王軍方 丁 焰 殷寶輝 尹 航 肖 寒 王宏麗

(中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012)

機(jī)動車排放已經(jīng)成為我國大氣污染中的重要來源，近年來我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，自2009年開始我國就成為世界第一生產(chǎn)大國，年產(chǎn)量超過1000 萬臺。根據(jù)《中國機(jī)動車污染防治年報2013》［1］公布，2012年我國汽車保有量1.08 億輛，氮氧化物排放量583 萬噸，其中柴油車氮氧化物排放量397 萬噸，占汽車總排放的68.1%，占我國氮氧化物總排放量的17.0%［2］。我國《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》［3］中將氮氧化物排放總量列為“十二五”的約束性指標(biāo)，然而，作為主要的污染源之一，柴油車環(huán)保定期檢測僅對煙度進(jìn)行檢測，并沒有對氮氧化物檢測的要求，無從了解柴油車的實(shí)際氮氧化物排放情況。本研究旨在通過對柴油車氮氧化物檢測設(shè)備、檢測工況和檢測限值的測試分析，分析我國在用柴油車環(huán)保定期檢測氮氧化物的可行性。

1 研究思路與方法

1.1 研究思路

對國內(nèi)外在用汽車的檢測現(xiàn)狀調(diào)研的基礎(chǔ)上，以氮氧化物檢測設(shè)備、檢測工況和檢測限值為研究目標(biāo)，分別確定其可行性。通過實(shí)驗方法確認(rèn)NOx 分析儀的響應(yīng)時間、NOx 測試工況以及檢測限值。

1.2 測試方法

在發(fā)動機(jī)臺架上，同時連接新車檢測時精度較高的氮氧化物分析儀與本研究中測試分析儀，改變發(fā)動機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速，進(jìn)行兩種分析儀的對比實(shí)驗。同時在發(fā)動機(jī)臺架上，進(jìn)行ESC 工況測試，并對其中A、B 和C 轉(zhuǎn)速下全負(fù)荷工況進(jìn)行檢測。

在北京地區(qū)某一重型柴油車環(huán)保定期檢測線上，對社會車輛進(jìn)行加載減速煙度檢測的同時，同步進(jìn)行了NO 排放檢測。

1.3 測試設(shè)備

本研究中選用了4 種氮氧化物分析儀，分別與以化學(xué)發(fā)光法為原理的分析儀AMA4000 進(jìn)行比對實(shí)驗。

表1 測試儀器及相關(guān)參數(shù)

2 研究結(jié)果

2.1 測試方法和檢測工況

按我國現(xiàn)行國家在用車排放測量標(biāo)準(zhǔn)［4］規(guī)定，測量在用柴油機(jī)排放的方法有兩個:自由加速法和加載減速法，這兩種方法都是用來測量柴油機(jī)排氣煙度的。柴油機(jī)的NOx 主要產(chǎn)生于大負(fù)荷工況，因此自由加速法不適合進(jìn)行NOx 測量。而加載減速法是在發(fā)動機(jī)滿負(fù)荷，油門全開的工況下進(jìn)行實(shí)驗的，因此是進(jìn)行NOx 排放檢測的理想工況。

目前的加載減速工況，分別測量三個轉(zhuǎn)速的煙度，每個工況的測試時間只有8 秒，加上管道長度的影響，實(shí)際測量時間比較短，考慮到機(jī)動車氮氧化物排放的特點(diǎn)，可選擇按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的加載減速法的90%轉(zhuǎn)速點(diǎn)進(jìn)行，測量點(diǎn)測量時間定為25 秒，前10 秒為穩(wěn)定時間，后15 秒為測量時間，計算測量時間的平均值，作為測量結(jié)果。因此要對柴油車的氮氧化物進(jìn)行測試，應(yīng)該修改加載減速法測量程序，或者在標(biāo)準(zhǔn)里規(guī)定，如果進(jìn)行氮氧化物測量，柴油車的工況法要進(jìn)行修改，在柴油車的工況法中要涵蓋上述測量點(diǎn)。

2.2 測試設(shè)備與CLD 比對結(jié)果

圖1 可以看出，4 種檢測設(shè)備與以化學(xué)發(fā)光法原理檢測的儀器AMA4000 檢測設(shè)備之間相關(guān)性均較好。設(shè)備1～4 與AMA4000 設(shè)備的線性關(guān)系分別符合y =1.0094x + 8.3872、y = 0.9146x + 225.9、y = 0.885x +68.637、y=0.9549x+28.284，從比對實(shí)驗結(jié)果可以看出，基于紅外、紫外、化學(xué)發(fā)光原理的NO 測量設(shè)備1～4均能夠滿足在用柴油車NO 排放測量的精度要求，但其可靠性很耐久性還需要在實(shí)際使用過程中進(jìn)一步進(jìn)行考核。

圖1 檢測設(shè)備與化學(xué)發(fā)光法設(shè)備比對結(jié)果

2.3 檢測限值初步結(jié)果

首先選取了23 臺新定型時候發(fā)動機(jī)的測量數(shù)據(jù)，對其發(fā)動機(jī)ESC［5］排放實(shí)驗A100，B100，C100 的NOx濃度進(jìn)行統(tǒng)計分析，測試發(fā)動機(jī)中有16 臺能夠達(dá)到國IV 排放標(biāo)準(zhǔn)，7 臺能夠達(dá)到國III 排放標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計結(jié)果見圖2。

對于符合國III 排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機(jī)，氮氧化物排放值為337～898ppm，平均值為516ppm，對于符合國IV排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機(jī)，排放值為106～558ppm，平均值為297ppm。

其次在環(huán)保定期檢測時，對150 輛符合國III 排放標(biāo)準(zhǔn)以上的車輛進(jìn)行了氮氧化物測量，結(jié)果如圖3。

圖2 發(fā)動機(jī)ESC 測試結(jié)果

圖3 車輛氮氧化物排放測試結(jié)果

可以看出，能夠達(dá)到國III 和國IV 排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機(jī)其氮氧化物排放水平有明顯的界限，同一階段排放水平的發(fā)動機(jī)在A100 工況點(diǎn)排放最高。

如圖3 所示，將車輛排放值從大到小依次排列，其排放最大值為2128ppm，最小值413ppm，平均值為974ppm。按照在用車排放監(jiān)控原則，去除15%的車輛定義為高排放車輛進(jìn)行監(jiān)控，其排放最大值為1226ppm，最小值為413ppm，平均值856ppm。

結(jié)合發(fā)動機(jī)定型時排放水平以及在用車定期檢測時排放測量值，可將氮氧化物排放限值初步定為1300ppm。

3 討論和建議

(1)對目前的柴油車煙度檢測方法加載減速法進(jìn)行調(diào)整，增加檢測時間，減少測量工況點(diǎn)，可以滿足氮氧化物檢測要求。因此建議修訂標(biāo)準(zhǔn)將90%轉(zhuǎn)速點(diǎn)作為測量點(diǎn)，測試時間延長為25s。

(2)對于檢測設(shè)備來講，目前的在用汽油車排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定可以采用化學(xué)電池法進(jìn)行，但依據(jù)各地實(shí)際檢測情況來講，化學(xué)電池法檢測設(shè)備電池劣化速度快，劣化后測量設(shè)備響應(yīng)時間變長，無法滿足檢測要求，因此在柴油車的檢測中，建議將化學(xué)電池法測量設(shè)備排除。

(3)可以看出，在用柴油車環(huán)保定期檢測中，對氮氧化物進(jìn)行檢測是可行的，但是如果生產(chǎn)時沒有氮氧化物處理裝置SCR，檢測不達(dá)標(biāo)時無法通過維修達(dá)標(biāo)，因此如果決定對氮氧化物進(jìn)行檢測，檢測對象應(yīng)該是配備有SCR 的車輛，通過維修或者更換SCR 裝置，能夠大幅度降低氮氧化物排放。

(4)從本研究的測試結(jié)果來看，在用柴油車氮氧化物測量值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于新定型發(fā)動機(jī)的排放結(jié)果，按照我國排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，耐久性需要保證10～50 萬公里的排放水平，因此有關(guān)部門需要采取措施，嚴(yán)格控制柴油車的耐久性實(shí)驗。

［1］環(huán)境保護(hù)部．機(jī)動車污染防治年報2013．http://www．mep．gov．cn．

［2］環(huán)境保護(hù)部．中國環(huán)境狀況統(tǒng)計公報2013．http://www．mep．gov．cn．

［3］國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要．www．gov．cn．

［4］車用壓燃式發(fā)動機(jī)和壓燃式發(fā)動機(jī)汽車排氣煙度排放限值及測量方法GB3847－2005．

［5］車用壓燃式、氣體燃料點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)與汽車排氣污染物排放限值及測量方法(中國III、IV、V 階段)GB17691－2005．

［6］環(huán)境保護(hù)部機(jī)動車排污監(jiān)控中心．環(huán)境保護(hù)部發(fā)布《2013年中國機(jī)動車污染防治年報》［J］．環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2014，39(1):9－10．

［7］王若素，等．全國機(jī)動車保有量［J］．環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2014，39(1):88－90．

［8］黃志輝，等．全國機(jī)動車污染物排放量［J］．環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2014，39(1V):99－96．

［9］丁焰，等．新生產(chǎn)機(jī)動車環(huán)保管理［J］．環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2014，39(1):97－99．

［10］王軍方，等．在用機(jī)動車環(huán)保管理［J］．環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2014，39(1):100－105．

［11］丁焰，等．車用燃料環(huán)保管理［J］．環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2014，39(1):106－108．

［12］陳偉程，等．全國機(jī)動車氮氧化物總量減排［J］．環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2014，39(1):109－112．