京Ⅴ輕型汽油車NMHC排放特性研究

曹 磊，李 昌，郭紅松

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

非甲烷碳氫化合物（NMHC）［1］是指THC中除CH4以外的碳氫化合物的總和，研究發現，NMHC是光化學臭氧及光化學二次污染物（如PAN等）的最重要的前體污染物之一，而近地面臭氧濃度過高將造成一系列不利于人類及生態環境的影響［2－3］。近期頒布的京Ⅴ輕型車排放標準相對于國Ⅳ排放標準，對輕型汽油車Ⅰ型試驗的排放污染物及其限值提出了新的要求，標準中對輕型汽油車新增加了NMHC的限值。本研究就目前我國京Ⅴ車輛的NMHC排放水平和劣化特性，以及與THC排放的關系，開展了相關試驗。

1 試驗方法及設備

1.1 試驗車輛

為了使試驗結果具有全面性、代表性，試驗選取了國內不同廠家生產的歐系、美系、日系和韓系車輛共6組12輛，每組包括滿足我國國Ⅳ、京Ⅴ階段排放標準要求的輕型汽油車（第一類車）各1輛，這2輛車屬于同一廠家的同一車型，區別僅在于后處理系統和ECU的標定不同。需要說明的是，這12輛車均非認證車輛，而是某些項目的試驗用車，但該項目其他試驗不會影響車輛排放特性。為了便于分析，本研究將6組車編號1～6，并通過后綴Ⅳ和Ⅴ區分其排放（見表1）。

1.2 試驗方法

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量方法（中國Ⅲ、Ⅳ階段）》［4］和DB 11／946—2013《輕型汽車（點燃式）污染物排放限值及測量方法（北京Ⅴ階段）》［5］中對Ⅴ型試驗（污染控制裝置耐久性試驗）的要求，對12輛車分別進行耐久試驗。國Ⅳ、京Ⅴ排放標準對耐久試驗的里程要求分別為8萬km和16萬km，所有車輛耐久試驗循環均采用AMA循環，新車磨合到3 000km作為初始里程，之后每隔（10 000±400）km分別對每輛車進行1次Ⅰ型試驗（常溫冷啟動排放試驗），直到達到標準要求的耐久里程結束。整個耐久試驗過程中，所有試驗車輛均按車輛行駛手冊中的規定進行保養。

表1 車輛參數

1.3 試驗用油

12輛試驗車使用的燃油均為同一批次92號京Ⅴ汽油，其理化參數見表2。

表2 試驗用燃油理化參數

1.4 試驗設備

所有12輛車的耐久試驗均在試驗跑道上進行，每次Ⅰ型試驗所使用的主要設備包括S7520／30環境倉，PLI220／12C－23M13／APM210底盤測 功 機，CVS 2000定容取樣系統，AMA 4000排氣分析系統。

2 試驗結果和分析

京Ⅴ階段輕型汽油車（第一類車）Ⅰ型試驗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輛試驗車3 000km時THC和NMHC的排放結果，以及該結果乘以推薦劣化系數1.3［5］之后的數值。

將表3中的數值與限值進行對比可知，所有12輛試驗車的排放結果均能滿足京Ⅴ階段排放要求，且按推薦劣化系數計算，所有車輛污染物排放控制系統的耐久性也均滿足京Ⅴ階段排放標準的要求。

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輛試驗車輛耐久過程中NMHC和THC的排放結果隨耐久里程增加基本都呈增加趨勢，且每輛試驗車NMHC和THC的排放結果隨耐久里程增加的變化趨勢基本一致；所有車輛CH4的排放結果隨耐久里程的變化不大［6］。

試驗用汽油車后處理系統為三元催化器，對THC和NMHC的轉化效率隨使用時間的增加而下降［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以外的碳氫化合物的總和，AMA4000排放定容取樣分析系統是采用雙柱雙氫火焰離子化檢測器（FID）氣相色譜法分別測出THC和CH4的含量，從測試原理上看，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排放在整個耐久過程中都很小，在0.01g／km以內，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。

另外，從圖1至圖6還可以看出，前4組中所有被測車輛NMHC排放隨耐久里程增加而增長的速率在整個耐久過程中比較穩定，而第5組和第6組中對應Ⅴ階段的被測車輛NMHC排放的增長速率在8萬km左右時有增加的趨勢。為了便于比較NMHC排放增長速率的變化，分別在5－Ⅴ和6－Ⅴ兩輛車前8萬km和16萬km的NMHC排放曲線上擬合線性趨勢線，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16萬km耐久里程中NMHC排放曲線的線性趨勢線斜率明顯高于前8萬km。說明在京Ⅴ階段對耐久里程增加到16萬km之后，部分測試車輛在后8萬km的耐久測試中后處理系統出現了加速劣化的現象，增加的耐久里程對后處理系統的耐久性提出了更高的要求。

2.2 NMHC在THC中的比例

為了進一步分析NMHC和TCH之間的相關性，現定義變量x：

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

對12輛車耐久過程中x的統計結果見圖9，回歸分析得到如下式分布函數：

式中：y為對應x數值出現的概率；x為CH4在THC中的質量分數；μ為x的均數；σ為標準差。

從圖9中擬合的結果可以看出，對于x擬合的正態分布曲線的相關系數R2＝0.965 55，說明擬合的相關性非常好，曲線基本反映了x的分布規律。由擬合的正態分布曲線可知，μ＝12.719 32，μ為x的均數，說明被測車輛的所有試驗結果中CH4在THC中的質量分數概率峰值在12.72%左右；σ＝4.473 13，σ為x正態分布曲線的標準差，根據正態分布函數的特性，橫軸區間（μ－2.58σ，μ＋2.58σ）內的面積為99.73%，說明在被測車輛的所有試驗結果中CH4在THC中的質量分數出現在（1.18%，24.26%）這一區間內出現的概率大約是99.73%。從排放量關系上看，NMHC是指在THC中扣除CH4的部分，也就是說NMHC在THC中的質量分數基本全部分布在75.74%至98.82%之間，且峰值概率出現在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）為試驗中 NMHC的排放量；Q（THC）為同一車輛同一次試驗中THC的排放量。

結合上述分析得出的NMHC在THC中的質量分數分布規律，可將式（3）演變為

比較式（4）和（5）可知，顯然式（5）中對THC排放的要求要嚴于式（4）。說明新標準中增加的NMHC的限值實際上相當于對THC的限值進行了加嚴。

3 結論

a）試驗中，所有實驗車輛NMHC與THC排放隨耐久里程增加而增加，且其變化趨勢基本相同，CH4排放隨耐久里程增加基本維持不變；

b）8萬km耐久里程以后，部分試驗車輛NMHC劣化速度加快，說明更高的耐久里程對三效后處理系統耐久性提出了更高的要求；

c）對于輕型汽油車而言，雖然Ⅴ階段Ⅰ型試驗THC的限值沒有變化，但是增加了NMHC的限值，間接對THC的限值進行了加嚴。

［1］ Petrea M，Kurtenbach R，Wiesen P，et al.Emissions Of Non－Methane Hydrocarbon Compounds（Nmhc）From Vehicular Traffic In Europe［J］.Simulation and Assessment of Chemical Processes in a Multiphase Environmen，2008（9＿42）：515－521.

［2］ 朱 彬，李子華，肖 輝，等.非甲烷碳氫化合物的光化學臭氧生成潛勢的數值模擬研究［J］.南京氣象學院學報，2000，23（3）：338－344.

［3］ 安俊嶺，高會旺，王自發，等.NOx不變時NMHC的變化對O3生成的影響［C］／／第七屆全國大氣環境學術會議.北京：中國環境科學學會大氣環境分會，1998：323－325.

［4］ 國家環境保護總局，國家質量監督檢驗檢疫總局.GB

18352.3—2005輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國Ⅲ、Ⅳ階段）［S］.北京：中國環境科學出版社，2005.

［5］ 中國汽車技術研究中心，中國環境科學研究院.DB 11／946—2013 輕型汽車（點燃式）污染物排放限值及測量方法（北京Ⅴ階段）［S］.北京：中國環境科學出版社，2013.

［6］ Anna Fathali，Magnus Ekstrm.Methane Production over Three－Way Catalysts in E85－Fuelled Vehicles［C］.SAE Paper 2011－01－0643.

［7］ 卞龍春，盛世才，隨 偉，等.汽車三效催化劑失活研究的進展［J］.浙江化工，2010，41（12）：12－16.

［8］ 齊文啟，武攀峰，敬 紅.關于非甲烷總烴（NMHC）的測定及結果表示［J］.中國環境監測，2009，25（4）：30－31.

［9］ 洪兆剛，薛小兵，高雪峰，等.適應歐Ⅴ法規的汽車排放優化［J］.上海汽車，2010（10）：40－43.