轻型汽油车的实际道路排放试验研究

王山，朱海兵，姚王锴，张斌

（上汽大众汽车有限公司产品研发与管理部，上海 201805）

1 实际道路排放现状

目前，国六排放法规标准为最严格的排放法规，国内自主品牌与合资品牌车企都面临严峻考验。而且，2019 年是中国部分主要城市提前进入国六排放标准，可以认为是机动车进入国六法规的元年[1]。

机动车国六标准在实施的过程将采用两步走计划，分为“国六a”、“国六b”两个阶段。也就是说“国六a”相当于“国五”与“国六”的过渡阶段，“国六b”才是真正的“国六”标准。国六标准比国五难度对主机厂的挑战是空前的。

按照《关于开展机动车和非道路移动机械环保信息公开工作的公告》（国环规大气〔2016〕3 号）要求，自2017 年1月1 日起，机动车生产、进口企业应当向社会公开其生产、进口机动车的环保信息，包括排放检验信息和污染控制技术信息。2018 年，汽车企业环保信息公开情况分别如下：

从2018 年申报情况来看，汽车企业前三季度暂未开始正式申报国六标准的机动车，从四月到十二月共计申报918 个车型，占国五标准的机动车申报数的4.37%，国六机动车研发任务仍然很多，特别是，法规中要求的Ⅱ型试验，实际道路排放试验对整车排放测试提出了更多新的要求。

图1 2018 年机动车环保信息公开工作情况汇总

关于国内对实际道路排放试验正在开展，北京理工大学葛蕴珊教授阐述了PEMS 的应用情况及实际道路排放试验的评估方法，并提出了针对于中国道路交通特点的实际道路排放测试法规[2]。中国汽车技术研究中心的王晓伟开展了关于轻型插电式混合动力汽车的实际道路排放试验的研究，发现插电式混动动力汽车在郊区与高速工况下，发动机在工作过程中还在给电池充电，导致CO，PN 的排放均偏高[3]，还有中汽研的王勃针对RDE 的试验方案，开展了更为有效，成功率更高的试验方法的研究。[4]还有一些学者，马志成[5]、杨正军[6]、付秉正[7]、陈剑杰[8]等人开展了轻型柴油车的实际道路排放试验的高原、多工况循环的研究。

国外的专家学者对RDE 试验开展的大量研究，John May在2014 年就通过PEMS 与转鼓试验台运行NEDC/CADC/WLTC三种工况的排放试验结果的对比分析[9]，巴西的Forcetto 根据巴西城市道路开展了在实际道路上对NOx 的控制方法上的研究[10]，Jan Schoenhaber 引述中国的第六阶段排放法规关于RDE 的规定，在缸内直喷汽油机中使用三元催化器及颗粒捕捉器的排放结果数据分析[11]，Roberto 研究了在实际道路排放试验中，冷启动对排放结果的影响规律[12]。

2 试验设备及车辆

2.1 试验设备

AVL MOVE 是一种紧凑而又牢固的便携式排放测量系统（PEMS），可以测量机动车发动机排放废气中的PN，NO/NO2，CO/CO2和O2浓度，该设备系统结构在葛蕴珊教授论文中有详细介绍[2]。

图2 AVL MOVE 便携式排放测量设备安装图

该便携式分析仪系统经过不断优化，可以在不断变化的环境条件下，实现分析仪中温度可控，进行移动的高精度测量，设备安装见图1。

2.2 试验车辆

本研究对象为市场上某品牌国五排放标准的运动型实用汽车(SUV)，发动机排量为1.4T，里程5976km，胎压为2.6bar。为避免影响实际道路排放结果，每次试验前，车辆电瓶处于电量保持状态，减少发动机除动力系统外的额外输出功率，试验车辆配置信息见表1。

表1 试验车辆配置表

3 试验过程

3.1 PEMS 比对结果分析

定容稀释取样测试方法（CVS）是国家排放法规认可的检测方式之一[13]，在WLTC 工况下，PEMS 采样测试结果通过与CVS 测试结果比对，PEMS 试验结果与CVS 比对结果符合法规要求，CO2总排放量Mco2为3896.97g。

表2 PEMS 与CVS 比对结果表

3.2 试验路线

RDE 试验过程中要求三段工况，分别是城市工况，郊区工况，高速工况，由于RDE 试验必须在实际道路上开展，路面不可控因素较多，例如路面遇到堵车，交通事故等情况都会导致实验失败或者无效。故为减小试验无效的概率，试验人员经过次数摸索，寻找最优路线。该路线全称约79km，具体路线如下：

图3 RDE 实际道路排放试验行驶路线图

在实际道路排放试验中，跑车路线十分重要，直接影响到实验是否有效。本次沿线路线确定后，由于是每次都是实际道路实验，故不可复制每次实验过程，故该路线试验中的一次时间速度曲线如下：

图4 RDE 实际道路排放试验时间速度曲线

4 试验结果

4.1 试验有效性验证

参考国六排放法规标准，RDE 试验需要对试验路线，驾驶的动力性，以及采用CO2 平均窗口移动法评估窗口的完整性及正常性[1][2]。

4.2 CO2 平均窗口移动法评估

分别进行三次RDE 试验，三次CO2 平均窗口拟合曲线如图4 所示，A 曲线中郊区工况驾驶行为略激烈，该工况下的CO2 全部位于正常CO2 线上方，并有27.2%的窗口位于25%CO2窗口上方，城市与高速工况相对温和，主要集中在正常CO2线下方；B 曲线中，郊区工况的CO2 窗口更加接近于正常窗口附近，城市与高速工况与A 曲线类似，偏温和驾驶；C 曲线中，郊区工况明显分为三部分，分别覆盖正常窗口及±25%窗口之间，城市工况下与前两次试验接近，而高速工况下，出现有激烈窗口到温和窗口的走向趋势。

图5 三次RDE 试验CO2 平均窗口拟合曲线图

整体来看，三次试验城市与高速工况相对趋势相同，郊区工况下，驾驶行为情况变化较大。

国五排放法规CO 限值为1000g/km，通过实际道路排放试验，三次试验结果都符合国五标准，其中A 和B 符合国六排放法规限值要求，C 试验结果超过国六法规Ⅰ型试验的限值，符合性因子为1.31。

图6 CO 排放结果值及符合性因子

通过分析三次试验的秒采数据，发现CO 主要在低俗和高速工况下排放较多，其中低俗工况中，由于车辆冷启动过程前期，车辆行驶过程中，反复停车启动以及加减速过程中，发动机负荷较大，可燃混合气加浓，喷油量增多，故产生一定CO，而郊区工况中，车辆区域稳定驾驶，缸内混合气相对均匀，燃烧较为充分，CO 排放较少，但高速工况下，由于发动机在高转速下，气缸喷油量增多，进气量的增大，难以迅速达到理想混合气状态，故导致气缸内燃烧不够充分，导致CO 排放主要集中在高速工况下。

图7 试验中CO 的秒采数据曲线

NOx 符合国五和国六的法规排放限值要求，根据驾驶行为比较分析，相对激烈的驾驶对NOx 排放有一定影响。由于NOx 的生成条件是高温、富氧及高温持续时间[14]0。在试验C中，驾驶行为较为激烈，导致喷油量进气量的增多，同时长时间激烈驾驶就是导致NOx 的排放量不断增多。

图8 NOx 排放结果值及符合性因子

国五排放法规中，对轻型汽油车未作限制，国六法规提出6*1011#/km，本次使用国五的排放标准的试验车辆，试验结果均超过法规PN 的限值，其中C 次试验，超过限值的2.72倍。

图9 PN 排放结果值及符合性因子

5 结论

本次试验车辆为国五排放标准的车辆，通过高精度便携式排放分析设备，根据国六排放法规的要求，进行多次实际道路排放试验，研究在实际道路排放实验中车辆的排放结果的影响变化规律。其中，CO 主要在高速工况下产生，故高速工况未来在研发过程中较为重要，NOx 对驾驶行为有一定敏感度，在长时间激烈驾驶时，NOx 排放量会增加，而PN 作为国六排放法规首次提出限值的污染物项目，目前，国五车辆的PN 排放结果相对较大，故未来车辆动力总成升级换代到国六排放标准仍具有较大的挑战。