王同猛 管丞昊

摘 要： 選取西安市輕型客車為研究對(duì)象，利用MOVES移動(dòng)源排放模型，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，模擬計(jì)算各汽油組分對(duì)輕型客車污染排放因子的影響。經(jīng)過(guò)測(cè)算，得知硫含量和雷德蒸汽壓對(duì)CO和HC的排放敏感性較強(qiáng)，汽油中硫含量由500×10-6降至10×10-6可令CO的排放降低47.25%，HC的排放降低49.13%，而雷德蒸汽壓由14 psi降至8 psi可令CO減排36.41%，HC減排13.17%，而芳烴含量只對(duì)CO敏感，芳烴含量由50%降至20%可令CO的排放降低17.61%，而烯烴含量由10%增加到22%令NOx和CO的排放分別增加了4.46%，3.42%，而HC的排放降低了2.19%，四項(xiàng)指標(biāo)對(duì)于PM的排放均影響甚微，對(duì)CO2的排放則無(wú)影響。

關(guān) 鍵 詞：汽油組分;排放因子;MOVES;敏感性

中圖分類號(hào)：TE 624 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2015）06-1280-04

Analysis on Impact of Gasoline Components on Motor

Vehicle Emissions Based on MOVES

WANG Tong-meng1，GUAN Cheng-hao2

（1. College of Environmental Science and Engineering， Changan University， Shaanxi Xian 710064， China;

2. Zhejiang Guangchuan Engineering Consulting Co.，Ltd.，Zhejiang Guangchuan 310020， China）

Abstract： Taking light-duty vehicles in Xian city as the research object， combined with measurement data， effect of gasoline components on emission factor was simulated by MOVES. The results show that sulphur content and Reid vapor pressure are very sensitive to the emissions of CO and HC; the decrease of sulphur content from 500×10-6 to 10×10-6 can reduce CO and HC emission by 47.25% and 49.13%， respectively; the decrease of Reid vapor pressure from 14 psi to 8 psi can reduce CO and HC emission by 36.41% and 13.17%， respectively; the aromatic content is only sensitive to the emissions of CO， and the decrease of aromatic content from 50% to 20% can reduce emission of CO by 17.61%; the increase of olefin content from 10% to 22% can reduce emission of HC by 2.19%， while can increase the emission of NOx and CO by 4.46% and 3.42%; all of four effect factors can slightly affect emissions of PM， and have no effect on CO2 emission.

Key words： Gasoline components; Emission factors; MOVES; Sensibility

近年來(lái)，西安市的機(jī)動(dòng)車保有量迅速增長(zhǎng)，由2000年的134 757輛增長(zhǎng)到2012年的1 319 081輛[1]，機(jī)動(dòng)車數(shù)量的劇增，隨之而來(lái)的是機(jī)動(dòng)車污染物排放的增加，而西安市達(dá)到國(guó)IV標(biāo)準(zhǔn)及以上的車輛僅占機(jī)動(dòng)車總量的9.35%[2]，所以相對(duì)污染物排放量更大。2014年10月，西安市開始供應(yīng)國(guó)V汽油，而國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者研究了燃油品質(zhì)對(duì)車輛排放的影響[3-11]，相比其他學(xué)者做類似研究大多利用臺(tái)架實(shí)測(cè)少量甚至一輛車，且大都只針對(duì)硫含量這一因素，本研究通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用MOVES模型模擬計(jì)算區(qū)域環(huán)境內(nèi)汽油各組分對(duì)機(jī)動(dòng)車的污染物排放影響，并對(duì)其進(jìn)行敏感性分析，得到實(shí)際工況下燃油質(zhì)量對(duì)機(jī)動(dòng)車排放污染物的影響，為國(guó)家進(jìn)一步地提高油品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)動(dòng)車污染減排措施決策提供參考意見。

1 研究方法

1.1 排放模型選取

MOVES（Motor Vehicle Emission Simulator）模型[3，4]是由美國(guó)環(huán)保署（EPA）、加州大學(xué)河邊分校（UCR）及北卡州立大學(xué)（NCSU）在MOBILE模型以及NONROAD模型的基礎(chǔ)上，以大量的車載測(cè)試以及臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)開發(fā)的發(fā)新一代的綜合移動(dòng)源排放模型，為當(dāng)前EPA推薦使用的用以預(yù)測(cè)道路車輛排放最先進(jìn)的工具。MOVES模型包括運(yùn)行排放、啟動(dòng)排放、燃油蒸發(fā)排放等14種排放過(guò)程，可計(jì)算NOX、PM2.5、CO2等38種污染物，相比IVE、COPERT、CMEM、MOBILE[5]這幾種預(yù)測(cè)模型，MOVES模型綜合了宏觀，中觀和微觀3種情況，代表了排放模型發(fā)展的最新技術(shù)。

1.2 本情境設(shè)定

本文中采取微觀尺度進(jìn)行燃油信息敏感性分析，測(cè)算時(shí)間為2013年9月15號(hào)星期一早上六點(diǎn)到七點(diǎn)，測(cè)算地點(diǎn)為西安市南二環(huán)路，其長(zhǎng)度為1.6 km公里，溫度為21 ℃，相對(duì)濕度為75%，選取車型為這一時(shí)段的所有輕型客車（汽油車），車輛分為自西向東以及自東向西兩個(gè)link，利用GPS以及人工計(jì)數(shù)實(shí)測(cè)得到南二環(huán)輕型車輛數(shù)自西向東為1 308輛，自東向西為1 085輛，平均行駛速度自西向東道速度為26.8 km/h，自東向西車道速度為21.7 km/h。

根據(jù)汽油的燃油配方[12]以及學(xué)者先前對(duì)汽油組分的研究[6-7]，影響污染物排放的因素主要為硫含量、雷德蒸汽壓（Reid vapor pressure，RVP）、芳香烴含量、烯烴含量四種。MOVES模型針對(duì)各種燃油中不同的組分指標(biāo)，提供了近9000種燃油類型。針對(duì)不同地區(qū)的燃油特點(diǎn)，用戶可以參考本地車用汽油標(biāo)準(zhǔn)及車用柴油標(biāo)準(zhǔn)中的各個(gè)組分指標(biāo)，從中選取最為接近的燃料配方編號(hào)，在燃油組分參數(shù)方面，考慮到2012年關(guān)中地區(qū)的車用燃油符合國(guó)III標(biāo)準(zhǔn)。

因此參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《車用汽油》（GB17930-2011）組分指標(biāo)，選取與MOVES模型給定的燃油組分中最為接近的燃油配方，再將該配方中的相關(guān)參數(shù)改為國(guó)家燃油標(biāo)準(zhǔn)中的參數(shù)，匹配后的燃油參數(shù)以及測(cè)算采用值見表1。

表1 燃油技術(shù)參數(shù)

Table 1 Parameters of fuel technology

以國(guó)III油為基準(zhǔn)，根據(jù)國(guó)I至國(guó)V汽油中各組分的含量變化[13]，設(shè)置模型計(jì)算中各參數(shù)的步長(zhǎng)（見表2），采用單因子分析法就上述四項(xiàng)因素一一進(jìn)行模擬計(jì)算，得到PM、NOX、HC、CO、CO2這5種排放因子的排放量以及增長(zhǎng)率，并分析各因素對(duì)污染物排放的影響。

由于本研究涉及車輛較多，又是實(shí)際區(qū)域環(huán)境，所以采用實(shí)測(cè)的參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)合MOVES模型來(lái)測(cè)算機(jī)動(dòng)車的污染物排放，并對(duì)測(cè)算結(jié)果進(jìn)行定量分析。

2 結(jié)果分析

2.1 硫含量

硫含量是汽油的主要參數(shù)之一，汽油中硫?qū)ε欧诺挠绊懼饕憩F(xiàn)在兩個(gè)方面，一是降低三元催化劑的使用效能，二是易使氧傳感器失效，產(chǎn)生錯(cuò)誤的反饋信號(hào)，從而使空燃比控制出現(xiàn)偏差，如果汽油中含硫量偏高，還會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)火時(shí)間延遲，使點(diǎn)火溫度過(guò)高，降低發(fā)動(dòng)機(jī)效率。從而影響排放[6]。測(cè)算結(jié)果如圖1所示。

圖1 各排放因子增長(zhǎng)率隨硫含量的變化曲線

Fig.1 Curve for increasing rate of emission factors with the sulfate content

由圖1可以看到，隨著硫含量的增加，NOx、HC、CO這三種排放因子均明顯增加，其中CO的排放量最大，比其他兩種污染物多了一個(gè)數(shù)量級(jí)，占據(jù)了污染物排放的很大比重。硫含量的增長(zhǎng)對(duì)于CO2的排放影響甚微，PM則略有增長(zhǎng)，但是對(duì)NOx、HC、CO這三種污染物，硫含量從國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)的10×10-6到國(guó)I標(biāo)準(zhǔn)的500×10-6，NOx、HC、CO的排放因子分別增加了96.59%、89.58%、101.28%。

表2 測(cè)算步長(zhǎng)

Table 2 The step length in measurement

2.2 雷德蒸汽壓

圖2 各排放因子增長(zhǎng)率隨雷德蒸汽壓值大小的變化曲線

Fig.2 Curve for increasing rate of emission factors with the RVP

雷德蒸氣壓是汽油揮發(fā)度的表示方法之一，指汽油在攝氏37.8 ℃（華氏100 F），蒸氣油料體積比為41時(shí)之蒸氣壓.？雷德蒸汽壓主要對(duì)汽油的揮發(fā)有著重要的影響，是衡量燃油揮發(fā)程度的指標(biāo)，該值越高代表?yè)]發(fā)性越強(qiáng)[14]。測(cè)算結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，隨著雷德蒸汽壓的增加，HC、NOx，CO的排放均是增加的趨勢(shì)，其中，HC和NOx增長(zhǎng)趨勢(shì)比較平緩，而CO在雷德蒸汽壓處于8～10psi時(shí)增長(zhǎng)趨勢(shì)較為平緩，但是在雷德蒸汽壓處于10～14 psi時(shí)增長(zhǎng)迅速;隨雷德蒸汽壓的增加，CO2的增長(zhǎng)率無(wú)明顯變化，PM則是稍微增加，NOx、HC、CO的排放因子分別增加了6.41%、15.17%、57.26%。

2.3 芳香烴含量

烯烴和芳香烴是汽油中辛烷值的主要貢獻(xiàn)者，汽油中芳香烴會(huì)增加汽車的NOx、HC和CO的排放，芳烴燃燒后在尾氣中形成致癌性的苯，并增加燃燒室積碳，導(dǎo)致尾氣排放物增加，氣缸結(jié)碳。因此降低汽油中芳烴含量，可減少汽車尾氣的相對(duì)排放量和尾氣中多環(huán)有機(jī)物的含量[7]。測(cè)算結(jié)果如圖3所示：

圖3 各排放因子增長(zhǎng)率隨芳烴含量的變化曲線

Fig.3 Curve for increasing rate of emission factors with the aromatic content

由圖3可以看出，隨著芳烴含量的增加，HC和NOx的排放略微增長(zhǎng)，而CO的排放增長(zhǎng)量比較大，說(shuō)明芳烴含量對(duì)機(jī)動(dòng)車CO的排放影響比較大。隨著芳烴含量的增加，CO2基本沒(méi)有變化，PM略有增加，而HC和NOx的增長(zhǎng)率分別為5.04%和5.92%，而CO的增長(zhǎng)率最大，達(dá)到21.38%。

2.4 烯烴含量

汽油中烯烴含量高，雖然會(huì)使汽油辛烷值高，但會(huì)令NOx排放增加，且易生成臭氧，造成二次污染，烯烴的燃燒生成物還會(huì)形成有毒的二烯烴，另外烯烴本身極易被氧化生成膠體，會(huì)造成直噴發(fā)動(dòng)機(jī)堵塞，并在進(jìn)油系統(tǒng)、噴嘴、氣缸內(nèi)易形成膠質(zhì)和沉淀，降低發(fā)動(dòng)機(jī)效率，增加汽車排放[15]。因此，研究汽油烯烴含量對(duì)各排放因子的影響可為發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提升提供一定參考。測(cè)算結(jié)果如圖4所示。

圖4 各排放因子增長(zhǎng)率隨烯烴含量的變化曲線

Fig.4 Curve for increasing rate of emission factors with the olefin content

由圖4可以看到，隨著烯烴含量的增加，CO以及NOx的排放略微增加，但是HC的排放卻稍稍下降。PM和CO2的排放增長(zhǎng)率基本不變，NOx和CO的增長(zhǎng)率分別為4.46%，3.42%，而HC的排放降低了2.19%。

3 結(jié) 論

（1）硫含量對(duì)NOx、CO、HC這三種排放因子敏感性很強(qiáng)，硫含量從國(guó)II標(biāo)準(zhǔn)以下的500×10-6降低到國(guó)V汽油標(biāo)準(zhǔn)的10×10-6，可令這三種排放因子均降低大約50%。而對(duì)PM的排放則略有降低，對(duì)CO2的排放無(wú)明顯影響。

（2）雷德蒸汽壓對(duì)CO和HC的排放敏感性較強(qiáng)，降低雷德蒸汽壓可令這兩種污染物的排放分別降低36.41%和13.17%，而對(duì)NOx的排放的敏感性相對(duì)CO和HC較弱，對(duì)于PM的排放略有影響，而對(duì)CO2基本無(wú)影響。

（3）芳香烴含量對(duì)CO的排放比較敏感，降低芳香烴含量可令CO的排放降低21.38%，而對(duì)HC，NOx的排放影響較低，對(duì)于PM和CO2的排放則影響甚微。

（4）烯烴含量對(duì)NOx和CO的排放敏感性較弱，烯烴含量的增加可降低這兩種污染物的排放分別為4.46%，3.42%，對(duì)PM和CO2的排放則基本無(wú)影響，但是烯烴含量的增加對(duì)HC的排放出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)，令HC的排放降低了2.19%。

（5）硫含量和雷德蒸汽壓對(duì)CO和HC的排放敏感性較強(qiáng)，降低汽油中這兩項(xiàng)指標(biāo)可令CO和HC的排放大大降低，而芳烴含量只對(duì)CO影響較大，而烯烴含量的增加可略微降低HC的排放，四項(xiàng)指標(biāo)對(duì)于PM和CO2的影響則可以基本忽略。

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