曹 磊，李 昌，郭紅松

（1.中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300300；2.廣州豐田汽車有限公司，廣東 廣 州 511455）

非甲烷碳?xì)浠衔铮∟MHC）［1］是指THC中除CH4以外的碳?xì)浠衔锏目偤?，研究發(fā)現(xiàn)，NMHC是光化學(xué)臭氧及光化學(xué)二次污染物（如PAN等）的最重要的前體污染物之一，而近地面臭氧濃度過(guò)高將造成一系列不利于人類及生態(tài)環(huán)境的影響［2－3］。近期頒布的京Ⅴ輕型車排放標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)輕型汽油車Ⅰ型試驗(yàn)的排放污染物及其限值提出了新的要求，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)輕型汽油車新增加了NMHC的限值。本研究就目前我國(guó)京Ⅴ車輛的NMHC排放水平和劣化特性，以及與THC排放的關(guān)系，開(kāi)展了相關(guān)試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)方法及設(shè)備

1.1 試驗(yàn)車輛

為了使試驗(yàn)結(jié)果具有全面性、代表性，試驗(yàn)選取了國(guó)內(nèi)不同廠家生產(chǎn)的歐系、美系、日系和韓系車輛共6組12輛，每組包括滿足我國(guó)國(guó)Ⅳ、京Ⅴ階段排放標(biāo)準(zhǔn)要求的輕型汽油車（第一類車）各1輛，這2輛車屬于同一廠家的同一車型，區(qū)別僅在于后處理系統(tǒng)和ECU的標(biāo)定不同。需要說(shuō)明的是，這12輛車均非認(rèn)證車輛，而是某些項(xiàng)目的試驗(yàn)用車，但該項(xiàng)目其他試驗(yàn)不會(huì)影響車輛排放特性。為了便于分析，本研究將6組車編號(hào)1～6，并通過(guò)后綴Ⅳ和Ⅴ區(qū)分其排放（見(jiàn)表1）。

1.2 試驗(yàn)方法

為了研究NMHC的排放特性，分別按照GB 18352.3—2005《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)Ⅲ、Ⅳ階段）》［4］和DB 11／946—2013《輕型汽車（點(diǎn)燃式）污染物排放限值及測(cè)量方法（北京Ⅴ階段）》［5］中對(duì)Ⅴ型試驗(yàn)（污染控制裝置耐久性試驗(yàn)）的要求，對(duì)12輛車分別進(jìn)行耐久試驗(yàn)。國(guó)Ⅳ、京Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)耐久試驗(yàn)的里程要求分別為8萬(wàn)km和16萬(wàn)km，所有車輛耐久試驗(yàn)循環(huán)均采用AMA循環(huán)，新車磨合到3 000km作為初始里程，之后每隔（10 000±400）km分別對(duì)每輛車進(jìn)行1次Ⅰ型試驗(yàn)（常溫冷啟動(dòng)排放試驗(yàn)），直到達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的耐久里程結(jié)束。整個(gè)耐久試驗(yàn)過(guò)程中，所有試驗(yàn)車輛均按車輛行駛手冊(cè)中的規(guī)定進(jìn)行保養(yǎng)。

表1 車輛參數(shù)

1.3 試驗(yàn)用油

12輛試驗(yàn)車使用的燃油均為同一批次92號(hào)京Ⅴ汽油，其理化參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)用燃油理化參數(shù)

1.4 試驗(yàn)設(shè)備

所有12輛車的耐久試驗(yàn)均在試驗(yàn)跑道上進(jìn)行，每次Ⅰ型試驗(yàn)所使用的主要設(shè)備包括S7520／30環(huán)境倉(cāng)，PLI220／12C－23M13／APM210底盤測(cè) 功 機(jī)，CVS 2000定容取樣系統(tǒng)，AMA 4000排氣分析系統(tǒng)。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

京Ⅴ階段輕型汽油車（第一類車）Ⅰ型試驗(yàn)THC的排放限值為0.1g／km，NMHC的排放限值為0.068g／km。表3中列出12輛試驗(yàn)車3 000km時(shí)THC和NMHC的排放結(jié)果，以及該結(jié)果乘以推薦劣化系數(shù)1.3［5］之后的數(shù)值。

將表3中的數(shù)值與限值進(jìn)行對(duì)比可知，所有12輛試驗(yàn)車的排放結(jié)果均能滿足京Ⅴ階段排放要求，且按推薦劣化系數(shù)計(jì)算，所有車輛污染物排放控制系統(tǒng)的耐久性也均滿足京Ⅴ階段排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.1 NMHC排放耐久特性

圖1至圖6示出6組車輛NMHC，THC和CH4排放的耐久特性。從圖1至圖6可以看出，12輛試驗(yàn)車輛耐久過(guò)程中NMHC和THC的排放結(jié)果隨耐久里程增加基本都呈增加趨勢(shì)，且每輛試驗(yàn)車NMHC和THC的排放結(jié)果隨耐久里程增加的變化趨勢(shì)基本一致；所有車輛CH4的排放結(jié)果隨耐久里程的變化不大［6］。

試驗(yàn)用汽油車后處理系統(tǒng)為三元催化器，對(duì)THC和NMHC的轉(zhuǎn)化效率隨使用時(shí)間的增加而下降［7］，所以車輛的NMHC和THC排放隨著耐久里程的增加而增加；NMHC是指THC中除CH4以外的碳?xì)浠衔锏目偤停珹MA4000排放定容取樣分析系統(tǒng)是采用雙柱雙氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）氣相色譜法分別測(cè)出THC和CH4的含量，從測(cè)試原理上看，兩者之差即為NMHC的含量［8］。從圖1至圖6可以看出，所有車輛的CH4排放在整個(gè)耐久過(guò)程中都很小，在0.01g／km以內(nèi)，且隨耐久里程增加變化很小。所以NMHC和THC的排放隨耐久里程具有相同的變化趨勢(shì)。

另外，從圖1至圖6還可以看出，前4組中所有被測(cè)車輛NMHC排放隨耐久里程增加而增長(zhǎng)的速率在整個(gè)耐久過(guò)程中比較穩(wěn)定，而第5組和第6組中對(duì)應(yīng)Ⅴ階段的被測(cè)車輛NMHC排放的增長(zhǎng)速率在8萬(wàn)km左右時(shí)有增加的趨勢(shì)。為了便于比較NMHC排放增長(zhǎng)速率的變化，分別在5－Ⅴ和6－Ⅴ兩輛車前8萬(wàn)km和16萬(wàn)km的NMHC排放曲線上擬合線性趨勢(shì)線，得到圖7和圖8。

從圖7和圖8中可以看出，5－Ⅴ和6－Ⅴ整個(gè)16萬(wàn)km耐久里程中NMHC排放曲線的線性趨勢(shì)線斜率明顯高于前8萬(wàn)km。說(shuō)明在京Ⅴ階段對(duì)耐久里程增加到16萬(wàn)km之后，部分測(cè)試車輛在后8萬(wàn)km的耐久測(cè)試中后處理系統(tǒng)出現(xiàn)了加速劣化的現(xiàn)象，增加的耐久里程對(duì)后處理系統(tǒng)的耐久性提出了更高的要求。

2.2 NMHC在THC中的比例

為了進(jìn)一步分析NMHC和TCH之間的相關(guān)性，現(xiàn)定義變量x：

式中：Q（CH4）為試驗(yàn)車輛CH4的排放量；Q（THC）為同一輛車同一次試驗(yàn)中THC的排放量。

對(duì)12輛車耐久過(guò)程中x的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖9，回歸分析得到如下式分布函數(shù)：

式中：y為對(duì)應(yīng)x數(shù)值出現(xiàn)的概率；x為CH4在THC中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；μ為x的均數(shù)；σ為標(biāo)準(zhǔn)差。

從圖9中擬合的結(jié)果可以看出，對(duì)于x擬合的正態(tài)分布曲線的相關(guān)系數(shù)R2＝0.965 55，說(shuō)明擬合的相關(guān)性非常好，曲線基本反映了x的分布規(guī)律。由擬合的正態(tài)分布曲線可知，μ＝12.719 32，μ為x的均數(shù)，說(shuō)明被測(cè)車輛的所有試驗(yàn)結(jié)果中CH4在THC中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)概率峰值在12.72%左右；σ＝4.473 13，σ為x正態(tài)分布曲線的標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)正態(tài)分布函數(shù)的特性，橫軸區(qū)間（μ－2.58σ，μ＋2.58σ）內(nèi)的面積為99.73%，說(shuō)明在被測(cè)車輛的所有試驗(yàn)結(jié)果中CH4在THC中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)出現(xiàn)在（1.18%，24.26%）這一區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的概率大約是99.73%。從排放量關(guān)系上看，NMHC是指在THC中扣除CH4的部分，也就是說(shuō)NMHC在THC中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本全部分布在75.74%至98.82%之間，且峰值概率出現(xiàn)在87.28%左右［9］。

從表1中可以看到，京Ⅴ階段輕型汽油車第一類車Ⅰ型試驗(yàn)NMHC限值為0.068g／km，THC限值為0.10g／km，由此得出式（3）和式（4）：

式中：Q（NMHC）為試驗(yàn)中 NMHC的排放量；Q（THC）為同一車輛同一次試驗(yàn)中THC的排放量。

結(jié)合上述分析得出的NMHC在THC中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布規(guī)律，可將式（3）演變?yōu)?/p>

比較式（4）和（5）可知，顯然式（5）中對(duì)THC排放的要求要嚴(yán)于式（4）。說(shuō)明新標(biāo)準(zhǔn)中增加的NMHC的限值實(shí)際上相當(dāng)于對(duì)THC的限值進(jìn)行了加嚴(yán)。

3 結(jié)論

a）試驗(yàn)中，所有實(shí)驗(yàn)車輛NMHC與THC排放隨耐久里程增加而增加，且其變化趨勢(shì)基本相同，CH4排放隨耐久里程增加基本維持不變；

b）8萬(wàn)km耐久里程以后，部分試驗(yàn)車輛NMHC劣化速度加快，說(shuō)明更高的耐久里程對(duì)三效后處理系統(tǒng)耐久性提出了更高的要求；

c）對(duì)于輕型汽油車而言，雖然Ⅴ階段Ⅰ型試驗(yàn)THC的限值沒(méi)有變化，但是增加了NMHC的限值，間接對(duì)THC的限值進(jìn)行了加嚴(yán)。

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18352.3—2005輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)Ⅲ、Ⅳ階段）［S］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2005.

［5］ 中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院.DB 11／946—2013 輕型汽車（點(diǎn)燃式）污染物排放限值及測(cè)量方法（北京Ⅴ階段）［S］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2013.

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