目前，中國下一階段重型車排放標(biāo)準(zhǔn)有很大的提升空間：既需要繼續(xù)加嚴(yán)對傳統(tǒng)污染物的管理，同時也是增加NH3，PN10等污染物，及CO2、N2O等溫室氣體排放限值的好時機。本文針對兩輛國VI-b重型貨車的實際道路和實驗室測試結(jié)果進行了合規(guī)性和后處理系統(tǒng)性能分析，并基于測試結(jié)果和最新的歐洲標(biāo)準(zhǔn)，為中國制定下一階段重型車標(biāo)準(zhǔn)提出了相關(guān)建議。

什么是機動車溫室氣體排放？

為了更好地了解重型車實際行駛排放和現(xiàn)有貨車發(fā)動機及排放控制技術(shù)的實際性能表現(xiàn)，為下一階段排放標(biāo)準(zhǔn)提供政策建議，ICCT對兩輛國VI-b標(biāo)準(zhǔn)的N3類重型車進行了實際道路和實驗室排放測試研究。本次的車輛測試工作由廈門環(huán)境保護機動車污染控制技術(shù)中心（VETC）負(fù)責(zé)，在廈門市開展進行。 

測試車輛和工況設(shè)計

此次測試選擇了一輛18噸的普通貨車及一輛42噸的牽引車，兩輛車的發(fā)動機排量和功率都在各自的質(zhì)量段中具有代表性。

圖1. 測試車輛選擇

我們對每一輛車分別進行了幾次道路測試。除了國VI標(biāo)準(zhǔn)中所要求的車輛在用符合性（ISC）測試以外，我們還對車輛進行了城市貨運及低負(fù)載工況測試，以評估車輛在城市和特殊工況下的排放性能。其中，低負(fù)載測試采用的是加州空氣資源委員會（CARB）開發(fā)的低負(fù)載工況（LLC）標(biāo)準(zhǔn)，這套工況是CARB針對重型車實際道路氮氧化物和顆粒物排放問題而在最新發(fā)布的公交客車管理法規(guī)(Omnibus)中提出的。我們開展的所有實際道路測試都使用的是車載排放測量系統(tǒng)（PEMS）。詳細(xì)設(shè)計見表1。

表1. 測試詳情及目標(biāo)

測試結(jié)果分析

所有法規(guī)污染物排放均根據(jù)國VI標(biāo)準(zhǔn)按照90百分位移動平均窗口值（MAW 90%） 與國VI車輛實際道路排放限值進行比較。我們分別分析了包含和不包含冷啟動過程的排放結(jié)果（包括MAW 90%值），但根據(jù)國VI規(guī)定，我們在進行國VI合規(guī)性判斷時選擇了無冷啟動的排放結(jié)果。

此外，我們還根據(jù)CLOVE 歐VII提案對其100百分位值（MAW 100%）和MAW 90%值一同進行了評估，并將統(tǒng)計結(jié)果與CLOVE 歐VII提案中的相應(yīng)限值進行了比較（分別為CLOVE-100 和CLOVE-90）。下圖展示了所有有效窗口的MAW結(jié)果，以及非MAW分析的行程平均排放結(jié)果：

★合規(guī)性

可以看到，兩輛測試車輛的法規(guī)污染物均能夠符合國VI排放標(biāo)準(zhǔn)，且其中CO和PN排放還有較大的達(dá)標(biāo)余量，但兩輛車都遠(yuǎn)未達(dá)到CLOVE提出的歐VII提案限值。而對于非法規(guī)污染物，無論是NH3還是N2O，兩輛車的排放結(jié)果均無法達(dá)到歐VII提案限值。同時，在所有平行開展的PEMS測試工況和相同的底盤測功機測試（C-WTVC工況）中，一汽解放半掛牽引車（2號車）的空氣污染物和溫室氣體排放整體高于福田的廂式貨車（1號車），導(dǎo)致上述結(jié)果的潛在原因既包括發(fā)動機技術(shù)方面的差異（如發(fā)動機設(shè)計和功率），也包括排放控制系統(tǒng)技術(shù)方面的差異（如SCR和DPF的差異）。

圖2. MAW測試結(jié)果及合規(guī)性分析

★氮氧化物

在合規(guī)性之外，可以發(fā)現(xiàn)某些特定的情況對NOx排放的影響非常顯著。例如，如果包括冷啟動排放，2號車的MAW 90%排放結(jié)果將剛好達(dá)到0.69 gNOx/kWh的限值；如果在LLC工況下對兩輛車的發(fā)動機進行評估，則其排放會大幅超標(biāo)。圖3以1號車為例，進一步表明了冷啟動和低負(fù)荷工況對NOx排放的影響。冷啟動階段的NOx排放可以占到排放總量的20%-60%。LLC中的頻繁怠速和低負(fù)荷運行也會使得NOx排放大幅增加。根本原因是SCR在冷啟動、怠速的情況下溫度會降到200度以下從而停止工作。這些結(jié)果與業(yè)內(nèi)的共識是一致的，也再次體現(xiàn)了SCR系統(tǒng)應(yīng)用主動式熱管理的必要性，從而實現(xiàn)SCR系統(tǒng)快速預(yù)熱以及確保SCR系統(tǒng)在運行期間保持較高溫度。

我們在測試過程發(fā)現(xiàn)，2號車的SCR系統(tǒng)需要1000多秒的時間才能啟動，而1號車只需要100-300秒。這也表明國VI貨車的SCR熱管理存在很大的差異性，因此SCR技術(shù)在應(yīng)用方面存在潛在改進空間，具體措施包括快速預(yù)熱和保溫策略等，從而進一步控制NOx排放。

同樣，NH3排放是氨（SCR還原劑）從SCR系統(tǒng)中逸出的后果，而SCR系統(tǒng)表面的氨存儲能力也取決于其系統(tǒng)溫度。 尾氣中的NH3排放也可能是SCR高溫狀態(tài)下其表面的氨脫附的結(jié)果。SCR系統(tǒng)和氨逃逸催化器（ASC）必須實現(xiàn)適當(dāng)校準(zhǔn)，才能避免產(chǎn)生氨逃逸排放。此外，還有一些其他方式可以防止氨逃逸，例如尿素加熱、雙SCR系統(tǒng)以及基于模型的控制策略等。 

圖3. 1號車在不同工況中NOx排放累計占比，及逐秒NOx濃度、NH3濃度和速度剖面 

★顆粒物

由于目前PEMS系統(tǒng)尚不具備適合進行道路PM10測量的設(shè)備，我們僅在法規(guī)油耗底盤測試中對PN10在C-WTVC工況下的排放量進行了評估。

兩輛測試車輛PN10與PN23排放量之間的差異存在相似性。在不同的測試中，1號車的PN10排放量比PN23高87%–112%，2號車的PN10排放量比PN23高80%–120%。這意味著，如果下一階段排放標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)忽略大于10nm小于23nm的顆粒物，那么在顆粒物的主要粒徑尺寸范圍內(nèi)，將有約50%的PN排放處于管理范圍之外。因此，設(shè)定PN10限值對于有效控制PN排放而言至關(guān)重要。 

圖4 兩輛車在C-WTVC油耗測試中的PN23和PN10結(jié)果

★溫室氣體

無論是PEMS測試還是底盤測功機測試，CO2排放都是以單位做功排放量（g/kWh）為單位來報告的，不過CO2排放也可以根據(jù)燃油消耗情況以距離為單位（g/km）來進行評估。表2展示了兩輛測試車輛所有測試的CO2排放結(jié)果。整體上，2號車的單位做功CO2排放低于1號車。這一結(jié)果符合我們的預(yù)期，因為大型發(fā)動機往往具有更佳的熱效率。 

表2. 1號車和2號車所有測試的CO2排放情況

測試結(jié)果表明，N2O排放是測試車輛溫室氣體排放中不可忽略的組成部分。圖5展示了兩輛測試車輛的溫室氣體排放量，采用GWP-100值將CO2+N2O排放折算為CO2當(dāng)量排放。N2O排放量在1號車尾氣溫室氣體排放總量中的平均占比為5%，在2號車尾氣中的平均占比為9%。因此，除了CO2排放之外，對N2O排放進行管理也是降低重型車溫室氣體排放總量的關(guān)鍵，必須予以認(rèn)真考慮。 

圖5.兩輛車在PMES和油耗測試中的CO2和N2O結(jié)果

關(guān)鍵建議

國VII標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)加嚴(yán)當(dāng)前法規(guī)污染物排放限值。特別是NOx，Omnibus法規(guī)已經(jīng)證明NOx排放水平可以在當(dāng)前基礎(chǔ)上降低90%。同時要通過排放標(biāo)準(zhǔn)和限值推動生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用可以同時減少NOx和CO2排放的技術(shù)。近年來，污染物排放與CO2排放之間的潛在權(quán)衡問題已經(jīng)逐漸被消除，已經(jīng)有許多技術(shù)可以同時減少NOx和CO2排放，還有更多技術(shù)可以在不增加CO2排放的情況下減少NOx，例如SCR快速預(yù)熱和保溫技術(shù)。

中國需要在下一階段重點關(guān)注特定高排放的情況，尤其是在某些特定情況下氮氧化物排放表現(xiàn)不佳的問題，例如冷啟動過程、低負(fù)載工況、怠速工況等。國VI標(biāo)準(zhǔn)中的ISC合規(guī)評價方法不能有效反映冷啟動、低負(fù)載工況和怠速工況的排放性能。國VII標(biāo)準(zhǔn)恰恰為解決上述疏漏提供了契機，應(yīng)確保所有行駛工況（包括冷啟動和低負(fù)載）都被納入監(jiān)管范圍。 

非法規(guī)污染物排放也是非常重要的，例如新標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)將PN23限值擴展或替換為PN10限值，這無需對現(xiàn)有測量系統(tǒng)進行大規(guī)模投資或重大修改。應(yīng)針對NH3和N2O出臺嚴(yán)格的道路車輛排放限值，NH3是形成PM2.5的重要先驅(qū)物，而N2O是強效溫室氣體，這樣能夠推動生產(chǎn)企業(yè)更好地對排放控制系統(tǒng)進行校準(zhǔn)。 

相關(guān)研究報告

本文內(nèi)容源自ICCT研究報告《中國下一階段重型車排放標(biāo)準(zhǔn)建議——基于國VI車輛測試結(jié)果》，更多內(nèi)容歡迎點擊下方閱讀原文，瀏覽相關(guān)內(nèi)容。

本文中文編譯：牛天林、王若素