轻型汽油车I型排放与工况油耗影响因素

2016-09-06山HuangShan海南热带汽车试验有限公司海南琼海571400

北京汽车 2016年4期

黄　山Huang Shan（海南热带汽车试验有限公司，海南　琼海　571400）

轻型汽油车I型排放与工况油耗影响因素

黄山
Huang Shan
（海南热带汽车试验有限公司，海南琼海571400）

通过对手动汽油乘用车进行试验，分别研究在满足标准情况下试验前不同的机油及冷却水温度、底盘测功机道路阻力设定方法、CVS[1]（Constant Volume Sampling，等容取样法）流量以及驾驶员对尾气排放及工况油耗的影响程度，并分别提出控制建议。因此，严格控制记录试验室排放及工况油耗测量试验过程，对试验的一致性和重复性具有重要作用。

排放；工况油耗；影响因素；流量；等容取样

0　引　言

《GB18352.3—2005轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》[1]规定在试验室内测量I型排放试验，过程复杂，影响因素较多。随着国Ⅴ排放标准2013年正式发布，I型排放限值有了更高的要求，试验因素和方法选取的影响较以前更明显，因此，研究分析在满足标准情况下，条件因素发生变化对结果产生的影响程度具有重要意义。

《GB19233—2008轻型汽车燃料消耗量试验方法》[2]规定按照GB18352.3—2005标准中I型排放工况循环测量HC、CO、CO2排放量，以碳平衡法计算出汽车工况油耗。碳平衡油耗计算法是目前国际上通行的试验室内轻型汽车工况油耗计算方法。对工况油耗试验过程影响因素和方法的控制与I型排放相似；因此，在满足标准情况下对I型排放研究分析，判断对工况油耗的影响程度。

通过在满足标准条件要求下设定研究方案，选择在试验过程中易忽略的或者易发生变化的4个因素进行分析，对样车试验前不同的机油及冷却水温度、底盘测功机道路阻力设定方法、CVS流量以及驾驶员4个因素分别进行分析讨论。

1　试验方案

1.1试验样车

试验样车为某国产5挡手动汽油乘用车，主要技术参数为：当量惯量1250kg，里程3856km，发动机排量1495ml，额定功率80kW。燃料，轮胎气压、发动机润滑油等条件不变。

1.2试验方法

试验过程参照常温下冷起动后排气污染物I型排放试验要求进行，试验设备包括AVL底盘测功机、HORIBA排放分析仪和IMTECH环境仓等设备。

1.3试验方案内容

对试验前不同的机油及冷却水温度、底盘测功机道路阻力设定方法、CVS流量以及驾驶员4个影响因素进行研究，分析在各个方案中当其他条件不变时，所讨论的4个因素发生变化分别对I型排放及工况油耗的影响程度。

1）比较试验前样车机油和冷却水温度不同情况下试验结果的差异，分析产生的原因并提出建议。

2）比较底盘测功机2种常用设定方法对结果产生的影响，分析产生的原因，提出建议。

3）研究不同的CVS流量对试验结果产生的影响，对结果进行分析讨论。

4）由不同驾驶员进行试验，分析结果的差异和产生的原因并提出建议。

2　试验结果与分析

2.1试验前样车机油和冷却水温度的影响

冷启动时，发动机处于开环控制方式。进气流速、进气温度、冷却水温度均处于偏低状态，燃油喷射后雾化差，不易与空气混合均匀，并且零件间润滑较差，因此冷启动时一般设定较大燃油喷射量来满足车辆启动。燃油喷射量的多少取决于发动机水温的高低。过浓混合气往往导致燃烧不完全，产生大量CO和HC，所以冷启动时CO和HC排放量显著高于正常运转工况[3]。通过图1和图2瞬态过程数据可以看出汽车在点火后前100s的时间内排放物明显增多，出现最高峰值。随着工况进行，发动机处于闭环控制方式，HC和CO排放得到较精准的控制。

浸车时间长短、浸车环境温度的高低最终影响到试验前样车发动机机油和冷却水散热速度。在满足标准要求的情况下，相同的时间间隔（24h），不同的浸车环境温度（22℃，25℃，28℃），试验前测量机油和冷却水温度，与室内温度差均在-0.5～0.5℃范围内，对3种不同温度所产生的排放和油耗进行研究分析。

由表1数据可以看出该样车在满足标准温度要求20～30℃的范围时，22℃和28℃的综合THC具有0.015g/km的差值；综合CO具有0.187g/km的差值；综合工况油耗有0.08L/100km的差值；22℃和25℃的综合NOx具有0.004g/km的差值。在试验的3种温度中，HC和CO随着温度的升高有明显的减少趋势，而NOx和CO2随着温度的递增递减趋势不明显。

表1　不同温度下产生的排放和油耗

在实验室排放测量过程中，试验前样车机油和冷却水温度的高低不同极易导致排放结果不一致。随着机油和冷却水温度的升高，HC和CO排放物明显减少（尤其在P1阶段）。对试验前发动机机油和冷却水温度的把握要严格并记录，或者通过缩小温度范围，提高结果的重复性，试验才具有可比性。

2.2底盘测功机加载阻力设定方法的影响

滑行能量变化法是计算道路行驶阻力最普遍采用的方法。试验时，汽车在标准要求路面上加速直至车速稳定后空挡减速滑行，根据汽车从V+△v减速到V-△v的时间计算出车速V时的道路行驶阻力并校正到标准状态，然后在测功机上进行模拟后加载。查表法是标准中允许采用的，即经制造厂同意可替代加载方法。

通过对试验样车进行底盘测功机道路滑行行驶阻力模拟，由图3可以看出，针对所选试验样车，在车速小于100km/h时底盘测功机上的滑行法加载阻力比查表法的阻力大，车速大于100km/h时阻力相差不大。

表2　不同阻力设定方法下产生的排放和油耗

由表2数据得出该样车综合THC具有0.002g/km的差值；综合CO具有0.025g/km的差值；而NOx具有0.002g/km的差值；CO2具有7g/km的差值；综合工况油耗有0.30L/100km的差值。阻力加载方法的不同直接影响排放和油耗测量结果，方法不同归根结底在于样车驱动轮所受负荷大小不同。

底盘测功机阻力设定方法的选取要明确并记录，避免产生不必要的误差。2种常用方法在试验过程各具优势。查表法操作简便，同一惯量级别车辆可通过查表法统一比较；滑行法适用于具体车型的研发试验，但求道路行驶阻力及模拟的过程往往存在误差，操作步骤较复杂，不易控制。

2.3CVS稀释流量的选择不同的影响

CVS是用外界空气以一定比例稀释从被检测的汽车上取得的排气样气，并用专门的泵连续取出稀释样气收集在样袋中，体积流量在充灌样袋阶段保持不变的排气取样法。根据标准要求，通常保证稀释排气取样袋中CO2容积浓度保持在3%以下，并且有足够的流量防止水冷凝，避免由此产生的NOx损失以及取样气体再次反应。在实际试验过程中，实验室选取CVS稀释流量在满足标准的同时，大小存在一定差别，通过选取流量相差约4m3/min的3种流量来比较测量结果（见表3）。

表3　不同流量下产生的排放和油耗

表3试验数据可以看出，该样车试验所选取的3种流量中，4.11m3/min 和11.95m3/minTHC的差值为0.001g/km；CO的差值为0.013g/km；NOx的差值为0.001g/km；3种流量中CO2的差值为1g/km，综合工况油耗有0.04L/100km的差值。

随着标准要求的提高，在规定的检测循环阶段，稀释排气中的有害物浓度与稀释空气中的有害物浓度达到不相上下的程度，尤其是市郊循环，这就易产生测量方面的困难。在满足标准的情况下适当降低CVS的稀释度，提高样气袋中的尾气气体浓度，通过与空气相关污染物浓度的差值来计算汽车排放物的方式较为常见，但前后结果一致性较低。因此，在进行产品比对、匹配或调试试验过程中，需保证流量的统一，确保结果具有可比性。

2.4驾驶员的影响

在同一试验条件下，实验室随机选取 2位具备标准操作能力要求的驾驶员A，B，试验所得结果见表4。