京Ⅴ輕型汽油車排放測(cè)試影響因素的研究

秦宏宇，陸紅雨，鮑曉峰，王益民，郭紅松

（1.中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300300；2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012）

隨著我國(guó)汽車保有量的不斷增長(zhǎng)，汽車排放污染已經(jīng)成為一個(gè)日益突出的問(wèn)題。為緩減環(huán)境壓力，我國(guó)相繼出臺(tái)了一系列汽車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［1］。目前，我國(guó)已經(jīng)施行國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)，從2013年2月1日起，北京已正式實(shí)施京Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)，將氮氧化物排放限值進(jìn)一步降低，并首次規(guī)定了直噴汽油車的PM排放限值。汽車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷加嚴(yán)對(duì)汽車排放測(cè)試及測(cè)試的準(zhǔn)確度提出了更高要求［2］，因此，分析研究各種影響排放測(cè)試的因素顯得極其重要。

影響車輛排放測(cè)試的因素有很多，如試驗(yàn)環(huán)境溫度和濕度、駕駛員的操作、浸車時(shí)間、車輛阻力設(shè)定方式選擇等，這些因素中有些是可以進(jìn)行人為控制的，如環(huán)境溫度、濕度和浸車時(shí)間，但有些因素的影響是無(wú)法避免的，如駕駛員的變化、車輛阻力設(shè)定方式的選擇。本研究對(duì)阻力方式設(shè)定和駕駛員對(duì)京Ⅴ輕型汽油車排放測(cè)試的影響進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)方案

1.1 不同阻力設(shè)定方式下的排放試驗(yàn)

選取1臺(tái)基準(zhǔn)質(zhì)量為1 360kg，排量為1.6L，符合京Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)的輕型自然吸氣汽油車進(jìn)行排放測(cè)試。試驗(yàn)在底盤測(cè)功機(jī)上進(jìn)行，采用 MEXA－7200H排放分析儀對(duì)收集到的尾氣進(jìn)行分析。底盤測(cè)功機(jī)和排放分析儀在試驗(yàn)前均進(jìn)行了標(biāo)定。

首先按照《輕型汽車（點(diǎn)燃式）污染物排放限值及測(cè)量方法（北京Ⅴ階段）》中規(guī)定的查表法對(duì)車輛進(jìn)行阻力設(shè)定，按照Ⅰ型試驗(yàn)的工況循環(huán)［3］對(duì)其進(jìn)行排放測(cè)試。然后采用法規(guī)中規(guī)定的滑行法對(duì)該車輛進(jìn)行阻力設(shè)定，再次進(jìn)行排放測(cè)試。試驗(yàn)前均對(duì)車輛進(jìn)行預(yù)處理，兩次試驗(yàn)過(guò)程中的試驗(yàn)室溫度、濕度、駕駛員及浸車時(shí)間等試驗(yàn)條件均保持一致，分析阻力設(shè)定方式對(duì)車輛排放測(cè)試的影響。京Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)缸內(nèi)直噴汽油車進(jìn)行PM排放量測(cè)試，但在以往的工作中發(fā)現(xiàn)阻力設(shè)定方式對(duì)PM排放的影響規(guī)律性不是很明顯，還有待在今后的工作中進(jìn)一步研究，因此，在研究阻力設(shè)定方式對(duì)排放的影響時(shí)沒(méi)有對(duì)PM排放進(jìn)行測(cè)試，選擇了更為普遍的多點(diǎn)電噴汽油車進(jìn)行排放測(cè)試。

1.2 不同駕駛員操作下的排放試驗(yàn)

選取了1臺(tái)基準(zhǔn)質(zhì)量為1 700kg、排量為2.0L、符合京Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)的輕型缸內(nèi)直噴汽油車，按照《輕型汽車（點(diǎn)燃式）污染物排放限值及測(cè)量方法（北京Ⅴ階段）》對(duì)其進(jìn)行排放測(cè)試。試驗(yàn)用底盤測(cè)功機(jī)、排放分析儀及二者的標(biāo)定程序同第1.1節(jié)。

按照滑行法對(duì)該車輛進(jìn)行阻力設(shè)定，在其他試驗(yàn)條件均保持一致的情況下，選用兩位駕駛員分別對(duì)其進(jìn)行排放測(cè)試，分析駕駛員對(duì)車輛排放測(cè)試的影響。考慮到駕駛員因素對(duì)PM排放的影響，選擇了京Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)中要求測(cè)試PM排放的缸內(nèi)直噴汽油車進(jìn)行排放測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 阻力設(shè)定方式對(duì)排放測(cè)試的影響

試驗(yàn)車輛采用的阻力設(shè)定方式見(jiàn)圖1。從圖1可以看出，按照查表法和滑行法設(shè)定的車輛阻力是不同的，在車速較低的情況下，按照兩種方法設(shè)定的阻力大小較為接近，隨著車速的不斷增加，兩種方法設(shè)定的阻力差距不斷增大，在車速較高的市郊工況，按照查表法設(shè)定的阻力遠(yuǎn)大于滑行法，當(dāng)車速為120km／h時(shí)，前者比后者大41.2%。

試驗(yàn)車輛在查表法和滑行法阻力設(shè)定方式下的排放結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 兩種阻力設(shè)定方法下的排放結(jié)果

從表1可以看出，查表法設(shè)定阻力時(shí)的排放結(jié)果高于滑行法。按照查表法設(shè)定阻力時(shí)，THC，CO，NOx，CO2和NMHC排放結(jié)果比滑行法分別高25%，41.5%，9.1%，9.4%和32.4%。在市區(qū)工況，查表法阻力設(shè)定方式下的THC，CO，CO2和NMHC排放結(jié)果比滑行法分別高20%，37.6%，3.6%和22.2%，而NOx排放值相同；在市郊工況，查表法阻力設(shè)定方式下的THC和NMHC排放結(jié)果遠(yuǎn)高于滑行法，CO和CO2排放結(jié)果比滑行法分別高75%和14.3%，NOx排放值相同。分析認(rèn)為，在車速較低的市區(qū)工況，阻力差別不大，兩種阻力設(shè)定方法下的排放結(jié)果差別較小。但在市郊工況，阻力差別較大，排放結(jié)果具有較大的差異，按照查表法設(shè)定阻力時(shí)的排放結(jié)果明顯高于滑行法，綜合排放水平的高低主要是由市郊階段的阻力差別導(dǎo)致的［4］。

試驗(yàn)車輛按照查表法和滑行法設(shè)定阻力時(shí)的THC瞬態(tài)排放見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，在完整的Ⅰ型試驗(yàn)工況循環(huán)內(nèi)，隨著時(shí)間的變化，兩種阻力下的THC體積分?jǐn)?shù)變化基本保持一致。從整體上來(lái)看，查表法阻力下產(chǎn)生的THC排放峰值要高于滑行法。為了更加清晰地看到兩種阻力下的排放差別，分別選取了低速工況（15～25s）和高速工況（1 048～1 078s）進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3可以看出，在15～25s的低速工況，兩種阻力下車輛的THC排放值相差較小；在1 048～1 078s的高速工況，兩種阻力下的THC體積分?jǐn)?shù)差別明顯，在1 068s時(shí)查表法設(shè)定阻力下的排放值是滑行法的2倍。

圖4和圖5分別示出兩種阻力設(shè)定方式下的CO瞬態(tài)排放和低速工況、高速工況排放。從圖中可以看出，阻力設(shè)定方式對(duì)CO排放的影響與THC基本一致。

2.2 駕駛員對(duì)排放測(cè)試的影響

表2列出不同駕駛員操作下的試驗(yàn)車輛排放結(jié)果。從表2可以看出，對(duì)于同一臺(tái)車，在其他試驗(yàn)條件均保持一致的情況下，駕駛員不同對(duì)測(cè)試結(jié)果具有一定程度的影響。在駕駛員1的操作下，THC，NMHC和PM排放值均高于駕駛員2，而CO和NOx排放值則低于駕駛員2，CO2排放基本沒(méi)有變化。在各類污染物中，變化較大的是CO和THC，駕駛員2操作下的CO排放結(jié)果比駕駛員1高16.7%，THC 排放則低 12.1%；變化較小的是NOx，NMHC和PM，駕駛員2操作下的NOx排放結(jié)果比駕駛員1高7.1%，NMHC和PM則分別低6.7%和7.5%。

圖6示出2名駕駛員操作下的CO瞬態(tài)排放。從圖6可以看出，CO排放主要集中于試驗(yàn)起始工況和高速工況，試驗(yàn)開(kāi)始后產(chǎn)生的第一個(gè)CO排放峰值差別很大，其他工況的排放差別不大。

圖7示出試驗(yàn)開(kāi)始后12～17s車速的變化情況及CO瞬態(tài)排放結(jié)果。從圖7可以看出，2名駕駛員的駕駛習(xí)慣不太相同，駕駛員1在試驗(yàn)車輛加速過(guò)程中速度穩(wěn)定上升，速度曲線較為平滑，而駕駛員2在車輛加速過(guò)程中速度不是很穩(wěn)定，在標(biāo)準(zhǔn)允許的誤差范圍內(nèi)來(lái)回波動(dòng)，速度曲線較為曲折。駕駛員2操作下的試驗(yàn)車輛的CO排放遠(yuǎn)高于駕駛員1，15s時(shí)前者的CO瞬間排放值是后者的3倍。分析認(rèn)為，由于12～17s車輛處于剛起動(dòng)階段，后處理系統(tǒng)還沒(méi)有達(dá)到適宜的工作溫度［5－6］，此時(shí)車輛污染物的排放量是最高的，駕駛行為對(duì)車輛排放的影響也更加明顯。

表2 不同駕駛員操作下的排放結(jié)果對(duì)比

3 結(jié)論

a）按照滑行法設(shè)定的車輛阻力一般小于查表法，因此按照滑行法設(shè)定阻力時(shí)的THC，CO，NOx和NMHC排放結(jié)果均低于查表法，此特征在車速較高的市郊工況更為明顯；

b）駕駛員的不同對(duì)車輛的排放結(jié)果具有一定程度的影響，部分污染物排放結(jié)果的差別達(dá)到10%以上，瞬時(shí)排放結(jié)果相差甚至更大；

c）在標(biāo)準(zhǔn)限值不斷加嚴(yán)的形勢(shì)下，在對(duì)試驗(yàn)車輛進(jìn)行排放測(cè)試時(shí)，必須對(duì)這些影響車輛排放結(jié)果的因素進(jìn)行充分地分析研究并合理控制，從而準(zhǔn)確地獲取車輛真實(shí)的排放水平。

［1］ 周 戈.對(duì)汽油車排放物及其控制技術(shù)的探討［J］.浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，10（4）：26－29.

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［3］ 中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院.DB 11／946—2013 輕型汽車（點(diǎn)燃式）污染物排放限值及測(cè)量方法（北京Ⅴ階段）［S］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2013.

［4］ 閔照源，劉 劍.國(guó)Ⅳ輕型汽油車工況法排放測(cè)量影響因素的試驗(yàn)研究［J］.客車技術(shù)與研究，2009（4）：42－44.

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