基于MOVES分析汽油组分对机动车的污染排放影响

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摘 要： 选取西安市轻型客车为研究对象，利用MOVES移动源排放模型，结合实测数据，模拟计算各汽油组分对轻型客车污染排放因子的影响。经过测算，得知硫含量和雷德蒸汽压对CO和HC的排放敏感性较强，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%，而雷德蒸汽压由14 psi降至8 psi可令CO减排36.41%，HC减排13.17%，而芳烃含量只对CO敏感，芳烃含量由50%降至20%可令CO的排放降低17.61%，而烯烃含量由10%增加到22%令NOx和CO的排放分别增加了4.46%，3.42%，而HC的排放降低了2.19%，四项指标对于PM的排放均影响甚微，对CO2的排放则无影响。

关 键 词：汽油组分;排放因子;MOVES;敏感性

中图分类号：TE 624 文献标识码： A 文章编号： 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， Chang’an University， Shaanxi Xi’an 710064， China;

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

Abstract： Taking light-duty vehicles in Xi’an 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

近年来，西安市的机动车保有量迅速增长，由2000年的134 757辆增长到2012年的1 319 081辆[1]，机动车数量的剧增，随之而来的是机动车污染物排放的增加，而西安市达到国IV标准及以上的车辆仅占机动车总量的9.35%[2]，所以相对污染物排放量更大。2014年10月，西安市开始供应国V汽油，而国内外不少学者研究了燃油品质对车辆排放的影响[3-11]，相比其他学者做类似研究大多利用台架实测少量甚至一辆车，且大都只针对硫含量这一因素，本研究通过实测数据，利用MOVES模型模拟计算区域环境内汽油各组分对机动车的污染物排放影响，并对其进行敏感性分析，得到实际工况下燃油质量对机动车排放污染物的影响，为国家进一步地提高油品质量标准和机动车污染减排措施决策提供参考意见。

1 研究方法

1.1 排放模型选取

MOVES（Motor Vehicle Emission Simulator）模型[3，4]是由美国环保署（EPA）、加州大学河边分校（UCR）及北卡州立大学（NCSU）在MOBILE模型以及NONROAD模型的基础上，以大量的车载测试以及台架试验数据为基础开发的发新一代的综合移动源排放模型，为当前EPA推荐使用的用以预测道路车辆排放最先进的工具。MOVES模型包括运行排放、启动排放、燃油蒸发排放等14种排放过程，可计算NOX、PM2.5、CO2等38种污染物，相比IVE、COPERT、CMEM、MOBILE[5]这几种预测模型，MOVES模型综合了宏观，中观和微观3种情况，代表了排放模型发展的最新技术。

1.2 本情境设定

本文中采取微观尺度进行燃油信息敏感性分析，测算时间为2013年9月15号星期一早上六点到七点，测算地点为西安市南二环路，其长度为1.6 km公里，温度为21 ℃，相对湿度为75%，选取车型为这一时段的所有轻型客车（汽油车），车辆分为自西向东以及自东向西两个link，利用GPS以及人工计数实测得到南二环轻型车辆数自西向东为1 308辆，自东向西为1 085辆，平均行驶速度自西向东道速度为26.8 km/h，自东向西车道速度为21.7 km/h。

根据汽油的燃油配方[12]以及学者先前对汽油组分的研究[6-7]，影响污染物排放的因素主要为硫含量、雷德蒸汽压（Reid vapor pressure，RVP）、芳香烃含量、烯烃含量四种。MOVES模型针对各种燃油中不同的组分指标，提供了近9000种燃油类型。针对不同地区的燃油特点，用户可以参考本地车用汽油标准及车用柴油标准中的各个组分指标，从中选取最为接近的燃料配方编号，在燃油组分参数方面，考虑到2012年关中地区的车用燃油符合国III标准。

因此参照国家标准《车用汽油》（GB17930-2011）组分指标，选取与MOVES模型给定的燃油组分中最为接近的燃油配方，再将该配方中的相关参数改为国家燃油标准中的参数，匹配后的燃油参数以及测算采用值见表1。

表1 燃油技术参数

Table 1 Parameters of fuel technology

以国III油为基准，根据国I至国V汽油中各组分的含量变化[13]，设置模型计算中各参数的步长（见表2），采用单因子分析法就上述四项因素一一进行模拟计算，得到PM、NOX、HC、CO、CO2这5种排放因子的排放量以及增长率，并分析各因素对污染物排放的影响。

由于本研究涉及车辆较多，又是实际区域环境，所以采用实测的参数数据结合MOVES模型来测算机动车的污染物排放，并对测算结果进行定量分析。

2 结果分析

2.1 硫含量

硫含量是汽油的主要参数之一，汽油中硫对排放的影响主要表现在两个方面，一是降低三元催化剂的使用效能，二是易使氧传感器失效，产生错误的反馈信号，从而使空燃比控制出现偏差，如果汽油中含硫量偏高，还会导致点火时间延迟，使点火温度过高，降低发动机效率。从而影响排放[6]。测算结果如图1所示。

图1 各排放因子增长率随硫含量的变化曲线

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

由图1可以看到，随着硫含量的增加，NOx、HC、CO这三种排放因子均明显增加，其中CO的排放量最大，比其他两种污染物多了一个数量级，占据了污染物排放的很大比重。硫含量的增长对于CO2的排放影响甚微，PM则略有增长，但是对NOx、HC、CO这三种污染物，硫含量从国V标准的10×10-6到国I标准的500×10-6，NOx、HC、CO的排放因子分别增加了96.59%、89.58%、101.28%。

表2 测算步长

Table 2 The step length in measurement

2.2 雷德蒸汽压

图2 各排放因子增长率随雷德蒸汽压值大小的变化曲线

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

雷德蒸气压是汽油挥发度的表示方法之一，指汽油在摄氏37.8 ℃（华氏100 F），蒸气油料体积比为41时之蒸气压.？雷德蒸汽压主要对汽油的挥发有着重要的影响，是衡量燃油挥发程度的指标，该值越高代表挥发性越强[14]。测算结果如图2所示。

由图2可知，随着雷德蒸汽压的增加，HC、NOx，CO的排放均是增加的趋势，其中，HC和NOx增长趋势比较平缓，而CO在雷德蒸汽压处于8～10psi时增长趋势较为平缓，但是在雷德蒸汽压处于10～14 psi时增长迅速;随雷德蒸汽压的增加，CO2的增长率无明显变化，PM则是稍微增加，NOx、HC、CO的排放因子分别增加了6.41%、15.17%、57.26%。

2.3 芳香烃含量

烯烃和芳香烃是汽油中辛烷值的主要贡献者，汽油中芳香烃会增加汽车的NOx、HC和CO的排放，芳烃燃烧后在尾气中形成致癌性的苯，并增加燃烧室积碳，导致尾气排放物增加，气缸结碳。因此降低汽油中芳烃含量，可减少汽车尾气的相对排放量和尾气中多环有机物的含量[7]。测算结果如图3所示：

图3 各排放因子增长率随芳烃含量的变化曲线

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

由图3可以看出，随着芳烃含量的增加，HC和NOx的排放略微增长，而CO的排放增长量比较大，说明芳烃含量对机动车CO的排放影响比较大。随着芳烃含量的增加，CO2基本没有变化，PM略有增加，而HC和NOx的增长率分别为5.04%和5.92%，而CO的增长率最大，达到21.38%。

2.4 烯烃含量

汽油中烯烃含量高，虽然会使汽油辛烷值高，但会令NOx排放增加，且易生成臭氧，造成二次污染，烯烃的燃烧生成物还会形成有毒的二烯烃，另外烯烃本身极易被氧化生成胶体，会造成直喷发动机堵塞，并在进油系统、喷嘴、气缸内易形成胶质和沉淀，降低发动机效率，增加汽车排放[15]。因此，研究汽油烯烃含量对各排放因子的影响可为发动机效率的提升提供一定参考。测算结果如图4所示。

图4 各排放因子增长率随烯烃含量的变化曲线

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

由图4可以看到，随着烯烃含量的增加，CO以及NOx的排放略微增加，但是HC的排放却稍稍下降。PM和CO2的排放增长率基本不变，NOx和CO的增长率分别为4.46%，3.42%，而HC的排放降低了2.19%。

3 结 论

（1）硫含量对NOx、CO、HC这三种排放因子敏感性很强，硫含量从国II标准以下的500×10-6降低到国V汽油标准的10×10-6，可令这三种排放因子均降低大约50%。而对PM的排放则略有降低，对CO2的排放无明显影响。

（2）雷德蒸汽压对CO和HC的排放敏感性较强，降低雷德蒸汽压可令这两种污染物的排放分别降低36.41%和13.17%，而对NOx的排放的敏感性相对CO和HC较弱，对于PM的排放略有影响，而对CO2基本无影响。

（3）芳香烃含量对CO的排放比较敏感，降低芳香烃含量可令CO的排放降低21.38%，而对HC，NOx的排放影响较低，对于PM和CO2的排放则影响甚微。

（4）烯烃含量对NOx和CO的排放敏感性较弱，烯烃含量的增加可降低这两种污染物的排放分别为4.46%，3.42%，对PM和CO2的排放则基本无影响，但是烯烃含量的增加对HC的排放出现了负增长，令HC的排放降低了2.19%。

（5）硫含量和雷德蒸汽压对CO和HC的排放敏感性较强，降低汽油中这两项指标可令CO和HC的排放大大降低，而芳烃含量只对CO影响较大，而烯烃含量的增加可略微降低HC的排放，四项指标对于PM和CO2的影响则可以基本忽略。

参考文献：

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