公交需在实际工况下 解决排放和油耗问题

“北京实施国四后的结果是什么呢？在公交领域其氮氧化物排放比国三机子增加了一倍。为什么？当时我自己得出一个结论是：法规是不能照抄的。”提出这一惊人结论的是美国西南研究院后处理首席工程师湛日景博士。他是在不久前由天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室、中国内燃机工业协会、节能环保内燃机产业技术创新战略联盟于天津共同举办的“第五届先进发动机控制技术国际研讨会”上发表这一观点的。

照搬国外法规在现实中遇到了大问题

实际上，国四排放水平公交车用的柴油车氮氧化物排放超过国三车的现象，不仅发生在北京，在上海、天津等国内其他城市也表现为一种常态。一般情况下，由于国内大多数主机厂在国四柴油机上使用的是SCR的技术路线，国四的氮氧化物排放标准是3.5克/千瓦小时，正常工况下把SCR的转化率设计在70%即可满足这一要求。但这种达标的前提，是要求国四标准（也即欧Ⅳ标准）的柴油机处在欧洲瞬态和欧洲稳态两个工况下。如果公交车的通常使用工况基本都不在这两个工况之下，则即使已经达标的国四车也无法实现其标定时的排放状态。

而现实情况是什么呢？首先应明确的是车速与氮氧化物的关系，即车速低，排气口温度不高，达不到SCR起效时所要求的200℃以上，此时的实际氮氧化物排放量就会很高。而由于道路拥堵，全程车速过低、走走停停的情况，目前几乎是国内所有大城市内公交线路上的常态。在拥堵的路面上，大多数装载国四水平柴油机的公交车在实际运营中达不到其所标称的排放限值。

但这并不意味着SCR的方法不好，关键是它的应用要符合其环境和条件。其实不仅在中国，在欧洲等世界其他地区也是一样。为了更能说明问题，湛日景博士举了一个在欧洲发生的实例。欧洲日前在荷兰做了一个测试，其中一个试验是用消耗尿素的方法（即SCR方法）来测试氮氧化物的转化率。在参加测试的车中有11辆是欧Ⅴ达标车型，但实际测试的结果是大部分车的氮氧化物排放比欧Ⅲ还要差，只有一辆车达到了欧Ⅴ水平，但这辆车的技术路线用的是DPF而非SCR。

确实如湛日景博士所说，由于实际使用工况与法规要求的工况极其不匹配，使得中国照搬来的看似先进的欧洲排放标准在现实中不仅没有发扬光大，反而光环尽失。

建立实际循环工况是解决具体问题的好方法

在当前能源是汽车产业发展中最为重要的要素的背景下，中国有没有解决城市公交油耗的方法？天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室副主任谢辉教授带领他的团队所做的试验和实际公交运营效果，回答了这一问题。

谢辉教授认为，柴油机内效率的提升已经形成了技术瓶颈，能量回收技术和能量综合管理为进一步降低柴油机油耗提供了新的技术方案。在这一新的技术方案中，附件的电动化可以有效降低整机的油耗，并且随着电动化程度的提升，可以获得更大的节油潜力。

依据这一技术方案，谢辉教授所提出的理论是采用当今能够在节能和热效能上发挥最大效率的复合动力涡轮、朗肯循环和热电材料转换三种方法的结合，因为电这一形式目前是储能和能量转换过程中效率最高的。这一方法所提出的所有模块建立在基于某软件的平台上，平台包括冷却系统、发动机系统、电机系统、朗肯循环系统、热电材料系统以及通称的热管理系统。

为了真正地评估系统，谢辉教授团队选取了天津滨海新区泰达公交一条实际运营线路上的3辆公交车，每辆公交车上都装了天大的远程监控系统，可以实时地收集数据。在3辆公交车实际运营的近半年时间里，收集的近4万公里的各种数据源源不断地送到了天大的实验室数据库中。实验团队把实际路况一段一段取出来放到仿真模型中，并且3辆车的6个不同年龄司机所形成的实际油耗及其驾驶行为也放到仿真过程之中，由此避免了虚拟工况或典型工况与实际工况所形成的缺陷。

通过对系统运行后进行的实际道路测试数据的收集，并在仿真过程中加以修正，公交车在实际运营中的节油效果能达到9%以上。谢辉教授认为，系统的最佳效率在于所节省或回收下来的能量再投入到使用当中，目前的使用过程中尚有剩余的电量没有平衡掉，还需要增加用能的途径以进一步降低油耗，这一系统仍然有改善的余地。