公交車(chē)需在實(shí)際工況下解決排放和油耗問(wèn)題

 

“北京實(shí)施國(guó)四后的結(jié)果是什么呢？在公交領(lǐng)域其氮氧化物排放比國(guó)三機(jī)子增加了一倍。為什么？當(dāng)時(shí)我自己得出一個(gè)結(jié)論是：法規(guī)是不能照抄的?！碧岢鲞@一驚人結(jié)論的是美國(guó)西南研究院后處理首席工程師湛日景博士。他是在不久前由天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì)、節(jié)能環(huán)保內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟于天津共同舉辦的“第五屆先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)國(guó)際研討會(huì)”上發(fā)表這一觀(guān)點(diǎn)的。

 

照搬國(guó)外法規(guī)在現(xiàn)實(shí)中遇到了大問(wèn)題

 

實(shí)際上，國(guó)四排放水平公交車(chē)用的柴油車(chē)氮氧化物排放超過(guò)國(guó)三車(chē)的現(xiàn)象，不僅發(fā)生在北京，在上海、天津等國(guó)內(nèi)其他城市也表現(xiàn)為一種常態(tài)。一般情況下，由于國(guó)內(nèi)大多數(shù)主機(jī)廠(chǎng)在國(guó)四柴油機(jī)上使用的是SCR的技術(shù)路線(xiàn)，國(guó)四的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)是3.5克/千瓦小時(shí)，正常工況下把SCR的轉(zhuǎn)化率設(shè)計(jì)在70%即可滿(mǎn)足這一要求。但這種達(dá)標(biāo)的前提，是要求國(guó)四標(biāo)準(zhǔn)（也即歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)）的柴油機(jī)處在歐洲瞬態(tài)和歐洲穩(wěn)態(tài)兩個(gè)工況下。如果公交車(chē)的通常使用工況基本都不在這兩個(gè)工況之下，則即使已經(jīng)達(dá)標(biāo)的國(guó)四車(chē)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)其標(biāo)定時(shí)的排放狀態(tài)。

 

而現(xiàn)實(shí)情況是什么呢？首先應(yīng)明確的是車(chē)速與氮氧化物的關(guān)系，即車(chē)速低，排氣口溫度不高，達(dá)不到SCR起效時(shí)所要求的200℃以上，此時(shí)的實(shí)際氮氧化物排放量就會(huì)很高。而由于道路擁堵，全程車(chē)速過(guò)低、走走停停的情況，目前幾乎是國(guó)內(nèi)所有大城市內(nèi)公交線(xiàn)路上的常態(tài)。在擁堵的路面上，大多數(shù)裝載國(guó)四水平柴油機(jī)的公交車(chē)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中達(dá)不到其所標(biāo)稱(chēng)的排放限值。

 

但這并不意味著SCR的方法不好，關(guān)鍵是它的應(yīng)用要符合其環(huán)境和條件。其實(shí)不僅在中國(guó)，在歐洲等世界其他地區(qū)也是一樣。為了更能說(shuō)明問(wèn)題，湛日景博士舉了一個(gè)在歐洲發(fā)生的實(shí)例。歐洲日前在荷蘭做了一個(gè)測(cè)試，其中一個(gè)試驗(yàn)是用消耗尿素的方法（即SCR方法）來(lái)測(cè)試氮氧化物的轉(zhuǎn)化率。在參加測(cè)試的車(chē)中有11輛是歐Ⅴ達(dá)標(biāo)車(chē)型，但實(shí)際測(cè)試的結(jié)果是大部分車(chē)的氮氧化物排放比歐Ⅲ還要差，只有一輛車(chē)達(dá)到了歐Ⅴ水平，但這輛車(chē)的技術(shù)路線(xiàn)用的是DPF而非SCR。

 

確實(shí)如湛日景博士所說(shuō)，由于實(shí)際使用工況與法規(guī)要求的工況極其不匹配，使得中國(guó)照搬來(lái)的看似先進(jìn)的歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)實(shí)中不僅沒(méi)有發(fā)揚(yáng)光大，反而光環(huán)盡失。

 

建立實(shí)際循環(huán)工況是解決具體問(wèn)題的好方法

 

在當(dāng)前能源是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中最為重要的要素的背景下，中國(guó)有沒(méi)有解決城市公交油耗的方法？天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任謝輝教授帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)所做的試驗(yàn)和實(shí)際公交運(yùn)營(yíng)效果，回答了這一問(wèn)題。

 

謝輝教授認(rèn)為，柴油機(jī)內(nèi)效率的提升已經(jīng)形成了技術(shù)瓶頸，能量回收技術(shù)和能量綜合管理為進(jìn)一步降低柴油機(jī)油耗提供了新的技術(shù)方案。在這一新的技術(shù)方案中，附件的電動(dòng)化可以有效降低整機(jī)的油耗，并且隨著電動(dòng)化程度的提升，可以獲得更大的節(jié)油潛力。

 

依據(jù)這一技術(shù)方案，謝輝教授所提出的理論是采用當(dāng)今能夠在節(jié)能和熱效能上發(fā)揮最大效率的復(fù)合動(dòng)力渦輪、朗肯循環(huán)和熱電材料轉(zhuǎn)換三種方法的結(jié)合，因?yàn)殡娺@一形式目前是儲(chǔ)能和能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中效率最高的。這一方法所提出的所有模塊建立在基于某軟件的平臺(tái)上，平臺(tái)包括冷卻系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、朗肯循環(huán)系統(tǒng)、熱電材料系統(tǒng)以及通稱(chēng)的熱管理系統(tǒng)。

 

為了真正地評(píng)估系統(tǒng)，謝輝教授團(tuán)隊(duì)選取了天津?yàn)I海新區(qū)泰達(dá)公交一條實(shí)際運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路上的3輛公交車(chē)，每輛公交車(chē)上都裝了天大的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)地收集數(shù)據(jù)。在3輛公交車(chē)實(shí)際運(yùn)營(yíng)的近半年時(shí)間里，收集的近4萬(wàn)公里的各種數(shù)據(jù)源源不斷地送到了天大的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)庫(kù)中。實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)把實(shí)際路況一段一段取出來(lái)放到仿真模型中，并且3輛車(chē)的6個(gè)不同年齡司機(jī)所形成的實(shí)際油耗及其駕駛行為也放到仿真過(guò)程之中，由此避免了虛擬工況或典型工況與實(shí)際工況所形成的缺陷。

 

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行后進(jìn)行的實(shí)際道路測(cè)試數(shù)據(jù)的收集，并在仿真過(guò)程中加以修正，公交車(chē)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的節(jié)油效果能達(dá)到9%以上。謝輝教授認(rèn)為，系統(tǒng)的最佳效率在于所節(jié)省或回收下來(lái)的能量再投入到使用當(dāng)中，目前的使用過(guò)程中尚有剩余的電量沒(méi)有平衡掉，還需要增加用能的途徑以進(jìn)一步降低油耗，這一系統(tǒng)仍然有改善的余地。