重型客貨車排放特性的研究

蘇 盛（廈門環境保護機動車污染控制技術中心，福建廈門 361023）

重型客貨車排放特性的研究

蘇 盛
（廈門環境保護機動車污染控制技術中心，福建廈門 361023）

采用GB/T 27840-2011《商用車燃料消耗量測量方法》推薦的重型柴油車整車綜合油耗測量所使用的工況（C-WTVC循環），分別選取一輛在用的國III階段的重型客車和重型貨車在轉鼓上進行試驗，研究客車和貨車的排放特性。試驗重復性較好，試驗結果以排放因子為指標，顯示了客車和貨車排放水平的巨大差異，并研究了不同工況對氣態污染物的影響。文章還分析提出了進一步提高重型底盤測功機排放測試方法測量準確性的研究方向。

重型車；排放；底盤測功機

進入21世紀，環境污染類型逐漸發生變化，特別是大氣環境污染已由工業型轉呈城市型、復合型、區域性的污染特征，以機動車為主的新型大氣污染問題日益凸顯［1］。近年來，我國用車保有量的增長迅猛，機動車輛的排氣污染正日益成為我國，尤其是大城市大氣污染的重要來源。據介紹，城市道路車流量在每小時1 000～2 000輛時，一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）和氮氧化物（NOx）三種排放氣體占總有害氣體的80%～90%以上，己成為這些城市空氣污染的第一大污染源。而重型商用車作為我國道路客貨運輸的主體，由于其燃燒特性以及排量等客觀因素，且技術發展相對滯后，燃油經濟性與國際先進水平有較大差距，這些因素都使得重型車輛的排放，尤其是顆粒物的排放在機動車排氣污染物中占據了很大比重。

為了控制重型車輛有害排放物對大氣環境的影響，世界各國相繼以法規形式出臺一系列政策進而對發動機排放物給予強制性限制，無論是歐洲還是美國排放法規的制定，都是依據當地實際使用的循環工況來限制發動機有害氣體的排放量。對于重型車輛的排放控制，目前我國對新車的管理是通過對發動機的性能測試來對發動機排放水平進行判定，即只對發動機進行排放認證，而不從整車角度進行法規試驗。因此對于重型車來說，傳統的評價方法主要是相對于功率的排放和燃油消耗率，單位是g/kWh或L/kWh，即做功排放因子。對于在用車的排放符合性需要將發動機從整車上拆除后進行試驗，從技術和成本角度都帶來了一定的難度。

基于整車的排放測試方法，引入相對于里程的排放，單位是g/km，即整車排放因子，考慮了整車的特性、發動機和傳動系的性能、整車的質量以及行駛距離，能夠直接反映整車排放的大小。重型整車排放測試的方法主要有三種：1）車輛在底盤測功機上按指定工況行駛并測試；2）車輛在試驗場道路上按指定工況測試；3）車輛在道路上按正常駕駛工況測試?；诘妆P測功機測試技術考慮了整車性能和實際道路情況，模擬準確性和一致性較好這些特點［3］，本文研究采用第一種方法進行測試。本文研究內容為分別選取國III排放階段的在用重型客車和重型貨車，采用重型柴油車整車綜合油耗測量所使用的工況（C-WTVC循環）進行底盤測功機試驗［4］，研究客車和貨車的排放特性區別，并提出重型整車在用符合性檢驗方法。

1　試驗方案

1.1試驗車輛

分別選取了一輛在用的國III階段的重型客車和國III階段的重型貨車進行試驗。車輛參數如表1所示：

表1　試驗車輛主要技術參數

1.2試驗設備

圖1　底盤測功機測試系統簡圖

本試驗采用的系統如圖1所示，由于測試是基于動態循環，因此對于整車底盤測功機測試和ETC發動機瞬態測試排放，二者的測量方法基本上是相同的。將轉鼓與滿足排放法規精度要求的排放分析系統相連，排氣通過稀釋通道進入分析儀進而測量和分析車輛排放的氣態污染物和顆粒污染物，同時還可以與轉鼓實時數據相通訊，從而得到車輛行駛里程、比排放等數據。此外，在該試驗中，車輛油耗是通過碳平衡來計算的。系統設備參數如表2所示：

表2　底盤測功機排放測量系統設備參數

1.3測試采用的循環

本次試驗中所采用的循環為GB/T 27840 - 2011《商用車燃料消耗量測量方法》推薦的重型柴油車整車綜合油耗測量所使用的工況（C-WTVC循環），循環曲線如圖2所示，該工況的特征參數如表3所示：

圖2　C-WTVC循環曲線

表3　C-WTVC循環工況的特征參數

2　試驗結果及分析

2.1循環曲線的跟隨及復現

使用試驗車輛在轉鼓上對所選曲線進行模擬，曲線如圖3、圖4所示，說明客車和貨車均能很好的跟隨速度變化曲線，為了驗證試驗的重復性，每輛車重復了2次試驗，從曲線上可以看出2次實驗的重復性較好。

圖3　貨車試驗循環的跟隨性及重復性曲線

圖4　客車試驗循環的跟隨性及重復性曲線

2.2排放結果分析

表4　重型貨車兩次重復試驗結果

圖5　重型貨車兩次重復試驗排放結果對比

表5　重型客車兩次重復試驗結果

圖6　重型客車兩次重復試驗排放結果對比

從圖5及圖6中可以看出，從行駛曲線及排放結果來看，重型客車及貨車兩次試驗結果均能保持很好的一致性。兩輛車所搭載的發動機排量相近，試驗中車輛的負荷均為100%。由于載重量差別明顯，導致貨車的比排放顯著高于客車，尤其是氮氧化物（NOx）和二氧化碳（CO2）的排放，在顆粒和其他氣態污染物的排放水平上，貨車的排放也要高于客車的排放，同樣，貨車的油耗也遠遠高于客車的油耗。

2.3排放過程分析

如前文所述，C-WTVC工況實際上分為三個部分：市區部分、公路部分和高速部分。為了研究不同工況下，排氣污染物對整個階段排放的貢獻程度，在此引入了分擔率［5］的概念，以更加清晰地分析各個不同工況對最后排放因子的影響。其定義如下：

通過對試驗中CO、CO2、HC和NOx的瞬時排放數據進行積分處理，得到不同工況下的氣態污染物的分擔率。其中重型貨車各個工況下的分擔率分析如表6、圖7所示。

表6　重型貨車各工況下污染物的分擔率

圖7　重型貨車各工況下各種污染物的分擔率對比

重型客車各個工況下的分擔率分析如表7、圖8所示：

表7　重型客車各工況下污染物的分擔率

圖8　重型客車各工況下各種污染物的分擔率對比

由以上圖表可以看出，在三個工況下，除了HC，其余三種氣態污染物的分擔率基本一致。在市區工況部分，其工況比較惡劣，低速段的加減速較多，發動機工作狀態不好，相比于其他兩個階段，由于處于整個循環最開始的階段，發動機燃燒溫度相對較低，因此CO和HC的分擔率較高。高速部分工況較為平穩，發動機工作狀態良好，且處于高速段，因此CO2排放量也較大，油耗也隨之增大；而在市區部分由于工況復雜，發動機起停較為頻繁，造成了CO2和油耗的升高。對比圖7和圖8可以看到，在公路工況下，客車HC的分擔率是貨車的2倍，認為這可能是由于在該工況下，由于其工況時間短，客車需要急加速，其發動機恰好處于局部缺氧區間，燃燒不充分，造成其HC排放偏高。NOx大量生成的條件是高溫、富氧和高溫下燃燒的滯留時間，因此市區和高速部分導致了NOx排放的增加。

3　試驗方法討論

本文研究是基于重型整車底盤測功機方法的比較性研究，該方法的道路模擬、采樣分析系統測量準確性已經得到驗證并在相應的整車燃料消耗測量和發動機排放標準中采用，但用于定量測試的整車排放測試程序，還需要進一步的研究。目前正在制訂過程中的國家第六階段排放標準也在進行相應的驗證工作，這也是今后該領域的重點研究方向之一，其中包括幾個主要方面。

1）車輛冷卻風機對排放結果的影響。由于重型車的發動機及后處理布置位置差異較大，熱管理措施各不相同，冷卻風機模擬實際道路車輛熱流場會對發動機性能及后處理效率產生影響。因此除了定義車輛冷卻風機的風速與車速相同外，還應研究風機的出風面積、均勻性等對試驗結果的影響；

2）重型車種類多，管路一般考慮軟管而且管路較長，這會使PM、HC等污染物測量受到影響，如因管路長度過長低負荷出冷凝水NOx測量也會受到影響。排氣采樣管路除了要求保溫外必要時還需要采取加熱措施，同時由于管路導致的發動機背壓影響應限定在一定范圍內；

3）為了提高測試精度，整車應在道路試驗場進行滑行試驗，以確定相應車輛的實際道路阻力，用于底盤測功機模擬；

需要進一步研究整車底盤測功機試驗方法與道路實際測量方法PEMS的相關性。

結論：（1）采用C-WTVC循環分別對客車、貨車進行試驗，由于載重量的差別，二者的排放水平也差別巨大，此外為了驗證試驗的重復性，每輛車重復2次試驗，結果證明重復性較好。試驗中客車和貨車的試驗曲線與設定的工況曲線均能實現較好的跟隨，說明了試驗的有效性。（2）對C-WTVC循環不同特征工況進行獨立分析，市區部分由于其工況惡劣，對污染物的貢獻較大；公路工況下由于發動機的運行特點可能會導致HC的排放較高，這點還有待進一步證實；高速部分由于工況本身高速且穩定的特性，對CO2和NOx的貢獻較大。（3）本文采用的基于底盤測功機的重型車排放測試方法要進一步提高模擬實際道路排放條件還應進一步進行研究。

［1］ 高章.基于底盤測功機的公交車整車排放和油耗測試研究［D］.武漢：武漢理工大學，2011:5.

收稿日期：2016-05-12

作者簡介： 廖秀珺（1978—），女，廣東佛山人，工程師，主要事環境監測統計和綜合分析工作。

Study on Emission Characteristics of Heavy Vans

Su Sheng

GB/T 27840-2011 “commercial vehicle fuel consumption measurement methods” conditions recommended for heavy diesel vehicles combined fuel consumption of the vehicle used for measuring（C-WTVC cycle），were selected in a Phase III country with heavy buses and heavy goods vehicles on a drum test，study emission characteristics buses and trucks.Test reproducible test results with an emission factor of indicators showing the huge difference passenger and freight emission levels，and the effects of different conditions on the gaseous pollutants.The article also presents analysis of research to further improve the heavy chassis dynamometer emission test method for measuring accuracy.

heavy-duty vehicle；emission；chassis dynamometer

U467.48

A

1003-6490（2016）05-0221-03

2016-05-10

蘇盛（1983—），男，福建泉州人，博士研究生在讀，總工程師，主要從事機動車污染控制技術、檢測方法等工作。