N2类车在“国六”标准下的实际道路排放分析

向橄，杜宝成，徐划龙，冉林尧

（1.中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 401122；2.车辆排放与节能重庆市重点实验室，重庆 401122）

前言

N2类车因其体积较小、灵活、在中低强度运输活动中的高便利性、高载重利用率等因素，使其在运输行业里有着较高的保有量；相应的，该类货车的使用特性决定了其往往有着较为突出的污染物排放水平。近期，国内发布了《GB 17691—2018 重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（下文统称：“国六”）标准的正式发布稿。其中，针对N2类货车的实际道路排放，标准对试验方法进行了一定的调整，并且大幅调低了NOx排放的限值。目前各车辆生产企业对排放的控制技术均以满足《GB 17691-2005—车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段）》（下文统称：“国五”）标准为目标，在“国六”标准即将实施的背景下，企业有必要了解符合“国五”标准的在用N2类车在“国六”标准下进行实际道路排放测试时的排放水平，作为技术改进的依据。

1 标准中关于实际道路排放试验技术要求的变化

对于N2类货车在实际道路排放测试中，“国六”标准对比现阶段“国五”标准主要有以下变化：排放限值、环境条件、道路工况各阶段时间分配比例。

1.1 排放限值

“国六”标准中关于压燃式发动机汽车实际道路排放试验的排气污染物计算方法与“国五”标准一致，均采用功基窗口法，且窗口大小的计算方式没有发生变化。“国六”标准中对于实际道路排放试验的NOx限值有了极大的加严，具体如表1中所示，CO的排放限值没有发生变化而重点在于NOx排放限值的变化达到了一个数量级，对比“国五”标准降低了82.75%。在逐秒采集的排放数据中，“国六”要求95%以上的数据点的NOx排放浓度小于500ppm，而在“国五”标准中，这一要求为 95%以上的数据点的 NOx排放浓度小于900ppm。

表1 压燃式发动机排放限值

1.2 环境条件

表2为各阶段标准对试验环境条件的要求。“国六”标准中对于实际道路排放试验的温度条件要求更加细化，其上限需要结合测试时的大气压力进行计算得到；而测试海拔相较于”国五”标准进行了大幅度拓展，测试车辆甚至需要在相对较为高原的环境中试验，此环境条件下，大气压力降低，空气阻力小，可能造成测试车辆发动机需求功率下降，进而影响排放的窗口计算。

表2 环境条件

1.3 道路工况各阶段时间分配比例

图1 N2类车测试工况各阶段时间分配比例

针对N2类货车，“国六”标准沿用了“国五”标准关于道路工况各阶段的平均车速的要求。主要的变化来自于各阶段时间分配比例，“国六”标准大幅提高了市区路工况的时间占比。市区的工况从最低的时间占比20%提高至了接近总时间一半的45%，大幅缩短了高速路的时间比例。

2 试验设计

通过上述标准变更，由“国六”与“国五”标准变化引起的实际道路排放测试实验的主要差异有：

①环境条件。包括温度、海拔。

②测试工况各阶段时间分配比例。

因此我们分别设计两组试验：

表3 试验编号

着重针对两组试验结果中CO与NOx污染物的排放特性进行对比。

2.1 边界条件的控制

2.1.1 试验环境温度控制

环境条件中温度的变化受测试时的天气、地点的影响，会造成进、排气温度变化、污染物分析传感器精度改变，进而造成排放结果有一定的波动。测试时选择晴朗天气，且环境温度应同时满足“国五”标准与“国六”标准；两次试验的起始温度、结束温度以及平均温度差控制在合理的范围内，避免对两次试验结果的对比产生干扰。

2.1.2 试验海拔控制

为使海拔条件达到“国五”标准与“国六”标准规定的要求，通过合理的路线选择，使试验路线中任意点的海拔不超过 1000m，且起止点海拔差不超过 100m、累计正海拔高度增量不超过的1200m/100km。在固定或近似的测试路线前提下，海拔条件近乎一致，参照不同标准下进行多次试验，其结果的差异几乎不会受到海拔因素的影响。

2.1.3 测试工况各阶段时间分配比例

选取的试验路线在满足上述温度、海拔条件的前提下，结合当地交通状况，使试验时各阶段时间分配比例满足标准要求，即：

① a试验：市区：市郊：高速=20:25:55

② b试验：市区：市郊：高速=45:25:30

根据标准规定，实际的构成比例允许有±5%的误差。

2.2 测试设备

试验采用日本HORIBA公司生产制造的OBS-2200车载排放测试系统，其测量主要原理分别为：CO—非分光红外线法（NDIR）、NOx—化学发光法（CLD）。该设备集成了排气污染物采集与分析、GPS信号、气象站等数据采集分析单元，精度满足“国五”与“国六”标准的要求。

2.3 试验车辆

选取一台具有代表性的“国五”标准在用N2类货车作为试验车辆，主要参数见表4：

表4 试验车辆信息

该车车况良好，无故障，符合本次试验的需求。

3 结果对比分析

3.1 试验有效性判定

3.1.1 边界条件符合性

表5为a、b两组试验的测试边界条件参数。试验时选择同一出发地作为试验的起始点；按照试验设计及标准的要求所选择的试验路线，最终的测试工况各阶段时间分配比例如图2所示；为满足标准对冷启动的要求，两次试验隔天进行，且天气状况理想。可以判定，本次对比试验的边界条件满足试验设计及标准的要求。

表5 测试边界条件

图2 各阶段实际时间分配比例

3.1.2 窗口有效性

“国五”与“国六”标准中要求试验数据的有效窗口数在规定的功率比界限下应不小于50%，表6为两组试验的有效窗口占比数，两组试验结果的有效窗口占比均达到了50%以上，可以判定本次对比试验的道路排放数据有效。

表6 有效窗口占比

3.1.3 结合以上两点，可以判定本次对比试验中a、b两组试验的结果是有效的。

3.2 试验驾驶工况比对

图3 a、b试验速度-时间工况图

试验的驾驶工况曲线如图3所示。a、b两组试验对比发现，b组试验的市区阶段的比例较a组明显增多，由于市区路车流量大、红绿灯多等原因，交通状况最为复杂，驾驶的加、减速工况会随着阶段比例的升高而变多；市郊阶段a组驾驶相对平缓，b组因实际的交通状况引起了较为明显的车速波动；高速阶段两组试验均包含一定的加减速工况。

3.3 CO排放数据对比

表7 CO排放结果

CO排放结果显示，b组试验与a组试验的CO比排放结果成正比，参照“国六”标准进行的b组试验的CO比排放有一定升高，但变化不大，引起该排放差异的因素可能为驾驶工况的变化。两次试验的CO排放水平均能够满足对应标准中CO比排放的限值。

3.4 NOx排放数据对比

表8 NOx排放结果

NOx总排放结果中，b组实验NOx的排放水平较a组有约 89%的升高，接近一倍，按照“国六”标准进行的试验NOx排放水平明显恶化。通过图4、图5中两组试验的秒采排放特性图分析，NOx高峰值频繁出现在车速波动处，加速运动将触发NOx污染物的高瞬间排放。从图.3可看出，驾驶车速的波动主要集中于市区阶段，b组试验较a组试验有更长的市区工况时间，可能是其NOx排放水平升高的因素。a组试验中市郊阶段行驶平缓，NOx的瞬态排放也相对平稳；而b组试验市郊阶段驾驶工况相对更复杂，NOx的瞬态排放波动明显。根据“国六”标准中对NOx比排放的限值要求，b组试验NOx比排放结果严重超标，达到限值的数倍。

通过读取秒采数据分析，a组试验中 NOx浓度不高于900ppm的数据点占比为98.6%，满足“国五”标准的要求；而 b组试验中 NOx浓度不高于 500ppm的数据点占比为84.7%，不符合标准要求的最低限值95%。

图4 a组试验排放特性图

图5 b组试验排放特性图

4 结论

①现阶段“国五”N2类车在实际道路排放测试中CO的排放水平可以满足“国六”标准的要求，针对CO排放污染物的后处理系统可以沿用目前的技术路线。

②现阶段“国五”N2类车在实际道路排放测试中 NOx的比排放水平远高于“国六”标准的限值，车辆生产企业应着重针对NOx后处理系统进行技术改进。

③现阶段“国五”N2类车尾气排放的NOx浓度高峰点过多，不符合“国六”标准的要求，生产企业应采取一定技术方法削弱NOx的高瞬间排放水平。

④驾驶工况的改变可能是“国五”N2类车在“国六”标准规定下实际道路排放测试结果明显恶化的原因。由于样车不足，需进一步验证。