柴柴油公交车，分分别计算了符符合欧1、欧2、欧3、欧4和欧5的车辆尾气气排放，对于于CNG公交车，分分别计算了不不同发动机技技术和尾气控控制技术的CNG公交车，技技术特点如表表2：表2CNGG公交车分类类种类Air/FueellConnttrolExhausttEvaporaattiveCNG1Carb/MiixxerNonePCVCNG2Carb/Miixxer2-Way/EEGGRPCVCNG3Carb/Miixxer3-Way/EEGRRPCVCNG4FI3-Way/EEGRRPCV注：Carbb：化油器Mixeer：预混燃燃烧FI：电喷2-Waay：二元催催化（VOCs、CO）3-Way：三三元催化（VOCs、CO、NOX）EGR：尾气气循环控制技技术PCV：曲轴轴箱通风2.5IVEE模拟计算结结果将已获得的输入入数据代入IVE模型，便可可得出运行阶阶段的排放数数据，结果仅仅列举了一些些主要污染物物，如表3所示。表3公交车排排放因子模拟拟结果g/kmmTchnoloogyyCOVOCNOxSOxPMCO2N2OCH4DieselEEuro1117.513.5428.990.08960.56521257.2220.0078DieselEEuro2215.573.5425.370.08960.35331257.2220.0078DieselEEuro3310.902.4817.760.08960.24731257.2220.1181DieselEEuro447.632.2312.430.08960.17311257.2220.1181DieselEEuro555.342.018.700.08960.12121257.2220.1181CNG1108.993.277.290.00340.0065691.410.0070.96CNG28.911.273.410.00390.00651084.4220.11810.63CNG38.911.270.340.00390.00651084.4220.11810.63CNG49.071.270.350.00310.0067842.960.10650.623结果分析析在进行IVE模模拟计算时并并没有输入燃燃油经济性方方面的数值，所所得到的各种种污染物的排排放量均是根根据不同技术术特点的发动动机在不同行行驶工况下的的排放规律计计算得到，由由于BIN划分的特点点，以及模型型中发动机技技术和实际发发动机技术存存在一定的差差异，必然会会导致模拟计计算存在一定定的误差，为为检验模型的的准确性，进进行碳平衡分分析是非常必必要的。据公公交公司提供供的数据，在在开启空调的的情况下公交交车的百公里里油耗约为40L左右，CNG单燃料公交交车百公里耗耗气量约为45Nm3（标准立方方米）左右。根根据柴油和天天然气的密度度、含碳率[[3]以及IVE模拟计算的的整体情况下下的排放因子子，可得到如如表4的碳平衡分分析结果。其其中模拟计算算的值为欧2标准柴油公公交车和CNG2公交车。表4碳平衡分分析碳平衡计算模拟计算碳平衡计算与模模拟拟计算的偏偏差差百公里耗油气量量密度含碳率碳排放量CO2排放量CO排放量碳排放量L或m3kg/m3％g/kmg/kmg/kmg/km（％）柴油40.00856.0087.00297.891257.22215.57349.5517.34CNG45.000.7274.00241.091084.4228.91299.5724.26比值（％）123.56116.68从表4中可以看看出，模拟计计算的碳排放放量与根据百百公里耗油的的碳平衡得到到的碳排放量量偏差分别为为17.34％和24.26％，根据碳碳平衡计算得得到的柴油的的碳排放量是是CNG的123.556％，而根根据模拟计算算得到的柴油油的碳排放量量是CNG的116.668％，其相相对误差仅为为6％左右，因因此模拟计算算的结果是可可以接受的。4结论和展展望使用CNG公交交车代替柴油油公交车后，NOX、SOX和PM的排放均均有显著的降降低，但采用用不同技术的的CNG公交车的排排放仍有很大大的差异，无无催化转化和和尾气再循环环的CNG公交车的CO排放量远远远高于柴油公公交车的排放放，其VOC的排放量亦亦高于符合欧欧三标准的柴柴油公交车的的排放量。因因此，不可以以认为只要使使用天然气代代替柴油公交交车就可以解解决一切问题题，相反，如如果不加强发发动机技术的的更新和尾气气排放的控制制，反倒可能能造成某些污污染物的增加加。而柴油动动力汽车在加加强发动机技技术水平的提提高和尾气排排放的控制策策略后同样可可以大幅消减减污染物排放放。结果分析表明，IVE模型的模拟拟结果具有较较好的可靠性性，对我国机机动车迅猛发发展，汽车尾尾气排放标准准、汽车技术术水平、道路路交通情况与与发达国家存存在较大的这这种多技术跨跨越式共存的的情况有较好好的适用性。我我们应采用IVE的模式根据据我国实际情情况发展自己己的汽车尾气气排放模型，开开展在城市机机动车污染预预测、政策、管管理的实施效效果、技术更更新规划等方方面的应用研研究。参考文献1.上海燃气气设计院等编编.上海市公交CNG汽车及加气气站“十五”发展规划。2.IVEEModeelUseersmaanual,,versiion1..03,20003.3.王秉铨主主编，工业炉炉设计手册，第第二版，北京京，机械工业业出版社，11996年ASimullatinggReseearchonVeehicleeEmisssionssofSShanghhaiBuusAbstracct:TThepaaperiintrodducesthebaasisooftheeemisssionprediictionnproccessooftheeInteernatiionalVehiccleEmmissioonmoddel(IIVE),measuuresttheonn-roadddrivvingppatterrndattaofShangghaibbusussingGGloballPosiitioniingSaatelliite(GPS),,andprediictsttheveehicleeemisssionssofttheCNNGbussanddieseelbus