乘用車內空氣質量開發與管控研究

王太海

（奇瑞汽車股份有限公司，蕪湖 241000）

引言

隨著中國成為世界第一大汽車產銷市場，客戶環保意識逐漸增強，對車內空氣質量愈加關注；國家對駕乘人員安全的考慮，也出臺了相應的管控要求，明確規定車內空氣質量必須滿足GB/T 27630[1]要求，即車內空氣中苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛、丙烯醛的濃度限值要求，見表1。因此，明確車內空氣污染來源，如何對車內空氣質量開發與管控就顯得尤其重要了。

表1 車內空氣中有機物濃度要求 單位：mg/m3

1 車內空氣質量污染來源

車內空氣質量污染的來源主要來自兩個方面，汽車外部和汽車內部。

汽車外部，即汽車車外的污染物進入車內，包括發動機運行過程中排放大量的氮氧化合物、碳氫化合物、硫化物等尾氣 ；空調運行時采暖制冷所送風帶來的塵土、細菌、霉菌等 ；駕乘人員在車內活動自身產生的污染物，如吸煙、呼吸等帶來的微生物污染；消費者在車內裝飾增加車內地墊、座套、香水等帶來的污染源等。

汽車內部，即來自于汽車駕乘艙內飾各種非金屬零件，如儀表板、車門內護板、頂棚、座椅、立柱護板、車內地毯、車內減震墊、衣帽架、方向盤、遮陽板、門密封條、呢槽、擋水條等，以及這些零件在生產制造過程中使用的生產性材料如油漆、膠粘劑、海綿條等所散發的VOC(Volatile Organic Compounds：揮發性有機化合物)。關于VOC 國際上還沒有公認的定義，目前最常見的是WHO（World Health Organization：世界衛生組織）規定的分類方法，它根據沸點對VOC進行的分類，是指在常溫狀態下容易揮發的有機化合物。這些有機物產生的氣味，有的讓人愉悅，有的讓人不舒服，甚至讓人感覺胸悶、頭痛等；有些有機物在窗玻璃上進行凝聚，形成霧翳，嚴重的會影響駕駛者的行車視線，進而影響行車安全；有些苯系物和醛類物質超過一定濃度，會對人體造成傷害。減少車內污染物，降低車內污染物濃度，提高車內空氣質量就尤其重要。

經過多年的車內空氣污染源檢測與分析，來自汽車內飾零件的VOC 是影響車內空氣質量的主要來源。

2 車內空氣質量性能開發

2.1 車內空氣質量性能管控項目及主要試驗設備，見表2。

表2 管控項目及主要試驗設備

2.1.1 氣味性

指非金屬零部件（或材料）在溫度時效處理和氣候時效處理規定的時間之后呈現一種能聞到的氣味揮發成份傾向。氣味性試驗屬于主觀評價項目，通常由氣味評價小組進行評價，一般至少有3 名具備資質試驗人員來評級完成。通常參考VDA270[2]標準。

2.1.2 甲醛含量

甲醛是一種無色、有強烈刺激性氣味的氣體，其主要危害表現為對皮膚粘膜的刺激作用。檢測方法通常參考VDA 275[3],測試時，將一定尺寸的試樣固定在緊閉的裝有蒸餾水的1 升聚乙烯瓶中，試樣位于蒸餾水的上方，且不能接觸瓶壁及下方的蒸餾水。60℃下將其保溫3 小時，待冷卻后，試樣散發出來的甲醛與銨離子和乙酰丙酮反應生成二乙酰基二氫盧剔啶（DDL）。DDL是一種黃色的絡合物，它在412nm 波長時吸收最大。用分光光度計可測出412nm 波長時含有黃色絡合物的溶液與蒸餾水相比的吸光度，這一方法稱為乙酰丙酮法。通過測得的吸光度和校正曲線算出試樣散發的甲醛含量。

2.1.3 霧化性（冷凝組分）

非金屬材料中難揮發性組分在熱的作用下散發并進入車內空氣中，遇冷冷凝在車窗玻璃上，且這一覆蓋層難以除去，導致車內乘員的視線受到阻礙，這些難揮發性組分即冷凝組分。

測定冷凝組分時通常用重量法，將試樣放入霧化杯中，100℃油浴加熱16 小時，揮發組分遇冷在鋁箔上冷凝，前后鋁箔質量之差即為冷凝組分值。通常參考VDA 75201[4]標準。

2.1.4 有機物散發總量

內飾零件非金屬材料VOC 散發成分非常復雜，為減少零件VOC 散發量，通常控制材料的總有機物散發總量。其測試方法是將裝有試樣的頂空瓶放入頂空進樣器中，在120℃下保溫5 小時。然后針頭通過密封片插入瓶中，氮氣或氦氣通過針頭注入瓶中，這樣就提高了瓶子上部空間中含有散發有機物氣體的壓力。含有機物的氣體經過針頭從瓶中壓出，再與載氣一起經過定量管、轉移管，從進樣口進入毛細管分離柱中分離。被分離的各個組分隨載氣因保留時間不同先后進入氫離子火焰檢測器，氫離子火焰檢測器將各組分的濃度轉變為電信號，計算機將這些電信號轉變為氣相色譜圖，通過各組分色譜峰計算試樣的有機物散發。

2.1.5 零部件揮發性有機化合物

如何達成整車車內空氣VOC 濃度限值，需要管控各內飾零件總成VOC 散發情況。通常將零件總成放在一定體積的袋子中，一定的溫度和相對濕度條件下，在規定的時間內，采集其散發出來的氣體，并對其進行有機物濃度檢測。零件材料有機物散發總量和零部件揮發性有機化合物檢測分析，通常參考我們國家環境保護行業標準HJ/T 400[5]開展。

2.1.6 整車車內空氣揮發性有機化合物

目前，整車車內空氣揮發性有機物的采樣和檢測分析，通常直接按照我們國家環境保護行業標準HJ/T 400開展。

2.1.7 整車氣味性

整車在一定溫度和相對濕度環境下，汽車內飾零件散發出一定的氣體，由具備試驗資質的至少3 名試驗人員對車內空氣進行主觀評價，通常評價氣味強度、氣味傾向和氣味感覺三個方面。整車氣味性也由試驗人員進行主觀評價，類似于材料的氣味性評價，目前暫無機器設備的客觀測量。

2.2 車內空氣質量性能開發模式

車內空氣質量性能開發是一項復雜的系統工程，作為整車生產廠，整車車內空氣質量性能必須滿足GB/T 27630 規定的技術要求外，還必須把整車主觀氣味性開發好，才能讓客戶滿意。這兩個作為整車車內空氣質量性能開發目標。那如何實現，就必須進行整車性能目標分解到內飾零部件系統，內飾零件系統再分解到零件材料，即建立“整車級VOC 目標——零部件總成VOC目標——零件材料散發目標”的三級開發模式。這個目標的分解合理性及有效性是整個整車車內空氣質量性能開發核心。

2.3 車內空氣質量性能開發流程

那如何才能實現該開發目標，必須要與整車開發流程結合起來，最典型“V”字型整車正向開發流程，見圖1。建立了開發目標、開發模式和開發流程，如何實現也很關鍵。因此必須建立必要的開發能力，主要包括試驗室、標準體系、試驗人員等，并能按照ISO/IEC 17025 標準要求開展工作，保證試驗結果準確、有效。

圖1 整車車內空氣質量性能“V”開發流程示意圖

2.4 開發階段其它注意事項

原材料盡量選擇低VOC 牌號材料，如低散發PP、ABS、PC/ABS、POM、TPO 等，對車內氣味影響特別大的材料不能使用，如合成木粉板、傳統膠粘棉氈等。生產工藝的優化，內飾件包覆工藝由傳統溶劑型膠改為環保熱熔膠工藝代替，內飾件噴漆工藝由水性油漆代替溶劑型油漆等。

3 車內空氣質量性能管控

由于國內供應商質量意識相對淡薄，控制能力弱，同時受到內飾材料、工藝水平及材料成本的限值，使得車內空氣質量性能難以控制。因此要從開發和量產兩個階段加以管控。

開發階段如果按照以上部分開發管控，整車車內空氣質量性能目標達成是可行的。重點在量產階段，整車車內空氣質量性能的一致性管控必須建立系統管控辦法——預防監控、定期審核、飛行檢查、問題處理相結合的管控機制。

預防監控：整車制造商對影響整車車內空氣質量的零件建立清單，對影響零件散發性能的風險點，特別是關鍵工藝和主要材料。對供應商管控能力建設給予適當的幫扶，同時要求供應商建立日常監控計劃并實施。

定期審核：整車制造商根據關鍵零件清單，建立年度定審計劃，由整車制造商試驗室進行檢測，速度快、效果好，但對試驗資源能力要求較高。

飛行檢查：整車制造商根據供應商生產過程質量表現，對可能有風險或不合格問題，到供應商生產現場進行突擊抽檢確認。

問題處理：對于發現的不合格問題，根據整車制造商問題處理制度要求供應商制定有效的整改措施，實施、整改和問題的關閉，重點做好持續一致性監控。同時，給予問題供應商相應的處罰。

通過以上對車內空氣質量性能的開發與管控，車內空氣質量性能可以達到開發目標，滿足國家法規要求。由于受到內飾非金屬材料散發性能屬性制約，車內空氣仍有一定的氣味和揮發性物質。最簡單、有效的控制方法就是通風換氣，開窗（天窗）、空調外循環，降低車內空氣污染物濃度，也可以通過物理、化學等其它方法改善車內空氣質量[6]：物理吸附，利用多孔性的材料如活性炭、硅膠等作為氣體污染物吸附劑，來去除車內空氣中的揮發性有機化合物；化學吸附，車內空氣中的有機化合物與化學試劑發生化學反應，去除空氣中的氣體污染物。最為典型的就是光觸媒，也叫光催化劑，最常用的的是TiO2二氧化鈦，在吸收太陽光或照明光源中的紫外線后，在紫外線能量的激發下發生氧化還原反應，表面形成強氧化性的氫氧自由基和超氧陰離子自由基，把空氣中游離的有害物質及微生物分解成無害的二氧化碳和水，從而達到凈化空氣、殺菌、除味的目的。以上兩種方法更多的是車內空氣質量的后處理控制方案，對車內空氣質量也有一定改善。

4 結論

目前，國內汽車整車制造商都非常重視汽車車內空氣質量性能的開發與管控，雖然標準和方法有所不同，但主要管控模式基本一致，從“材料—零件—整車”三個層級開展相關工作。其中從整車級別如何分解控制到零部件級別，相關性研究是個難點，相應的控制指標建立和測試方法是各整車制造商研究的重點。整車開發時，將車內空氣質量性能開發作為整車性能開發的一個重要組成部分，結合整車制造商“V”字型正向整車開發流程進行開發，這是一個發展必然，同時注意在開發和量產兩個階段都必須加以管控，只有這樣才能開發出滿足國家法規和客戶要求的汽車。

VOC 和氣味性僅是車內空氣質量污染的一部分，汽車行駛中進入車內的大氣污染凈化問題，車內外空氣質量監控問題，PM2.5 凈化問題等，系統解決車內空氣污染的車內空氣凈化系統的開發和研究將是整車制造商開發的下一個重要課題。

[1]GB/T 27630-2011, 乘用車車內空氣質量評價指南[S].

[2]VDA 270, Determination of the odor Characteristics of trim materials in motor vehicles [S].

[3]VDA 275, Determination of Formaldehyde from vehicle interior with Modif ied Flask Method [S].

[4]VDA 75201, Determination of the windscreen Fogging Characteristics of trim materials in motor vehicles [S].

[5]HJ/T 400-2007, 車內揮發性有機物和醛酮類物質采樣測定方法[S].

[6]宋廣生,車內環境污染防控指南[M].北京：機械工業出版社, 2009.