輕型汽車尾氣排放中氮氧化合物的排放特征研究

曹金珠

摘 要：文中從多種工況下的氮氧化合物排放特征進(jìn)行分析，得出：NOX排放主要集中在冷起動(dòng)階段；按照國(guó)五排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的車輛進(jìn)行WLTC、FTP75、JC08工況時(shí)，測(cè)試結(jié)果較差；在車速達(dá)到一定數(shù)值后發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷繼續(xù)增加會(huì)導(dǎo)致NOX排放量突增。

關(guān)鍵詞：氮氧化合物；法規(guī)工況；NEDC；ECE；JC08；WLTC；FTP75

中圖分類號(hào)：U467.48 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）11-0013-02

0 引言

2018年7月3日，《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃的通知》要求在5年時(shí)間里，未達(dá)標(biāo)地級(jí)及以上城市PM2.5濃度下降18%以上，同時(shí)新增了二氧化硫和氮氧化合物排放總量下降15%的針對(duì)性要求。氮氧化合物一直都沒(méi)有離開(kāi)大氣污染防治專家的法眼范圍。大氣中氮氧化合物的主要來(lái)源有三方面：工業(yè)污染、生活污染、交通污染。工業(yè)污染主要是由于在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中（特別是在石油化工企業(yè)）燃燒化石燃料而產(chǎn)生的，它主要包括兩部分：（1）工藝生產(chǎn)過(guò)程中的泄漏氣體污染，如化工廠及煤制氣廠；（2）工業(yè)生產(chǎn)用的各種鍋爐、爐窯排放的尾氣。生活污染主要是人類的生存行為產(chǎn)生的廢氣排放。交通污染主要是交通工具排放的尾氣帶來(lái)的污染。大氣中的氮氧化物對(duì)人類的危害是多方面的，我們熟知的便是在空氣中產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，另外，氮氧化合物對(duì)人體造成病變，對(duì)植物的生長(zhǎng)也會(huì)造成影響。本文從交通污染源方面研究多種工況下的氮氧化合物的排放情況。

1 測(cè)試方法介紹

測(cè)試對(duì)象為一輛搭載1.5L增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的輕型汽油車，該車整備質(zhì)量為1525kg，最大總質(zhì)量為1900kg。使用的測(cè)試設(shè)備為HORIBA全流稀釋采樣系統(tǒng)，氮氧化合物分析儀原理為化學(xué)發(fā)光法，道路阻力模擬采用AVL的48英寸底盤測(cè)功機(jī)，測(cè)試過(guò)程中的環(huán)境控制設(shè)備為WEISS環(huán)境倉(cāng)。測(cè)試工況曲線包括常溫下的NEDC工況、WLTC工況、FTP75工況、JC08工況。

1.1 測(cè)試前準(zhǔn)備

正式測(cè)試前將檢查車輛狀態(tài)，機(jī)油、冷卻液均按照生產(chǎn)廠要求加注，輪胎壓力調(diào)整至出廠要求，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電至滿電狀態(tài)。未消除轉(zhuǎn)鼓阻力對(duì)排放量的影響因素，本次研究中所有常溫測(cè)試均使用同一滑行阻力函數(shù)。依據(jù)法規(guī)建議，進(jìn)行低溫測(cè)試時(shí)，按滑行時(shí)間增加10%的阻力進(jìn)行調(diào)整轉(zhuǎn)鼓加載的阻力函數(shù)。車輛進(jìn)行預(yù)處理的工況曲線以即將進(jìn)行的測(cè)試工況為準(zhǔn)。預(yù)處理結(jié)束后，車輛進(jìn)入浸車時(shí)間，每次浸車時(shí)間約12小時(shí)。

1.2 測(cè)試過(guò)程

測(cè)試前量蓄電池電壓，機(jī)油、冷卻液溫度需在浸車溫度的±2℃范圍內(nèi)。測(cè)試中記錄從工況開(kāi)始到結(jié)束的NOX模態(tài)數(shù)據(jù)，測(cè)試環(huán)境溫度波動(dòng)控制在±3℃以內(nèi)。測(cè)試前及分析氣袋前均對(duì)NOX分析儀進(jìn)行標(biāo)定。

2 測(cè)試結(jié)果分析

2.1 常溫下冷起動(dòng)后尾氣中NOX在多種工況下的排放情況

根據(jù)測(cè)試報(bào)告及模態(tài)數(shù)據(jù)的到NOx排放列表，見(jiàn)表1。

從表1可見(jiàn)，①JC08工況下的NOX排放因子最大。雖然FTP75工況下NOX排放質(zhì)量最大，但排放因子卻沒(méi)有JC08工況的排放因子大。這主要是因?yàn)镴C08工況下總的排放質(zhì)量高，卻行駛距離短。②NEDC工況下NOX排放因子最小。NEDC工況下NOX排放質(zhì)量近似FTP75排放質(zhì)量的1/5，不足WLTC工況和JCO8工況排放質(zhì)量的1/3。③JC08工況下NOX的峰值濃度最高，NEDC工況的峰值濃度最低。④WLTC工況及FTP75工況出現(xiàn)兩次峰值，而且FTP75工況的第二次的峰值要比第一次的高2倍。

2.2 結(jié)果分析

由于冷起動(dòng)階段排氣溫度較低，催化器未起燃催化轉(zhuǎn)化效率很低，因此冷啟動(dòng)階段的NOx濃度會(huì)較高；另外，工況曲線的加速度大小及加速時(shí)間長(zhǎng)短會(huì)影響油門開(kāi)度，從而導(dǎo)致NOX的排放出現(xiàn)高低不同的峰值。對(duì)于WLTC工況和FTP75工況在高速階段出現(xiàn)的峰值，WLTC工況出現(xiàn)的第二次峰值是因?yàn)榇丝贪l(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較大，車速急劇增加，導(dǎo)致節(jié)氣門開(kāi)度大大增大，高溫富氧的環(huán)境產(chǎn)生大量的NOX，節(jié)氣門開(kāi)度增大，噴油量增加，催化器轉(zhuǎn)換效率等綜合因素導(dǎo)致最終NOX排放量的增加。FTP75工況出現(xiàn)第二次峰值主要是因?yàn)榇丝讨鞍l(fā)動(dòng)機(jī)已熄火10分鐘，發(fā)動(dòng)機(jī)冷機(jī)后再次起動(dòng)，及排放處理系統(tǒng)的冷卻，必會(huì)NOX排放量的再次突增。

四種工況下的NOX排放模態(tài)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1。

對(duì)于NEDC工況下的排放結(jié)果最低，主要因?yàn)樵撥囇邪l(fā)及配置均為國(guó)五排放打造，在其他工況下進(jìn)行測(cè)試時(shí)肯定會(huì)有一些參數(shù)及硬件上的不適用。從模態(tài)數(shù)據(jù)可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)剛剛啟動(dòng)階段NOX排放量較高，排放主要集中在前100s內(nèi)，從工況車速看NEDC工況車速加速較大，但加速時(shí)間短，NOX濃度出現(xiàn)峰值時(shí)刻的車速為15km/h，其他三種工況峰值濃度對(duì)應(yīng)的車速依次為：FTP75為39km/h，WLTC為45.9km/h，JC08為38.7km/h，可見(jiàn)最高車速及加速度對(duì)車輛尾氣污染物排放會(huì)有不同程度的影響。

3 結(jié)論

輕型汽油車的尾氣中NOX排放主要集中在冷起動(dòng)階段；在車速達(dá)到一定數(shù)值后發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷繼續(xù)增加會(huì)導(dǎo)致NOX排放量突增。依照國(guó)五排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的車輛進(jìn)行WLTC、FTP75、JC08工況時(shí)，測(cè)試結(jié)果較差。從本次測(cè)試可見(jiàn)，車輛對(duì)于法規(guī)的適應(yīng)性較差，發(fā)展實(shí)際道路排放試驗(yàn)是很有必要的。

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