车载净化器对乘用车内细微颗粒物净化效果研究

王梓霖 王金兴 常红 孙琦岳 滕腾

（中国第一汽车股份有限公司 材料与轻量化院，长春 130000）

1 前言

近几年，用户对整车健康能力的需求已经不再局限于较低的整车挥发性有机物，而整车气味、颗粒物去除能力等均成为影响用户购车的重要因素，因此是否配备高效空调滤芯和车载净化系统等功能成为用户在购车时更为关注的内容。为此，在充分研究并借鉴国际先进经验的基础上，结合我国汽车标准、技术和经济水平，中国汽车技术研究中心于2015 年推出中国生态汽车评价规程（China Eco-Car Assessment Programme，C-ECAP）。随后，中国汽车工程研究院发布了“中国汽车健康指数”，从车内挥发性有机物、车内气味强度、电磁辐射、车内颗粒物、车内致敏风险5 个维度为消费者选车购车提供参考，为整车企业优化产品设计提供理论，科学引导全社会对车辆环境健康的认识。

身处粉尘颗粒物污染的环境会引起多种疾病，对于可吸入粒子（Inhalable Particles，IP），人们关注较多的有PM10、PM2.5及PM1.0，其中PM1.0是指空气动力学直径≤1.0 μm 的颗粒物，也称超细颗粒物，该粒径颗粒可以进入到肺泡及血液循环中，无法排出。这些颗粒物一般具有很强的吸附能力，其成分复杂，往往是多种有害物质进入人体的载体。这些有害物质包括多种重金属，如铅、镉、汞及其氧化物，有害气体和致癌性很强的苯并（a）芘等多环芳烃类化合物，从而可诱发人类眼睛、呼吸道、肺等器官的多种疾患[1]。

污染物主要通过空调风道、开门开窗、整车泄漏、内饰材料挥发、人员吸烟及呼吸等方式进入乘员舱，对乘客造成影响[2]，因此全方位保障车内空气健康洁净要做到对车外污染物高效拦截与乘员舱内部高效净化2 个方面，二者缺一不可。目前对外拦截的方式是通过高效滤清器或多重滤清器联用、AQS系统、空调系统风道电子杀菌等方式实现，实现车内净化主要依托车载净化器、功能香氛、健康环保内饰等技术实现，而车载净化器可以集成多种净化杀菌技术，对成员舱内空气进行深度净化。

本文制定出测试整车细微颗粒物浓度的测试方法，整车颗粒物PM1.0 净化时间测试方法，并关注了通过搭载车载净化器讨论安装位置及风向对总净化时间的影响，以讨论净化器在整车颗粒物精细净化中的作用及最佳安装位置的选择。

2 仪器与标准污染物

TSI 粉尘检测仪：TSI 8530(美国)；颗粒物：香烟烟雾（例如：红塔山牌经典150），焦油量为8 mg；被测车辆：C 级轿车及C 级SUV 各1 辆；车载净化器：满足车规级要求，其净化性能指标：CADR（洁净空气量）>20 m3/h，甲醛过滤效率>95%，除菌率>95%。

3 结果与讨论

3.1 采样点设置

为了确定采样点的位置，选择了C级轿车、C级SUV 各1 辆开展了车内颗粒物PM1.0浓度的静态测试。首先将受检车辆放入环境舱中，车辆不启动，开启车门、车窗，静止放置时间≥0.5 h。开启TSI 粉尘检测仪，按要求对其进行期间核查和使用前的自校正，设置读数为5 s内平均值，安装PM1.0切割器，实时显示颗粒物PM1.0浓度读数。测试过程中，入乘员舱内测试人员不超过2 名，测试人员做好防护措施。关闭车门及车窗，使用标准香烟向车内喷入烟雾，待浓度均匀后熄灭香烟，测试高度与驾乘人员呼吸带高度一致，保持光散射激光光度仪进风口向上，进风口和出风口无遮挡，测试结果如表1、表2所示。

表1 C级轿车车内各位置颗粒物PM1.0浓度值 g/m3

表2 C级SUV车内各位置颗粒物PM1.0浓度 mg/m3

通过表1、表2 的静态测试结果可以看出乘员舱内颗粒物浓度可以通过自然沉降逐渐降低，但耗时很长。乘员舱内颗粒物延车厢中轴线均匀分布，各位置颗粒物PM1.0浓度测值与平均值偏差不超过5%，因此对C 级轿车及C 级SUV 可以按照HJ/T 400—2007[3]来统一采样位置，选择前排座椅头枕连线的中点为采样点，进行净化器对整车净化效果的影响试验，采样点位置如图1 所示。

图1 颗粒物测试示意

3.2 整车净化效果测试

启动C 级轿车，打开空调调节空调风量至最大档位；温度设定调节至最低；各出风口（包括后排出风口）打开到全开状态，保证出风口平行（送风角度为0°）。使用标准香烟向车内喷入烟雾，使车内颗粒物PM1.0浓度＞0.5 mg/m3，待浓度均匀后熄灭香烟，布置光散射激光光度仪。实时监测光散射激光光度仪读数，当车内颗粒物PM1.0浓度达0.5 mg/m3时开始计时，记录各采样点均下降至0.035 mg/m3时所需时间[4]，记录净化时间。按照以上方法重复测试3 次，取3 次测试结果的算术平均值为整车净化时间。在点烟器处接通车载净化器至于副仪表处，风向为前进后出，开启至最大档，重复整套试验操作。C 级SUV 的整车颗粒物净化试验方法与C 级轿车保持一致，2个车型测试结果如表3所示。

表3 不同车型有无净化器加载时整车颗粒物PM1.0净化时间 s

从数据中可以看出，当加装车载净化器之后，整车颗粒物PM1.0的净化时间会同比减少，不改变空调定义及功能的前提下提升了整车净化速率。

对5 min 内C 级SUV 整车颗粒物自然沉降速率与配有净化器的整车颗粒物PM1.0净化速率进行比对，其结果如表4 所示。

表4 5 min内C级SUV整车颗粒物自然沉降速率与配有净化器的整车颗粒物PM1.0净化速率 mg/m3

相同的时间（5 min），颗粒物在车内自然沉降只能下降7.6%，有净化器可下降93.6%。可见，车载净化器这一配置满足了用户对整车迅速去除颗粒物能力的需求。

3.3 车载净化器安装位置的讨论

目前市面上很多主机厂均推出了搭载有车载净化器的自主产品，其安装位置主要在副仪表板、顶棚后方和衣帽架，但由于SUV 车型中衣帽架不具备承重能力，因此主要讨论了将车载净化器置于C 级SUV 车型的副仪表板和顶棚后方2 个位置不同风向时整车颗粒物PM1.0的净化时间，数据如表5 所示。

表5 C级SUV车型不同位置和风向时整车颗粒物PM1.0净化时间 s

空调在启动内循环吹面模式时，座舱内空气流向经过顶棚后方再返回于座舱前方，形成空气的内部循环，当净化器风向为前进后出时，将其置于顶棚后方，座舱内空气顺势被充分净化，因此大大缩短了整车颗粒物PM1.0净化时间。

4 结论

本文详细研究了整车细微颗粒物测试方法，并研究了净化器对整车细微颗粒物净化效果的影响，目前行业中并没有相关测试方法及认证规程的发布，此测试方法被多家企业借鉴。通过研究，发现车载净化器可有效缩短整车颗粒物PM1.0的净化时间，在不改变空调定义及功能的前提下提升了整车净化速率。车载净化器的安装位置也直接影响整车净化效果，研究发现车载净化器安装在车辆后方且与车内空气流场方向保持一致时对整车细微颗粒物净化速率的提升更快，对净化器安装位置有指导意义。移动小家乘员舱内的空气质量检测标准也成了我们呼吸健康的一项重点攻关项目。