輕型汽車尾氣排放中氮氧化合物的排放特征研究
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摘 要：文中從多種工況下的氮氧化合物排放特征進行分析，得出：NOX排放主要集中在冷起動階段；按照國五排放標準進行開發的車輛進行WLTC、FTP75、JC08工況時，測試結果較差；在車速達到一定數值后發動機負荷繼續增加會導致NOX排放量突增。
關鍵詞：氮氧化合物；法規工況；NEDC；ECE；JC08；WLTC；FTP75
中圖分類號：U467.48 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0013-02
0 引言
2018年7月3日，《國務院關于印發打贏藍天保衛戰三年行動計劃的通知》要求在5年時間里，未達標地級及以上城市PM2.5濃度下降18%以上，同時新增了二氧化硫和氮氧化合物排放總量下降15%的針對性要求。氮氧化合物一直都沒有離開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源有三方面：工業污染、生活污染、交通污染。工業污染主要是由于在工業生產過程中（特別是在石油化工企業）燃燒化石燃料而產生的，它主要包括兩部分：（1）工藝生產過程中的泄漏氣體污染，如化工廠及煤制氣廠；（2）工業生產用的各種鍋爐、爐窯排放的尾氣。生活污染主要是人類的生存行為產生的廢氣排放。交通污染主要是交通工具排放的尾氣帶來的污染。大氣中的氮氧化物對人類的危害是多方面的，我們熟知的便是在空氣中產生光化學煙霧，另外，氮氧化合物對人體造成病變，對植物的生長也會造成影響。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 測試方法介紹
測試對象為一輛搭載1.5L增壓發動機的輕型汽油車，該車整備質量為1525kg，最大總質量為1900kg。使用的測試設備為HORIBA全流稀釋采樣系統，氮氧化合物分析儀原理為化學發光法，道路阻力模擬采用AVL的48英寸底盤測功機，測試過程中的環境控制設備為WEISS環境倉。測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 測試前準備
正式測試前將檢查車輛狀態，機油、冷卻液均按照生產廠要求加注，輪胎壓力調整至出廠要求，對蓄電池進行充電至滿電狀態。未消除轉鼓阻力對排放量的影響因素，本次研究中所有常溫測試均使用同一滑行阻力函數。依據法規建議，進行低溫測試時，按滑行時間增加10%的阻力進行調整轉鼓加載的阻力函數。車輛進行預處理的工況曲線以即將進行的測試工況為準。預處理結束后，車輛進入浸車時間，每次浸車時間約12小時。
1.2 測試過程
測試前量蓄電池電壓，機油、冷卻液溫度需在浸車溫度的±2℃范圍內。測試中記錄從工況開始到結束的NOX模態數據，測試環境溫度波動控制在±3℃以內。測試前及分析氣袋前均對NOX分析儀進行標定。
2 測試結果分析
2.1 常溫下冷起動后尾氣中NOX在多種工況下的排放情況
根據測試報告及模態數據的到NOx排放列表，見表1。
從表1可見，①JC08工況下的NOX排放因子最大。雖然FTP75工況下NOX排放質量最大，但排放因子卻沒有JC08工況的排放因子大。這主要是因為JC08工況下總的排放質量高，卻行駛距離短。②NEDC工況下NOX排放因子最小。NEDC工況下NOX排放質量近似FTP75排放質量的1/5，不足WLTC工況和JCO8工況排放質量的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 結果分析
由于冷起動階段排氣溫度較低，催化器未起燃催化轉化效率很低，因此冷啟動階段的NOx濃度會較高；另外，工況曲線的加速度大小及加速時間長短會影響油門開度，從而導致NOX的排放出現高低不同的峰值。對于WLTC工況和FTP75工況在高速階段出現的峰值，WLTC工況出現的第二次峰值是因為此刻發動機負荷較大，車速急劇增加，導致節氣門開度大大增大，高溫富氧的環境產生大量的NOX，節氣門開度增大，噴油量增加，催化器轉換效率等綜合因素導致最終NOX排放量的增加。FTP75工況出現第二次峰值主要是因為此刻之前發動機已熄火10分鐘，發動機冷機后再次起動，及排放處理系統的冷卻，必會NOX排放量的再次突增。
四種工況下的NOX排放模態數據見圖1。
對于NEDC工況下的排放結果最低，主要因為該車研發及配置均為國五排放打造，在其他工況下進行測試時肯定會有一些參數及硬件上的不適用。從模態數據可以看出，發動機剛剛啟動階段NOX排放量較高，排放主要集中在前100s內，從工況車速看NEDC工況車速加速較大，但加速時間短，NOX濃度出現峰值時刻的車速為15km/h，其他三種工況峰值濃度對應的車速依次為：FTP75為39km/h，WLTC為45.9km/h，JC08為38.7km/h，可見最高車速及加速度對車輛尾氣污染物排放會有不同程度的影響。
3 結論
輕型汽油車的尾氣中NOX排放主要集中在冷起動階段；在車速達到一定數值后發動機負荷繼續增加會導致NOX排放量突增。依照國五排放標準進行開發的車輛進行WLTC、FTP75、JC08工況時，測試結果較差。從本次測試可見，車輛對于法規的適應性較差，發展實際道路排放試驗是很有必要的。
參考文獻
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