一种机动车蒸发排放运行损失VOCs排放因子测量方法技术领域
本发明属于机动车VOCs蒸发排放技术领域，特别涉及一种机动车蒸发排放运行损
失VOCs排放因子测量方法。
背景技术
机动车VOCs排放为城市大气中VOCs的主要来源，其排放过程主要有尾气排放及蒸
发排放两类。随着尾气排放控制技术的进步，蒸发排放在机动车VOCs总排放中的贡献日益
显著。蒸发排放途径主要包括昼间排放、热浸排放、加油排放、渗透排放及运行损失等。排放
机理主要包括：1.由于温度升高导致油箱中生成的油气膨胀，经由排气口排入大气；2.油品
组分分子经由渗透作用，穿过油路系统排入大气；3.加油时由于气液交换，油气经由加油口
排入大气。目前国际间主流的蒸发排放测试方法为密闭舱测试法，相关的主流测试流程有
美国EPA的机动车蒸发排放测试方法及欧盟的汽油车排放控制法规，共同流程为以密闭舱
收集车辆启动、行驶及停止期间不同过程排放的VOCs。其中，运行损失的排放测定在标准工
况运行阶段；热浸排放的测定是在发动机停止后，车体温度下降的阶段；车辆与密闭舱环境
温度达到平衡后，通过模拟昼夜温度变化以测得车辆的昼间排放；将碳罐排气导出密闭舱
以测得车辆的渗透排放。上述排放因子中，热浸排放、昼间排放和渗透排放因子在国内均可
通过现有的测试流程和实验条件进行直接测定。
机动车的VOCs运行损失排放测试目前在国内难以实施，具体原因为完成测试需要
带有转鼓的可变温密闭舱等设备，而国内目前没有能满足测试条件的实验室，因此目前研
拟的国六草案中仅能根据经验对车辆的VOCs蒸发排放运行损失进行间接处理，没有规范车
辆VOCs蒸发排放运行损失的测试标准；此外，机动车的VOCs运行损失排放需要基于符合实
际道路工况测定,过去的研究表明，目前的实验工况无法反映实际道路工况下车辆的活动
状态。综上所述，运行损失的测定需要带有转鼓的密闭舱，实验室建设，现有实验室改造及
运维成本极高，且测试工况下的车辆状态可能与实际道路工况不相符，导致国内机动车的
VOCs蒸发排放运行损失排放因子难以取得。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种机动车蒸发排放运行
损失VOCs排放因子测量方法，可测量一地区机动车蒸发排放运行损失VOCs排放因子。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种机动车蒸发排放运行损失VOCs排放因子测量方法，包括如下步骤：
步骤一：依实验所在地区现行的实验室标准测试方法对车辆的排放因子进行测
量，同时测量排放VOCs源谱物种组成，其中车辆包括轻型汽油车及重型柴油车；排放因子包
括轻型汽油车热浸排放因子、轻型汽油车及重型柴油车尾气排放因子；
步骤二：对欲评估地区选择隧道，对该隧道在测试时段的环境数据及车辆组成数
据进行记录，使用现场连续监测设备于合适的地点进行VOCs浓度监测；
步骤三：测量并计算道路实验中轻型汽油车VOCs综合排放因子，并扣除实验室测
得的轻型汽油车尾气排放因子，计算得出该地区的轻型汽油车VOCs平均运行损失排放因
子；或以化学质量平衡模型得到轻型汽油车VOCs热浸排放的排放贡献，计算该地区的轻型
汽油车VOCs平均运行损失排放因子。
由于柴油挥发性较低，重型柴油车一般不会有运行损失排放因子，因此可忽略不
计。
国内目前尚未有满足机动车VOCs蒸发排放运行损失的实验室测试环境，与现有技
术相比，本发明能在实际道路工况下测得机动车的VOCs蒸发排放运行损失，实现低成本，能
长期测量且符合实际道路工况的机动车VOCs运行损失排放因子的定量测量方法。
附图说明
图1是本发明流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明具有两条平行的技术路径，分别采用的技术方案如下：
技术途径一：根据多次道路实验测得的环境VOCs质量、车流特征、轻型汽油车及重
型柴油车组成比例，解析实际道路工况下轻型汽油车及重型柴油车各自的VOCs总排放因
子，并扣除实验室测得的尾气排放因子，得到实际道路工况下机动车运行损失VOCs排放因
子，方法包括以下步骤。
步骤一：根据该地区现行的车辆VOCs排放标准测试方法，选择具代表性的轻型汽
油车及重型柴油车测得常规的轻型汽油车及重型柴油车的总碳烃尾气排放因子，分别记为
轻型汽油车尾气排放因子EFLD,TP及重型柴油车尾气排放因子EFHD,TP。
步骤二：对该地区道路环境及车流特征进行调研，以搜寻并确定合适的隧道作为
道路测试路段，隧道的环境要求包括道路平坦且直，路段内气体垂直于车流的扩散区域受
限，隧道内除出入口外无对外开口，包含采样点在内的大气环境稳定，无明显对流，测试区
域内尽可能无光照，附近无除道路移动源外之明显VOCs排放源。
步骤三：以现场连续监测设备同时测量实验道路入口及出口VOCs浓度以获得车辆
VOCs排放因子，根据排放机理，测得的车辆VOCs排放质量等于测量期间轻型汽油车VOCs总
排放因子与重型柴油车VOCs总排放因子分别乘以车辆组成比例后的加合，公式为E＝XL+
YH，式中X为轻型汽油车车辆数在测试期间的数量比百分，Y为重型柴油车车辆数测试期间
的数量比百分，L为测试期间轻型汽油车的VOCs总排放因子，H为测试期间重型柴油车的
VOCs总排放因子。进行多次测试后对总VOCs排放因子、轻型汽油车车辆数及重型柴油车车
辆数计算线性回归方程，得到该地区轻型汽油车及重型柴油车的VOCs总排放因子。
步骤四：根据排放机理，轻型汽油车VOCs运行损失排放因子为轻型汽油车VOCs总
排放因子减去轻型汽油车常规的VOCs尾气排放因子，公式为LRL＝L-EFLD,TP。
技术途径二：根据机动车VOCs尾气排放及蒸发排放源组分谱、车流特征及轻型汽
油车与重型柴油车组成比例，应用化学质量平衡模型，直接解析出实际道路工况下机动车
运行损失VOCs排放因子，方法包括以下步骤。
步骤一：根据该地区现行的车辆VOCs排放标准测试方法，选择具代表性的轻型汽
油车及重型柴油车测得常规的轻型汽油车及重型柴油车的VOCs尾气排放及热浸排放物种
组成，测定的VOCs物种包括乙烷、乙烯、乙炔、乙醇、丙烷、丙烯、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异
戊烷、2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、正己烷、甲基环戊烷、2-甲基己烷、3-甲基己烷、2,2-二甲基
丁烷、邻-乙基甲苯、间-乙基甲苯、对-乙基甲苯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯、1-丁烯、苯、甲苯、
邻-二甲苯、间-二甲苯、对-二甲苯、乙苯、1,2,3-三甲基苯、1,2,4-三甲基苯、1,3,5-三甲基
苯、丙酮、甲基叔丁基醚。分别计算上述物种在轻型汽油车总VOCs排放及重型柴油车总VOCs
排放中的质量百分比，得到轻型汽油车VOCs尾气排放源组分谱，轻型汽油车热浸排放源组
分谱及重型柴油车尾气排放源组分谱，记为SLD,TP、SLD,RL及SHD,TP。
步骤二：对该地区道路环境及车流特征进行调研，以搜寻并确定合适的隧道作为
道路测试路段，隧道的环境要求包括道路平坦且直，路段内气体垂直于车流的扩散区域受
限，隧道内除出入口外无对外开口，包含采样点在内的大气环境稳定，无明显对流，测试区
域内尽可能无光照，附近无除道路移动源外之明显VOCs排放源。
步骤三：以现场连续监测设备同时测量实验道路入口及出口VOCs物种浓度以获得
综合的车辆VOCs排放质量及物种组成，对多次测量的VOCs排放质量及物种质量百分比取平
均值，得到车辆排放VOCs的平均质量及受体组分谱。
步骤四：于化学质量平衡模型的物种选择界面中选择前述34个VOCs物种，运行后
得到各源谱的源贡献计算值(Source Contribution Estimate,SCE)，分别除以％MASS值可
得到源谱SLD,TP、SLD,RL及SHD,TP对受体谱A归一化后的贡献百分比，记为PLD,TP、PLD,RL及PHD,TP，由
此可计算车辆VOCs的运行损失排放因子，公式为式中，LRL为车辆
VOCs平均运行损失排放因子，Mn-1为第n次测量的车辆VOCs排放质量，xn-1为第n次测量的轻
型汽油车车辆数，L为实验路段长度。
本发明的具体实现手段如下：
1、环境数据及车辆组成数据调研
对该地区主要道路交通路段的环境特征数据及车辆组成特征数据调研，环境特征
包括温度、相对湿度、背景VOCs浓度等，车辆组成数据包括单位时间内通过测试路段的轻型
汽油车车辆数、重型柴油车车辆数及平均行驶速度。
对测试路段环境特征数据及车辆组成数据调研，环境特征数据包括温度、相对湿
度、背景VOCs浓度等，车辆组成数据包括单位时间内通过测试路段的轻型汽油车车辆数、重
型柴油车车辆数及平均行驶速度，上述数据作为评估合适测试路段的依据。
所选测试路段的环境特征及车流特征应满足以下要求：
[1].道路平坦且直，长至少500米，为单向车流。
[2].测试路段内的环境数据及道路车辆组成数据与主要交通路段的环境数据及
车辆组成数据相似。
[3].气体向车流垂直方向的扩散区域受限，包括采样点在内的监测区域大气环境
稳定，无明显对流。
[4].测试区域内尽可能无光照，附近无除道路移动源外之明显VOCs排放源。
2、车辆VOCs常规排放因子获取方法
选择该地区具代表性的车辆，依据标准实验流程进行尾气排放测试及蒸发排放测
试，于各类排放测试阶段开始时间点t1及结束时间点t4记录标准仪器测得的总碳烃质量，
用于计算总VOC排放因子，公式如下：
EFv,j＝εj,t4-εj,t1 (4)
式中，EF为VOCs排放因子，v为车辆种类，j为排放途径，ε为标准仪器测得的VOCs质
量。根据排放机理，排放因子分为轻型汽油车尾气排放因子、轻型汽油车蒸发排放因子及重
型柴油车尾气排放因子，分别记为EFLD,TP、EFLD,VAP及EFHD,TP。
3、车辆VOCs平均运行损失排放因子计算方法
以现场连续监测设备同时测量实验道路入口及出口VOCs浓度以获得车辆VOCs物
种排放质量，VOCs排放质量计算公式如下：
m＝(Cout-Cin)·V (5)
式中，Cin为道路入口VOCs浓度,Cout为道路出口VOCs物种浓度，V为气体扩散体积。
对VOC物种的n次测量结果依序进行编号，如m1,m2,……mn。
两次采样期间记录通过实验道路的轻型汽油车及重型柴油车数，对n次测量间的
轻型汽油车数进行编号，如x1,x2,……xn-1；对n次测量间的重型柴油车数进行编号，如y1,
y2,……yn-1。对车辆数归一化，得到xn-1与yn-1的归一化值Xα及Yα，即：
Xα+Yα＝1(α＝1,2,……n-1) (6)
根据排放机理，认为两次测量间的VOCs质量差等于期间通过车辆的VOCs排放质
量，对n次测量间的VOCs排放质量进行编号，如M1,M2,……Mn-1。则综合排放因子定义为：
式中，l为实验道路长度。
根据排放机理，对实验中所有车辆总排放因子而言，应符合下列公式：
Eα＝XαL+YαH (8)
式中，L及H分别为轻型汽油车及重型柴油车的VOCs排放因子，根据式6，式8可改写
为：
Eα＝(L-H)Xα+Hi,α (9)
令且定义对Eα及Xα求线性回归方程，即：
因此，实验中车辆的VOCs物种的平均排放因子可定义为:
根据排放机理，L包含了轻型机动车的尾气VOCs排放因子及运行损失VOCs排放因
子，因此实验中车辆的VOCs物种的运行损失排放因子LRL定义为：
LRL＝L-EFLD,TP (14)
4、以化学质量平衡模型计算车辆VOCs平均运行损失排放因子
综合各类排放途径以及排放机理，经过文献调研等，选择具表性源组分34个VOCs
物种进行分析，包括乙烷、乙烯、乙炔、乙醇、丙烷、丙烯、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、2-
甲基戊烷、3-甲基戊烷、正己烷、甲基环戊烷、2-甲基己烷、3-甲基己烷、2,2-二甲基丁烷、
邻-乙基甲苯、间-乙基甲苯、对-乙基甲苯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯、1-丁烯、苯、甲苯、邻-二
甲苯、间-二甲苯、对-二甲苯、乙苯、1,2,3-三甲基苯、1,2,4-三甲基苯、1,3,5-三甲基苯、丙
酮、甲基叔丁基醚等。
根据式15及前项物种组成分别计算物种i在轻型汽油车尾气排放、轻型汽油车运
行损失排放及重型柴油车尾气排放中的相对质量百分比，由于排放过程与机理的相似性，
以热浸排放测试的实验结果代替运行损失排放测试结果。
为测得VOCs排放物种组成比例，于实验开始及结束时使用不锈钢真空苏马罐各采
集一个气体样品。材料包含3.2升的不锈钢采样罐，四分之一英寸口径的特氟龙管，带颗粒
物过滤功能的不锈钢采样阀门。不锈钢采样罐在实验开始前完成6个清洗循环，一个清洗循
环定义为将采样罐内气体抽出，直到罐内真空度达100毫托，此后通入99.999％纯度氮气直
到罐内压强达到23psi，完成六个清洗循环后需再抽出罐内气体，使罐内真空度为30毫托。
排放测试实验开始前将采样阀门与采样罐连接，使用特氟龙管将阀门进气口与实验装置排
气口链接，实验开始时间为t1，实验开始同时打开采样阀将车辆排气导入采样罐内，待系统
压强达到恒定后关闭采样阀，并记录采样结束时间t2；实验结束时间为t4，实验结束采样开
始时间为t3，而t3等于t4-t2+t1，于t3时将采样阀门与采样罐连接，使用特氟龙管将阀门进
气口与实验装置排气口连接，并打开采样阀，待实验结束同时完成采样。
样品使用气相色谱串联质谱仪分析，分析物种至少包括乙烷、乙烯、乙炔、乙醇、丙
烷、丙烯、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、正己烷、甲基环戊烷、
2-甲基己烷、3-甲基己烷、2,2-二甲基丁烷、邻-乙基甲苯、间-乙基甲苯、对-乙基甲苯、顺-
2-丁烯、反-2-丁烯、1-丁烯、苯、甲苯、邻-二甲苯、间-二甲苯、对-二甲苯、乙苯、1,2,3-三甲
基苯、1,2,4-三甲基苯、1,3,5-三甲基苯、丙酮、甲基叔丁基醚。根据上述物种在分析仪器中
的响应时间编号，例如乙烷编号为1，乙烯编号为2，依此类推。
轻型汽油车尾气排放实验中t1时采样分析后得到的样品浓度记为C1,LD,TP,t1,
C2,LD,TP,t1……C34,LD,TP,t1；轻型汽油车尾气排放实验中t3时采样分析后得到的样品浓度记为
C1,LD,TP,t3,C2,LD,TP,t3……C34,LD,TP,t3。重型汽油车尾气排放实验中t1时采样分析后得到的样
品浓度记为C1,HD,TP,t1,C2,HD,TP,t1……C34,HD,TP,t1；重型汽油车尾气排放实验中t3时采样分析
后得到的样品浓度记为C1,HD,TP,t3,C2,HD,TP,t3……C34,HD,TP,t3。轻型汽油车热浸排放实验中t1
时采样分析后得到的样品浓度记为C1,LD,VAP,t1,C2,LD,VAP,t1……C34,LD,VAP,t1；轻型汽油车尾气
排放实验中t3时采样分析后得到的样品浓度记为C1,LD,VAP,t3,C2,LD,VAP,t3……C34,LD,VAP,t3。
计算VOCs排放物种相对质量百分比，公式如下：
式中，i为VOCs物种，v为车辆类型，j为排放途径，S为VOCs物种在排放中的相对质
量百分比。
以现场连续监测设备同时测量实验道路入口及出口VOCs浓度以获得车辆VOCs物
种排放质量，VOCs物种排放质量计算公式如下：
mi＝(Ci,out-Ci,in)·V (16)
式中，Ci,in为道路入口VOCs物种i浓度,Ci,out为道路出口VOCs物种i浓度，V为气体
扩散体积，对VOC物种的n次测量结果依序进行编号，如m1,m2,……mn。
根据排放机理，认为两次测量间的VOCs质量差等于期间通过车辆的VOCs排放质
量，对n次测量间的VOCs物种i排放质量进行编号，如Mi,1,Mi,2,……Mi,n-1。对n次测量间的
VOCs物种i排放质量求平均数并归一化，公式如下：
式中，Ai为VOCs物种i于n次测量中的平均相对含量，实验中所有测的物种的平均
相对含量总和为1，通过模型计算得到受体VOCs组分谱。
于化学质量平衡模型软件(CMB8.2)的物种选择界面中选择前述34个VOCs物种，运
行后得到各源谱的源贡献计算值(Source Contribution Estimate,SCE)，分别除以％MASS
值可得到源谱SLD,TP、SLD,RL及SDD,TP对受体谱A归一化后的贡献百分比，记为PLD,TP、PLD,RL及
PHD,TP。因此，车辆VOCs平均运行损失排放因子计算公式如下：
式中，LRL为车辆VOCs平均运行损失排放因子，Mn-1为第n次测量的车辆VOCs排放质
量，xn-1为第n次测量的轻型汽油车车辆数，L为实验路段长度。