在用柴油车环保定期检测NOx的可行性研究

王军方 丁 焰 殷宝辉 尹 航 肖 寒 王宏丽

(中国环境科学研究院，北京 100012)

机动车排放已经成为我国大气污染中的重要来源，近年来我国汽车产业发展迅猛，自2009年开始我国就成为世界第一生产大国，年产量超过1000 万台。根据《中国机动车污染防治年报2013》［1］公布，2012年我国汽车保有量1.08 亿辆，氮氧化物排放量583 万吨，其中柴油车氮氧化物排放量397 万吨，占汽车总排放的68.1%，占我国氮氧化物总排放量的17.0%［2］。我国《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》［3］中将氮氧化物排放总量列为“十二五”的约束性指标，然而，作为主要的污染源之一，柴油车环保定期检测仅对烟度进行检测，并没有对氮氧化物检测的要求，无从了解柴油车的实际氮氧化物排放情况。本研究旨在通过对柴油车氮氧化物检测设备、检测工况和检测限值的测试分析，分析我国在用柴油车环保定期检测氮氧化物的可行性。

1 研究思路与方法

1.1 研究思路

对国内外在用汽车的检测现状调研的基础上，以氮氧化物检测设备、检测工况和检测限值为研究目标，分别确定其可行性。通过实验方法确认NOx 分析仪的响应时间、NOx 测试工况以及检测限值。

1.2 测试方法

在发动机台架上，同时连接新车检测时精度较高的氮氧化物分析仪与本研究中测试分析仪，改变发动机负荷和转速，进行两种分析仪的对比实验。同时在发动机台架上，进行ESC 工况测试，并对其中A、B 和C 转速下全负荷工况进行检测。

在北京地区某一重型柴油车环保定期检测线上，对社会车辆进行加载减速烟度检测的同时，同步进行了NO 排放检测。

1.3 测试设备

本研究中选用了4 种氮氧化物分析仪，分别与以化学发光法为原理的分析仪AMA4000 进行比对实验。

表1 测试仪器及相关参数

2 研究结果

2.1 测试方法和检测工况

按我国现行国家在用车排放测量标准［4］规定，测量在用柴油机排放的方法有两个:自由加速法和加载减速法，这两种方法都是用来测量柴油机排气烟度的。柴油机的NOx 主要产生于大负荷工况，因此自由加速法不适合进行NOx 测量。而加载减速法是在发动机满负荷，油门全开的工况下进行实验的，因此是进行NOx 排放检测的理想工况。

目前的加载减速工况，分别测量三个转速的烟度，每个工况的测试时间只有8 秒，加上管道长度的影响，实际测量时间比较短，考虑到机动车氮氧化物排放的特点，可选择按照标准规定的加载减速法的90%转速点进行，测量点测量时间定为25 秒，前10 秒为稳定时间，后15 秒为测量时间，计算测量时间的平均值，作为测量结果。因此要对柴油车的氮氧化物进行测试，应该修改加载减速法测量程序，或者在标准里规定，如果进行氮氧化物测量，柴油车的工况法要进行修改，在柴油车的工况法中要涵盖上述测量点。

2.2 测试设备与CLD 比对结果

图1 可以看出，4 种检测设备与以化学发光法原理检测的仪器AMA4000 检测设备之间相关性均较好。设备1～4 与AMA4000 设备的线性关系分别符合y =1.0094x + 8.3872、y = 0.9146x + 225.9、y = 0.885x +68.637、y=0.9549x+28.284，从比对实验结果可以看出，基于红外、紫外、化学发光原理的NO 测量设备1～4均能够满足在用柴油车NO 排放测量的精度要求，但其可靠性很耐久性还需要在实际使用过程中进一步进行考核。

图1 检测设备与化学发光法设备比对结果

2.3 检测限值初步结果

首先选取了23 台新定型时候发动机的测量数据，对其发动机ESC［5］排放实验A100，B100，C100 的NOx浓度进行统计分析，测试发动机中有16 台能够达到国IV 排放标准，7 台能够达到国III 排放标准，统计结果见图2。

对于符合国III 排放标准的发动机，氮氧化物排放值为337～898ppm，平均值为516ppm，对于符合国IV排放标准的发动机，排放值为106～558ppm，平均值为297ppm。

其次在环保定期检测时，对150 辆符合国III 排放标准以上的车辆进行了氮氧化物测量，结果如图3。

图2 发动机ESC 测试结果

图3 车辆氮氧化物排放测试结果

可以看出，能够达到国III 和国IV 排放标准的发动机其氮氧化物排放水平有明显的界限，同一阶段排放水平的发动机在A100 工况点排放最高。

如图3 所示，将车辆排放值从大到小依次排列，其排放最大值为2128ppm，最小值413ppm，平均值为974ppm。按照在用车排放监控原则，去除15%的车辆定义为高排放车辆进行监控，其排放最大值为1226ppm，最小值为413ppm，平均值856ppm。

结合发动机定型时排放水平以及在用车定期检测时排放测量值，可将氮氧化物排放限值初步定为1300ppm。

3 讨论和建议

(1)对目前的柴油车烟度检测方法加载减速法进行调整，增加检测时间，减少测量工况点，可以满足氮氧化物检测要求。因此建议修订标准将90%转速点作为测量点，测试时间延长为25s。

(2)对于检测设备来讲，目前的在用汽油车排放标准中规定可以采用化学电池法进行，但依据各地实际检测情况来讲，化学电池法检测设备电池劣化速度快，劣化后测量设备响应时间变长，无法满足检测要求，因此在柴油车的检测中，建议将化学电池法测量设备排除。

(3)可以看出，在用柴油车环保定期检测中，对氮氧化物进行检测是可行的，但是如果生产时没有氮氧化物处理装置SCR，检测不达标时无法通过维修达标，因此如果决定对氮氧化物进行检测，检测对象应该是配备有SCR 的车辆，通过维修或者更换SCR 装置，能够大幅度降低氮氧化物排放。

(4)从本研究的测试结果来看，在用柴油车氮氧化物测量值远远高于新定型发动机的排放结果，按照我国排放标准规定，耐久性需要保证10～50 万公里的排放水平，因此有关部门需要采取措施，严格控制柴油车的耐久性实验。

［1］环境保护部．机动车污染防治年报2013．http://www．mep．gov．cn．

［2］环境保护部．中国环境状况统计公报2013．http://www．mep．gov．cn．

［3］国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要．www．gov．cn．

［4］车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法GB3847－2005．

［5］车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法(中国III、IV、V 阶段)GB17691－2005．

［6］环境保护部机动车排污监控中心．环境保护部发布《2013年中国机动车污染防治年报》［J］．环境与可持续发展，2014，39(1):9－10．

［7］王若素，等．全国机动车保有量［J］．环境与可持续发展，2014，39(1):88－90．

［8］黄志辉，等．全国机动车污染物排放量［J］．环境与可持续发展，2014，39(1V):99－96．

［9］丁焰，等．新生产机动车环保管理［J］．环境与可持续发展，2014，39(1):97－99．

［10］王军方，等．在用机动车环保管理［J］．环境与可持续发展，2014，39(1):100－105．

［11］丁焰，等．车用燃料环保管理［J］．环境与可持续发展，2014，39(1):106－108．

［12］陈伟程，等．全国机动车氮氧化物总量减排［J］．环境与可持续发展，2014，39(1):109－112．