环境温度对轻型车实际道路排放试验结果的影响

2022-10-13邓蛟武鑫

小型内燃机与车辆技术 2022年4期

邓蛟武鑫

（华业检测技术服务有限公司江苏苏州 215000）

引言

自从2016 年我国把RDE 试验加入到轻型车国六排放标准（GB18352.6—2016[1]）以来，国内外研究机构对此开展了大量的研究工作。主要研究成果如下：Karolina Kurtyka 等人[2]研究了行程动力学参数对汽油车RDE 试验的影响，指出CO、CO2、NOx及HC与RPA 呈正相关关系，与（V·a+）95 呈负相关关系；Jacek Pielecha 等人[3]研究了汽油车在两种环境温度下RDE 冷启动排放结果的差异，指出CO、CO2及PN的冷启动排放占市区比重在环境温度25 ℃下结果均小于8 ℃，NOx反之；汪晓伟等人[4]研究了轻型燃油车实际道路排气污染物排放特点，指出汽油车冷启动排放占总行程的15%～25%，CO 和PN 排放随加速度增加而增加；孙文芳等人[5]对比了汽油车在平原与高原条件下实际道路排放差异，指出高原工况下的冷启动排放CO、NOx、PN 排放分别比平原工况高90.03%、742.45%和93.9%，PN 排放量平原工况比高原工况高4.3 倍；邹杰等人[6]研究了累计正海拔增量对汽油车实际道路排放试验的影响，指出在路段中，污染物排放与累计正海拔增量相关性不强，在窗口中，CO2、PN 排放因子随窗口累计正海拔增量的增加而增加。

纵观国内外相关文献，发现当前关于环境温度对轻型车实际道路排放试验结果的影响研究还很匮乏。为此，本研究将对一辆满足国五排放标准的轻型汽油车分别在环境温度0 ℃、10 ℃及30 ℃下，按照轻型车国六排放标准Ⅱ型试验要求进行试验。通过欧Ⅵ新方法计算各污染物排放结果，寻找环境温度对实际道路排放试验带来的影响，为合理评价轻型汽油车排放水平具有重要指导意义。

1 试验内容及方法

1.1 试验车辆

选用一辆满足国五标准的M1 类手动挡汽油车，车辆主要参数如表1 所示。

表1 车辆主要参数

1.2 测试设备

试验测试系统采用日本HORIBA 公司生产的车载排放分析仪OBS-ONE-GS02/PN，其主要包括有GAS 气体分析仪、PN 颗粒计数分析仪、EFM 排气流量计、GPS、OBD、气象站，主要技术规格如表2所示。

1.3 测试方法

1.3.1 试验方案

PEMS 设备及锂电池安装在整车后备箱内，GPS、气象站放置在车顶，选择最大量程为2.0 m3/min的皮托管流量计，通过耐高温硅胶管使其与排气尾管相连。在环境温度30 ℃、10 ℃和0 ℃下，由同一驾驶员及试验员在相同的试验路线上按照标准GB18352.6—2016Ⅱ型试验要求进行测试。在正式RDE 试验开始前，应按照GB18352.6—2016 附件DC要求，在底盘测功机上完成验证试验，确保试验结果在允许误差范围内。

1.3.2 试验路线

试验地点在苏州市吴江区周边地区进行，平均海拔高度约5 m。具体路线如下：1）市区道路（约26 km）：清华大学苏州汽车研究院（吴江）动力系统检测中心北门-联杨路-龙桥路-五方路-鲈乡南路-友谊路-中山南路-友谊路-花园路-五方路-鲈乡南路-友谊路-中山南路-友谊路-花园路-吴江大道辅路；2）市郊道路（约28 km）：由花园路进入吴江大道，行驶至周芦线掉头，经莘塔收费站进入G1521 常嘉高速，行驶至白蚬湖特大桥附近结束；3）高速道路（约28 km）：在G1521 常嘉高速白蚬湖特大桥附近开始，行驶至甪直枢纽进入S58 沪常高速，到达尹山枢纽结束试验。

1.3.3 数据处理

1）验证试验数据处理方法

由于实验室无法采集GPS 信号，故在计算PEMS 测量的排放率时，应使用污染物排放总质量除以底盘测功机测试试验车辆行驶距离。此外，PEMS还需对NOx进行湿度修正。

为便于PEMS 排气流量计与CVS 流量进行比对，需要先将CVS 流量除以稀释系数得到稀释前排气流量。其中稀释系数DF 可通过以下公式确定。

式中：Ci为稀释排气中污染物i 的体积分数，10-6。2）RDE 试验数据处理方法

为了将冷启动排放合理纳入最终的排放评估当中，在处理数据时将按照标准EU 2018/1832[7]Appendix 6 Calculation of the final rde emissions results规定的方法计算各污染物排放。总行程和市区阶段污染物里程排放由下式计算：

式中：mRDE，k为修正前累计里程排放，mg/km（＃/km）；RFk为修正因子（算法见表3）

表3 RFk 算法

2 试验结果与讨论

2.1 PEMS 和排气质量流量的验证

在底盘测功机上将PEMS 抽出的排气补充到CVS 中，按照WLTC 驾驶循环进行验证。表4 为PEMS 与实验室污染物质量排放结果对比，表5 为PEMS 流量计与CVS 流量对比，其误差均在法规要求以内。

表4 PEMS 与实验室污染物质量排放结果对比

表5 PEMS 流量计与CVS 流量计对比

2.2 不同环境温度下各污染物总行驶里程排放对比

试验车在WLTC 循环下测得的CO2里程排放为142.41 g/km，在RDE 循环下测得的CO2最大里程排放为147 g/km，即rk要远小于1.3。事实上，现阶段我国轻型燃油车在RDE 试验中测得的CO2里程排放还无法达到1.3 倍WLTC 循环下CO2排放量，那么欧六新方法规定的各污染物排放计算结果实则为瞬态积分的结果。图1 为不同环境温度下RDE 试验各污染物总行驶里程排放对比图。不难发现，在环境温度30 ℃和0 ℃下，PN 及NOx里程排放均高于10 ℃，进而也反映了RDE 试验高、低温扩展的必要性。

图1 不同环境温度下RDE 试验各污染物总行驶里程排放对比

2.3 不同环境温度下各污染物冷启动排放对比

鉴于RDE 循环冷启动时长较短（不足5 min），对应里程排放对最终测试结果影响并不显著。为更直观地体现冷启动排放特点，通过引入冷启动污染物总质量占市区比重与市区污染物总质量占总行程比重来进行分析。图2 所示为不同环境温度下各污染物冷启动排放对比图，从图中可看出，CO、NOx、PN市区排放基本能达到总行程50%以上，其中CO 冷启动排放占市区比重最高，且在低温环境下各污染物冷启动排放占比均有明显升高现象。主要原因在于在低温环境下，汽油的蒸发和雾化性能较差，不利于混合气的充分燃烧，故而产生大量CO。此外，在冷车状态下催化器未处于适宜工作温度区间，转换效率较低故而导致NOx排放较高。