乘用车内空气质量开发与管控研究

王太海

（奇瑞汽车股份有限公司，芜湖 241000）

引言

随着中国成为世界第一大汽车产销市场，客户环保意识逐渐增强，对车内空气质量愈加关注；国家对驾乘人员安全的考虑，也出台了相应的管控要求，明确规定车内空气质量必须满足GB/T 27630[1]要求，即车内空气中苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛的浓度限值要求，见表1。因此，明确车内空气污染来源，如何对车内空气质量开发与管控就显得尤其重要了。

表1 车内空气中有机物浓度要求 单位：mg/m3

1 车内空气质量污染来源

车内空气质量污染的来源主要来自两个方面，汽车外部和汽车内部。

汽车外部，即汽车车外的污染物进入车内，包括发动机运行过程中排放大量的氮氧化合物、碳氢化合物、硫化物等尾气 ；空调运行时采暖制冷所送风带来的尘土、细菌、霉菌等 ；驾乘人员在车内活动自身产生的污染物，如吸烟、呼吸等带来的微生物污染；消费者在车内装饰增加车内地垫、座套、香水等带来的污染源等。

汽车内部，即来自于汽车驾乘舱内饰各种非金属零件，如仪表板、车门内护板、顶棚、座椅、立柱护板、车内地毯、车内减震垫、衣帽架、方向盘、遮阳板、门密封条、呢槽、挡水条等，以及这些零件在生产制造过程中使用的生产性材料如油漆、胶粘剂、海绵条等所散发的VOC(Volatile Organic Compounds：挥发性有机化合物)。关于VOC 国际上还没有公认的定义，目前最常见的是WHO（World Health Organization：世界卫生组织）规定的分类方法，它根据沸点对VOC进行的分类，是指在常温状态下容易挥发的有机化合物。这些有机物产生的气味，有的让人愉悦，有的让人不舒服，甚至让人感觉胸闷、头痛等；有些有机物在窗玻璃上进行凝聚，形成雾翳，严重的会影响驾驶者的行车视线，进而影响行车安全；有些苯系物和醛类物质超过一定浓度，会对人体造成伤害。减少车内污染物，降低车内污染物浓度，提高车内空气质量就尤其重要。

经过多年的车内空气污染源检测与分析，来自汽车内饰零件的VOC 是影响车内空气质量的主要来源。

2 车内空气质量性能开发

2.1 车内空气质量性能管控项目及主要试验设备，见表2。

表2 管控项目及主要试验设备

2.1.1 气味性

指非金属零部件（或材料）在温度时效处理和气候时效处理规定的时间之后呈现一种能闻到的气味挥发成份倾向。气味性试验属于主观评价项目，通常由气味评价小组进行评价，一般至少有3 名具备资质试验人员来评级完成。通常参考VDA270[2]标准。

2.1.2 甲醛含量

甲醛是一种无色、有强烈刺激性气味的气体，其主要危害表现为对皮肤粘膜的刺激作用。检测方法通常参考VDA 275[3],测试时，将一定尺寸的试样固定在紧闭的装有蒸馏水的1 升聚乙烯瓶中，试样位于蒸馏水的上方，且不能接触瓶壁及下方的蒸馏水。60℃下将其保温3 小时，待冷却后，试样散发出来的甲醛与铵离子和乙酰丙酮反应生成二乙酰基二氢卢剔啶（DDL）。DDL是一种黄色的络合物，它在412nm 波长时吸收最大。用分光光度计可测出412nm 波长时含有黄色络合物的溶液与蒸馏水相比的吸光度，这一方法称为乙酰丙酮法。通过测得的吸光度和校正曲线算出试样散发的甲醛含量。

2.1.3 雾化性（冷凝组分）

非金属材料中难挥发性组分在热的作用下散发并进入车内空气中，遇冷冷凝在车窗玻璃上，且这一覆盖层难以除去，导致车内乘员的视线受到阻碍，这些难挥发性组分即冷凝组分。

测定冷凝组分时通常用重量法，将试样放入雾化杯中，100℃油浴加热16 小时，挥发组分遇冷在铝箔上冷凝，前后铝箔质量之差即为冷凝组分值。通常参考VDA 75201[4]标准。

2.1.4 有机物散发总量

内饰零件非金属材料VOC 散发成分非常复杂，为减少零件VOC 散发量，通常控制材料的总有机物散发总量。其测试方法是将装有试样的顶空瓶放入顶空进样器中，在120℃下保温5 小时。然后针头通过密封片插入瓶中，氮气或氦气通过针头注入瓶中，这样就提高了瓶子上部空间中含有散发有机物气体的压力。含有机物的气体经过针头从瓶中压出，再与载气一起经过定量管、转移管，从进样口进入毛细管分离柱中分离。被分离的各个组分随载气因保留时间不同先后进入氢离子火焰检测器，氢离子火焰检测器将各组分的浓度转变为电信号，计算机将这些电信号转变为气相色谱图，通过各组分色谱峰计算试样的有机物散发。

2.1.5 零部件挥发性有机化合物

如何达成整车车内空气VOC 浓度限值，需要管控各内饰零件总成VOC 散发情况。通常将零件总成放在一定体积的袋子中，一定的温度和相对湿度条件下，在规定的时间内，采集其散发出来的气体，并对其进行有机物浓度检测。零件材料有机物散发总量和零部件挥发性有机化合物检测分析，通常参考我们国家环境保护行业标准HJ/T 400[5]开展。

2.1.6 整车车内空气挥发性有机化合物

目前，整车车内空气挥发性有机物的采样和检测分析，通常直接按照我们国家环境保护行业标准HJ/T 400开展。

2.1.7 整车气味性

整车在一定温度和相对湿度环境下，汽车内饰零件散发出一定的气体，由具备试验资质的至少3 名试验人员对车内空气进行主观评价，通常评价气味强度、气味倾向和气味感觉三个方面。整车气味性也由试验人员进行主观评价，类似于材料的气味性评价，目前暂无机器设备的客观测量。

2.2 车内空气质量性能开发模式

车内空气质量性能开发是一项复杂的系统工程，作为整车生产厂，整车车内空气质量性能必须满足GB/T 27630 规定的技术要求外，还必须把整车主观气味性开发好，才能让客户满意。这两个作为整车车内空气质量性能开发目标。那如何实现，就必须进行整车性能目标分解到内饰零部件系统，内饰零件系统再分解到零件材料，即建立“整车级VOC 目标——零部件总成VOC目标——零件材料散发目标”的三级开发模式。这个目标的分解合理性及有效性是整个整车车内空气质量性能开发核心。

2.3 车内空气质量性能开发流程

那如何才能实现该开发目标，必须要与整车开发流程结合起来，最典型“V”字型整车正向开发流程，见图1。建立了开发目标、开发模式和开发流程，如何实现也很关键。因此必须建立必要的开发能力，主要包括试验室、标准体系、试验人员等，并能按照ISO/IEC 17025 标准要求开展工作，保证试验结果准确、有效。

图1 整车车内空气质量性能“V”开发流程示意图

2.4 开发阶段其它注意事项

原材料尽量选择低VOC 牌号材料，如低散发PP、ABS、PC/ABS、POM、TPO 等，对车内气味影响特别大的材料不能使用，如合成木粉板、传统胶粘棉毡等。生产工艺的优化，内饰件包覆工艺由传统溶剂型胶改为环保热熔胶工艺代替，内饰件喷漆工艺由水性油漆代替溶剂型油漆等。

3 车内空气质量性能管控

由于国内供应商质量意识相对淡薄，控制能力弱，同时受到内饰材料、工艺水平及材料成本的限值，使得车内空气质量性能难以控制。因此要从开发和量产两个阶段加以管控。

开发阶段如果按照以上部分开发管控，整车车内空气质量性能目标达成是可行的。重点在量产阶段，整车车内空气质量性能的一致性管控必须建立系统管控办法——预防监控、定期审核、飞行检查、问题处理相结合的管控机制。

预防监控：整车制造商对影响整车车内空气质量的零件建立清单，对影响零件散发性能的风险点，特别是关键工艺和主要材料。对供应商管控能力建设给予适当的帮扶，同时要求供应商建立日常监控计划并实施。

定期审核：整车制造商根据关键零件清单，建立年度定审计划，由整车制造商试验室进行检测，速度快、效果好，但对试验资源能力要求较高。

飞行检查：整车制造商根据供应商生产过程质量表现，对可能有风险或不合格问题，到供应商生产现场进行突击抽检确认。

问题处理：对于发现的不合格问题，根据整车制造商问题处理制度要求供应商制定有效的整改措施，实施、整改和问题的关闭，重点做好持续一致性监控。同时，给予问题供应商相应的处罚。

通过以上对车内空气质量性能的开发与管控，车内空气质量性能可以达到开发目标，满足国家法规要求。由于受到内饰非金属材料散发性能属性制约，车内空气仍有一定的气味和挥发性物质。最简单、有效的控制方法就是通风换气，开窗（天窗）、空调外循环，降低车内空气污染物浓度，也可以通过物理、化学等其它方法改善车内空气质量[6]：物理吸附，利用多孔性的材料如活性炭、硅胶等作为气体污染物吸附剂，来去除车内空气中的挥发性有机化合物；化学吸附，车内空气中的有机化合物与化学试剂发生化学反应，去除空气中的气体污染物。最为典型的就是光触媒，也叫光催化剂，最常用的的是TiO2二氧化钛，在吸收太阳光或照明光源中的紫外线后，在紫外线能量的激发下发生氧化还原反应，表面形成强氧化性的氢氧自由基和超氧阴离子自由基，把空气中游离的有害物质及微生物分解成无害的二氧化碳和水，从而达到净化空气、杀菌、除味的目的。以上两种方法更多的是车内空气质量的后处理控制方案，对车内空气质量也有一定改善。

4 结论

目前，国内汽车整车制造商都非常重视汽车车内空气质量性能的开发与管控，虽然标准和方法有所不同，但主要管控模式基本一致，从“材料—零件—整车”三个层级开展相关工作。其中从整车级别如何分解控制到零部件级别，相关性研究是个难点，相应的控制指标建立和测试方法是各整车制造商研究的重点。整车开发时，将车内空气质量性能开发作为整车性能开发的一个重要组成部分，结合整车制造商“V”字型正向整车开发流程进行开发，这是一个发展必然，同时注意在开发和量产两个阶段都必须加以管控，只有这样才能开发出满足国家法规和客户要求的汽车。

VOC 和气味性仅是车内空气质量污染的一部分，汽车行驶中进入车内的大气污染净化问题，车内外空气质量监控问题，PM2.5 净化问题等，系统解决车内空气污染的车内空气净化系统的开发和研究将是整车制造商开发的下一个重要课题。

[1]GB/T 27630-2011, 乘用车车内空气质量评价指南[S].

[2]VDA 270, Determination of the odor Characteristics of trim materials in motor vehicles [S].

[3]VDA 275, Determination of Formaldehyde from vehicle interior with Modif ied Flask Method [S].

[4]VDA 75201, Determination of the windscreen Fogging Characteristics of trim materials in motor vehicles [S].

[5]HJ/T 400-2007, 车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法[S].

[6]宋广生,车内环境污染防控指南[M].北京：机械工业出版社, 2009.