京Ⅴ轻型汽油车NMHC排放特性研究

曹 磊，李 昌，郭红松

（1.中国汽车技术研究中心，天津 300300；2.广州丰田汽车有限公司，广东 广 州 511455）

非甲烷碳氢化合物（NMHC）［1］是指THC中除CH4以外的碳氢化合物的总和，研究发现，NMHC是光化学臭氧及光化学二次污染物（如PAN等）的最重要的前体污染物之一，而近地面臭氧浓度过高将造成一系列不利于人类及生态环境的影响［2－3］。近期颁布的京Ⅴ轻型车排放标准相对于国Ⅳ排放标准，对轻型汽油车Ⅰ型试验的排放污染物及其限值提出了新的要求，标准中对轻型汽油车新增加了NMHC的限值。本研究就目前我国京Ⅴ车辆的NMHC排放水平和劣化特性，以及与THC排放的关系，开展了相关试验。

1 试验方法及设备

1.1 试验车辆

为了使试验结果具有全面性、代表性，试验选取了国内不同厂家生产的欧系、美系、日系和韩系车辆共6组12辆，每组包括满足我国国Ⅳ、京Ⅴ阶段排放标准要求的轻型汽油车（第一类车）各1辆，这2辆车属于同一厂家的同一车型，区别仅在于后处理系统和ECU的标定不同。需要说明的是，这12辆车均非认证车辆，而是某些项目的试验用车，但该项目其他试验不会影响车辆排放特性。为了便于分析，本研究将6组车编号1～6，并通过后缀Ⅳ和Ⅴ区分其排放（见表1）。

1.2 试验方法

为了研究NMHC的排放特性，分别按照GB 18352.3—2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》［4］和DB 11／946—2013《轻型汽车（点燃式）污染物排放限值及测量方法（北京Ⅴ阶段）》［5］中对Ⅴ型试验（污染控制装置耐久性试验）的要求，对12辆车分别进行耐久试验。国Ⅳ、京Ⅴ排放标准对耐久试验的里程要求分别为8万km和16万km，所有车辆耐久试验循环均采用AMA循环，新车磨合到3 000km作为初始里程，之后每隔（10 000±400）km分别对每辆车进行1次Ⅰ型试验（常温冷启动排放试验），直到达到标准要求的耐久里程结束。整个耐久试验过程中，所有试验车辆均按车辆行驶手册中的规定进行保养。

表1 车辆参数

1.3 试验用油

12辆试验车使用的燃油均为同一批次92号京Ⅴ汽油，其理化参数见表2。

表2 试验用燃油理化参数

1.4 试验设备

所有12辆车的耐久试验均在试验跑道上进行，每次Ⅰ型试验所使用的主要设备包括S7520／30环境仓，PLI220／12C－23M13／APM210底盘测 功 机，CVS 2000定容取样系统，AMA 4000排气分析系统。

2 试验结果和分析

京Ⅴ阶段轻型汽油车（第一类车）Ⅰ型试验THC的排放限值为0.1g／km，NMHC的排放限值为0.068g／km。表3中列出12辆试验车3 000km时THC和NMHC的排放结果，以及该结果乘以推荐劣化系数1.3［5］之后的数值。

将表3中的数值与限值进行对比可知，所有12辆试验车的排放结果均能满足京Ⅴ阶段排放要求，且按推荐劣化系数计算，所有车辆污染物排放控制系统的耐久性也均满足京Ⅴ阶段排放标准的要求。

2.1 NMHC排放耐久特性

图1至图6示出6组车辆NMHC，THC和CH4排放的耐久特性。从图1至图6可以看出，12辆试验车辆耐久过程中NMHC和THC的排放结果随耐久里程增加基本都呈增加趋势，且每辆试验车NMHC和THC的排放结果随耐久里程增加的变化趋势基本一致；所有车辆CH4的排放结果随耐久里程的变化不大［6］。

试验用汽油车后处理系统为三元催化器，对THC和NMHC的转化效率随使用时间的增加而下降［7］，所以车辆的NMHC和THC排放随着耐久里程的增加而增加；NMHC是指THC中除CH4以外的碳氢化合物的总和，AMA4000排放定容取样分析系统是采用双柱双氢火焰离子化检测器（FID）气相色谱法分别测出THC和CH4的含量，从测试原理上看，两者之差即为NMHC的含量［8］。从图1至图6可以看出，所有车辆的CH4排放在整个耐久过程中都很小，在0.01g／km以内，且随耐久里程增加变化很小。所以NMHC和THC的排放随耐久里程具有相同的变化趋势。

另外，从图1至图6还可以看出，前4组中所有被测车辆NMHC排放随耐久里程增加而增长的速率在整个耐久过程中比较稳定，而第5组和第6组中对应Ⅴ阶段的被测车辆NMHC排放的增长速率在8万km左右时有增加的趋势。为了便于比较NMHC排放增长速率的变化，分别在5－Ⅴ和6－Ⅴ两辆车前8万km和16万km的NMHC排放曲线上拟合线性趋势线，得到图7和图8。

从图7和图8中可以看出，5－Ⅴ和6－Ⅴ整个16万km耐久里程中NMHC排放曲线的线性趋势线斜率明显高于前8万km。说明在京Ⅴ阶段对耐久里程增加到16万km之后，部分测试车辆在后8万km的耐久测试中后处理系统出现了加速劣化的现象，增加的耐久里程对后处理系统的耐久性提出了更高的要求。

2.2 NMHC在THC中的比例

为了进一步分析NMHC和TCH之间的相关性，现定义变量x：

式中：Q（CH4）为试验车辆CH4的排放量；Q（THC）为同一辆车同一次试验中THC的排放量。

对12辆车耐久过程中x的统计结果见图9，回归分析得到如下式分布函数：

式中：y为对应x数值出现的概率；x为CH4在THC中的质量分数；μ为x的均数；σ为标准差。

从图9中拟合的结果可以看出，对于x拟合的正态分布曲线的相关系数R2＝0.965 55，说明拟合的相关性非常好，曲线基本反映了x的分布规律。由拟合的正态分布曲线可知，μ＝12.719 32，μ为x的均数，说明被测车辆的所有试验结果中CH4在THC中的质量分数概率峰值在12.72%左右；σ＝4.473 13，σ为x正态分布曲线的标准差，根据正态分布函数的特性，横轴区间（μ－2.58σ，μ＋2.58σ）内的面积为99.73%，说明在被测车辆的所有试验结果中CH4在THC中的质量分数出现在（1.18%，24.26%）这一区间内出现的概率大约是99.73%。从排放量关系上看，NMHC是指在THC中扣除CH4的部分，也就是说NMHC在THC中的质量分数基本全部分布在75.74%至98.82%之间，且峰值概率出现在87.28%左右［9］。

从表1中可以看到，京Ⅴ阶段轻型汽油车第一类车Ⅰ型试验NMHC限值为0.068g／km，THC限值为0.10g／km，由此得出式（3）和式（4）：

式中：Q（NMHC）为试验中 NMHC的排放量；Q（THC）为同一车辆同一次试验中THC的排放量。

结合上述分析得出的NMHC在THC中的质量分数分布规律，可将式（3）演变为

比较式（4）和（5）可知，显然式（5）中对THC排放的要求要严于式（4）。说明新标准中增加的NMHC的限值实际上相当于对THC的限值进行了加严。

3 结论

a）试验中，所有实验车辆NMHC与THC排放随耐久里程增加而增加，且其变化趋势基本相同，CH4排放随耐久里程增加基本维持不变；

b）8万km耐久里程以后，部分试验车辆NMHC劣化速度加快，说明更高的耐久里程对三效后处理系统耐久性提出了更高的要求；

c）对于轻型汽油车而言，虽然Ⅴ阶段Ⅰ型试验THC的限值没有变化，但是增加了NMHC的限值，间接对THC的限值进行了加严。

［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，李子华，肖 辉，等.非甲烷碳氢化合物的光化学臭氧生成潜势的数值模拟研究［J］.南京气象学院学报，2000，23（3）：338－344.

［3］ 安俊岭，高会旺，王自发，等.NOx不变时NMHC的变化对O3生成的影响［C］／／第七届全国大气环境学术会议.北京：中国环境科学学会大气环境分会，1998：323－325.

［4］ 国家环境保护总局，国家质量监督检验检疫总局.GB

18352.3—2005轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）［S］.北京：中国环境科学出版社，2005.

［5］ 中国汽车技术研究中心，中国环境科学研究院.DB 11／946—2013 轻型汽车（点燃式）污染物排放限值及测量方法（北京Ⅴ阶段）［S］.北京：中国环境科学出版社，2013.

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

［7］ 卞龙春，盛世才，随 伟，等.汽车三效催化剂失活研究的进展［J］.浙江化工，2010，41（12）：12－16.

［8］ 齐文启，武攀峰，敬 红.关于非甲烷总烃（NMHC）的测定及结果表示［J］.中国环境监测，2009，25（4）：30－31.

［9］ 洪兆刚，薛小兵，高雪峰，等.适应欧Ⅴ法规的汽车排放优化［J］.上海汽车，2010（10）：40－43.