轻型汽车尾气排放中氮氧化合物的排放特征研究
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摘 要：文中从多种工况下的氮氧化合物排放特征进行分析，得出：NOX排放主要集中在冷起动阶段；按照国五排放标准进行开发的车辆进行WLTC、FTP75、JC08工况时，测试结果较差；在车速达到一定数值后发动机负荷继续增加会导致NOX排放量突增。
关键词：氮氧化合物；法规工况；NEDC；ECE；JC08；WLTC；FTP75
中图分类号：U467.48 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）11-0013-02
0 引言
2018年7月3日，《国务院关于印发打赢蓝天保卫战三年行动计划的通知》要求在5年时间里，未达标地级及以上城市PM2.5浓度下降18%以上，同时新增了二氧化硫和氮氧化合物排放总量下降15%的针对性要求。氮氧化合物一直都没有离开大气污染防治专家的法眼范围。大气中氮氧化合物的主要来源有三方面：工业污染、生活污染、交通污染。工业污染主要是由于在工业生产过程中（特别是在石油化工企业）燃烧化石燃料而产生的，它主要包括两部分：（1）工艺生产过程中的泄漏气体污染，如化工厂及煤制气厂；（2）工业生产用的各种锅炉、炉窑排放的尾气。生活污染主要是人类的生存行为产生的废气排放。交通污染主要是交通工具排放的尾气带来的污染。大气中的氮氧化物对人类的危害是多方面的，我们熟知的便是在空气中产生光化学烟雾，另外，氮氧化合物对人体造成病变，对植物的生长也会造成影响。本文从交通污染源方面研究多种工况下的氮氧化合物的排放情况。
1 测试方法介绍
测试对象为一辆搭载1.5L增压发动机的轻型汽油车，该车整备质量为1525kg，最大总质量为1900kg。使用的测试设备为HORIBA全流稀释采样系统，氮氧化合物分析仪原理为化学发光法，道路阻力模拟采用AVL的48英寸底盘测功机，测试过程中的环境控制设备为WEISS环境仓。测试工况曲线包括常温下的NEDC工况、WLTC工况、FTP75工况、JC08工况。
1.1 测试前准备
正式测试前将检查车辆状态，机油、冷却液均按照生产厂要求加注，轮胎压力调整至出厂要求，对蓄电池进行充电至满电状态。未消除转鼓阻力对排放量的影响因素，本次研究中所有常温测试均使用同一滑行阻力函数。依据法规建议，进行低温测试时，按滑行时间增加10%的阻力进行调整转鼓加载的阻力函数。车辆进行预处理的工况曲线以即将进行的测试工况为准。预处理结束后，车辆进入浸车时间，每次浸车时间约12小时。
1.2 测试过程
测试前量蓄电池电压，机油、冷却液温度需在浸车温度的±2℃范围内。测试中记录从工况开始到结束的NOX模态数据，测试环境温度波动控制在±3℃以内。测试前及分析气袋前均对NOX分析仪进行标定。
2 测试结果分析
2.1 常温下冷起动后尾气中NOX在多种工况下的排放情况
根据测试报告及模态数据的到NOx排放列表，见表1。
从表1可见，①JC08工况下的NOX排放因子最大。虽然FTP75工况下NOX排放质量最大，但排放因子却没有JC08工况的排放因子大。这主要是因为JC08工况下总的排放质量高，却行驶距离短。②NEDC工况下NOX排放因子最小。NEDC工况下NOX排放质量近似FTP75排放质量的1/5，不足WLTC工况和JCO8工况排放质量的1/3。③JC08工况下NOX的峰值浓度最高，NEDC工况的峰值浓度最低。④WLTC工况及FTP75工况出现两次峰值，而且FTP75工况的第二次的峰值要比第一次的高2倍。
2.2 结果分析
由于冷起动阶段排气温度较低，催化器未起燃催化转化效率很低，因此冷启动阶段的NOx浓度会较高；另外，工况曲线的加速度大小及加速时间长短会影响油门开度，从而导致NOX的排放出现高低不同的峰值。对于WLTC工况和FTP75工况在高速阶段出现的峰值，WLTC工况出现的第二次峰值是因为此刻发动机负荷较大，车速急剧增加，导致节气门开度大大增大，高温富氧的环境产生大量的NOX，节气门开度增大，喷油量增加，催化器转换效率等综合因素导致最终NOX排放量的增加。FTP75工况出现第二次峰值主要是因为此刻之前发动机已熄火10分钟，发动机冷机后再次起动，及排放处理系统的冷却，必会NOX排放量的再次突增。
四种工况下的NOX排放模态数据见图1。
对于NEDC工况下的排放结果最低，主要因为该车研发及配置均为国五排放打造，在其他工况下进行测试时肯定会有一些参数及硬件上的不适用。从模态数据可以看出，发动机刚刚启动阶段NOX排放量较高，排放主要集中在前100s内，从工况车速看NEDC工况车速加速较大，但加速时间短，NOX浓度出现峰值时刻的车速为15km/h，其他三种工况峰值浓度对应的车速依次为：FTP75为39km/h，WLTC为45.9km/h，JC08为38.7km/h，可见最高车速及加速度对车辆尾气污染物排放会有不同程度的影响。
3 结论
轻型汽油车的尾气中NOX排放主要集中在冷起动阶段；在车速达到一定数值后发动机负荷继续增加会导致NOX排放量突增。依照国五排放标准进行开发的车辆进行WLTC、FTP75、JC08工况时，测试结果较差。从本次测试可见，车辆对于法规的适应性较差，发展实际道路排放试验是很有必要的。
参考文献
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[2] 环境保护部国家质量监督检验检疫总局.GB18352.6-2016中国标准书号[S].中国环境科学出版社.2017.
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