基于行程分析法的多动力源车辆真实NOx与NH3排放特性研究及其环境意义

为应对欧7标准对NH3排放的限值要求，研究人员通过底盘测功机(NEDC)和实际行驶排放(RDE)测试，系统分析了汽油/LPG内燃机与混合动力(HEV)车辆的NOx与NH3排放特性。研究发现HEV在冷启动阶段NH3排放显著，而汽油车TWC(三元催化器)的NOx还原效率与NH3生成存在权衡关系，为未来排放控制策略提供了关键数据支撑。

　　

随着全球交通领域向电动化转型，传统内燃机(ICE)车辆仍占据市场主导地位。尽管电动汽车(EV)在能耗和环保方面优势显著，但充电基础设施不足和成本问题限制了其普及。与此同时，即将实施的欧7标准首次将NH₃列为限值污染物——这种由农业活动和尾气后处理装置（如选择性催化还原SCR和三元催化器TWC）产生的物质，会与SO₂、NO_x反应形成二次细颗粒物。特别是在TWC中，NO与H₂通过化学反应生成NH₃（2NO+5H₂→2NH₃+2H₂O），而催化剂温度升高会加剧这一现象。目前针对不同燃料类型车辆（尤其是混合动力车）的NH₃排放研究严重不足，传统底盘测功机测试又难以模拟真实驾驶工况，这使得新型动力系统的排放特性评估面临重大挑战。

针对这一科学问题，研究人员选取了3款2021年款SUV（汽油直喷GDI、液化石油气LPG和汽油混合动力HEV），通过NEDC循环冷/热启动测试和韩国认证RDE路线展开研究。关键技术包括：1）采用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLS)实时监测NH₃浓度（0-1000ppm）；2）便携式排放测量系统(PEMS)同步采集排气流量与GPS数据；3）将NEDC划分为UDC（城市驾驶循环）和EUDC（欧洲额外驾驶循环）行程段进行对比分析；4）基于BSFC（制动燃油消耗率）和催化剂温度建立排放关联模型。

3.1 NEDC连续模式结果
冷启动阶段所有车辆均出现NO_x初始峰值（TWC未激活），随后NH₃排放随催化剂活化而上升。HEV因电机辅助作用，总NO_x排放最低（0.019g/km），但冷启动时NH₃瞬态值反超汽油/LPG车辆。在EUDC高速段，汽油车NO_x净化效率达98%，但NH₃生成量较LPG车高37%。

3.2 动力系统排放差异
HEV的独特工作模式导致催化剂温度波动剧烈：当SOC（电池荷电状态）达标时，纯电模式会使催化剂降温，延长其达到300℃活化温度的时间。加速度分析显示，HEV在急加速时因发动机突然介入会产生NO_x瞬时峰，继而引发NH₃脉冲式排放。

3.3 燃料类型影响
LPG车辆在UDC阶段的NO_x排放比汽油车高22%，但NH₃产量低15%。这种差异源于汽油车TWC在450℃时还原活性更强，而LPG催化剂最佳工作温度偏低（380℃）。RDE测试中，汽油车在相同BSFC下NO_x转化率比LPG车高14%，但NH₃排放量多出26%。

3.4 RDE测试结果
城市路段中，HEV因电机频繁启停导致NH₃排放波动显著；高速公路段则因发动机持续运行，NH₃排放趋于稳定。值得注意的是，所有车辆在RDE中的NH₃排放均超过实验室数据，证实实际驾驶的瞬态工况会加剧TWC副反应。

这项发表于《Fuel》的研究首次系统揭示了混合动力系统对NH₃排放的特殊影响机制，证实了TWC在NO_x-NH₃转化中的双重角色。其核心发现在于：1）HEV的间歇性发动机工作模式会延迟催化剂活化，增加冷启动污染风险；2）汽油车虽在NO_x控制上优于LPG车，但需警惕NH₃的次生污染；3）未来欧7标准实施后，需开发能同步优化NO_x和NH₃的新型催化剂配方。这些结论为制定更精准的排放法规提供了科学依据，尤其对正处于新能源转型期的汽车产业具有重大指导价值。