輕型汽油車的實際道路排放試驗研究

王山，朱海兵，姚王鍇，張斌

（上汽大眾汽車有限公司產品研發與管理部，上海 201805）

1 實際道路排放現狀

目前，國六排放法規標準為最嚴格的排放法規，國內自主品牌與合資品牌車企都面臨嚴峻考驗。而且，2019 年是中國部分主要城市提前進入國六排放標準，可以認為是機動車進入國六法規的元年[1]。

機動車國六標準在實施的過程將采用兩步走計劃，分為“國六a”、“國六b”兩個階段。也就是說“國六a”相當于“國五”與“國六”的過渡階段，“國六b”才是真正的“國六”標準。國六標準比國五難度對主機廠的挑戰是空前的。

按照《關于開展機動車和非道路移動機械環保信息公開工作的公告》（國環規大氣〔2016〕3 號）要求，自2017 年1月1 日起，機動車生產、進口企業應當向社會公開其生產、進口機動車的環保信息，包括排放檢驗信息和污染控制技術信息。2018 年，汽車企業環保信息公開情況分別如下：

從2018 年申報情況來看，汽車企業前三季度暫未開始正式申報國六標準的機動車，從四月到十二月共計申報918 個車型，占國五標準的機動車申報數的4.37%，國六機動車研發任務仍然很多，特別是，法規中要求的Ⅱ型試驗，實際道路排放試驗對整車排放測試提出了更多新的要求。

圖1 2018 年機動車環保信息公開工作情況匯總

關于國內對實際道路排放試驗正在開展，北京理工大學葛蘊珊教授闡述了PEMS 的應用情況及實際道路排放試驗的評估方法，并提出了針對于中國道路交通特點的實際道路排放測試法規[2]。中國汽車技術研究中心的王曉偉開展了關于輕型插電式混合動力汽車的實際道路排放試驗的研究，發現插電式混動動力汽車在郊區與高速工況下，發動機在工作過程中還在給電池充電，導致CO，PN 的排放均偏高[3]，還有中汽研的王勃針對RDE 的試驗方案，開展了更為有效，成功率更高的試驗方法的研究。[4]還有一些學者，馬志成[5]、楊正軍[6]、付秉正[7]、陳劍杰[8]等人開展了輕型柴油車的實際道路排放試驗的高原、多工況循環的研究。

國外的專家學者對RDE 試驗開展的大量研究，John May在2014 年就通過PEMS 與轉鼓試驗臺運行NEDC/CADC/WLTC三種工況的排放試驗結果的對比分析[9]，巴西的Forcetto 根據巴西城市道路開展了在實際道路上對NOx 的控制方法上的研究[10]，Jan Schoenhaber 引述中國的第六階段排放法規關于RDE 的規定，在缸內直噴汽油機中使用三元催化器及顆粒捕捉器的排放結果數據分析[11]，Roberto 研究了在實際道路排放試驗中，冷啟動對排放結果的影響規律[12]。

2 試驗設備及車輛

2.1 試驗設備

AVL MOVE 是一種緊湊而又牢固的便攜式排放測量系統（PEMS），可以測量機動車發動機排放廢氣中的PN，NO/NO2，CO/CO2和O2濃度，該設備系統結構在葛蘊珊教授論文中有詳細介紹[2]。

圖2 AVL MOVE 便攜式排放測量設備安裝圖

該便攜式分析儀系統經過不斷優化，可以在不斷變化的環境條件下，實現分析儀中溫度可控，進行移動的高精度測量，設備安裝見圖1。

2.2 試驗車輛

本研究對象為市場上某品牌國五排放標準的運動型實用汽車(SUV)，發動機排量為1.4T，里程5976km，胎壓為2.6bar。為避免影響實際道路排放結果，每次試驗前，車輛電瓶處于電量保持狀態，減少發動機除動力系統外的額外輸出功率，試驗車輛配置信息見表1。

表1 試驗車輛配置表

3 試驗過程

3.1 PEMS 比對結果分析

定容稀釋取樣測試方法（CVS）是國家排放法規認可的檢測方式之一[13]，在WLTC 工況下，PEMS 采樣測試結果通過與CVS 測試結果比對，PEMS 試驗結果與CVS 比對結果符合法規要求，CO2總排放量Mco2為3896.97g。

表2 PEMS 與CVS 比對結果表

3.2 試驗路線

RDE 試驗過程中要求三段工況，分別是城市工況，郊區工況，高速工況，由于RDE 試驗必須在實際道路上開展，路面不可控因素較多，例如路面遇到堵車，交通事故等情況都會導致實驗失敗或者無效。故為減小試驗無效的概率，試驗人員經過次數摸索，尋找最優路線。該路線全稱約79km，具體路線如下：

圖3 RDE 實際道路排放試驗行駛路線圖

在實際道路排放試驗中，跑車路線十分重要，直接影響到實驗是否有效。本次沿線路線確定后，由于是每次都是實際道路實驗，故不可復制每次實驗過程，故該路線試驗中的一次時間速度曲線如下：

圖4 RDE 實際道路排放試驗時間速度曲線

4 試驗結果

4.1 試驗有效性驗證

參考國六排放法規標準，RDE 試驗需要對試驗路線，駕駛的動力性，以及采用CO2 平均窗口移動法評估窗口的完整性及正常性[1][2]。

4.2 CO2 平均窗口移動法評估

分別進行三次RDE 試驗，三次CO2 平均窗口擬合曲線如圖4 所示，A 曲線中郊區工況駕駛行為略激烈，該工況下的CO2 全部位于正常CO2 線上方，并有27.2%的窗口位于25%CO2窗口上方，城市與高速工況相對溫和，主要集中在正常CO2線下方；B 曲線中，郊區工況的CO2 窗口更加接近于正常窗口附近，城市與高速工況與A 曲線類似，偏溫和駕駛；C 曲線中，郊區工況明顯分為三部分，分別覆蓋正常窗口及±25%窗口之間，城市工況下與前兩次試驗接近，而高速工況下，出現有激烈窗口到溫和窗口的走向趨勢。

圖5 三次RDE 試驗CO2 平均窗口擬合曲線圖

整體來看，三次試驗城市與高速工況相對趨勢相同，郊區工況下，駕駛行為情況變化較大。

國五排放法規CO 限值為1000g/km，通過實際道路排放試驗，三次試驗結果都符合國五標準，其中A 和B 符合國六排放法規限值要求，C 試驗結果超過國六法規Ⅰ型試驗的限值，符合性因子為1.31。

圖6 CO 排放結果值及符合性因子

通過分析三次試驗的秒采數據，發現CO 主要在低俗和高速工況下排放較多，其中低俗工況中，由于車輛冷啟動過程前期，車輛行駛過程中，反復停車啟動以及加減速過程中，發動機負荷較大，可燃混合氣加濃，噴油量增多，故產生一定CO，而郊區工況中，車輛區域穩定駕駛，缸內混合氣相對均勻，燃燒較為充分，CO 排放較少，但高速工況下，由于發動機在高轉速下，氣缸噴油量增多，進氣量的增大，難以迅速達到理想混合氣狀態，故導致氣缸內燃燒不夠充分，導致CO 排放主要集中在高速工況下。

圖7 試驗中CO 的秒采數據曲線

NOx 符合國五和國六的法規排放限值要求，根據駕駛行為比較分析，相對激烈的駕駛對NOx 排放有一定影響。由于NOx 的生成條件是高溫、富氧及高溫持續時間[14]0。在試驗C中，駕駛行為較為激烈，導致噴油量進氣量的增多，同時長時間激烈駕駛就是導致NOx 的排放量不斷增多。

圖8 NOx 排放結果值及符合性因子

國五排放法規中，對輕型汽油車未作限制，國六法規提出6*1011#/km，本次使用國五的排放標準的試驗車輛，試驗結果均超過法規PN 的限值，其中C 次試驗，超過限值的2.72倍。

圖9 PN 排放結果值及符合性因子

5 結論

本次試驗車輛為國五排放標準的車輛，通過高精度便攜式排放分析設備，根據國六排放法規的要求，進行多次實際道路排放試驗，研究在實際道路排放實驗中車輛的排放結果的影響變化規律。其中，CO 主要在高速工況下產生，故高速工況未來在研發過程中較為重要，NOx 對駕駛行為有一定敏感度，在長時間激烈駕駛時，NOx 排放量會增加，而PN 作為國六排放法規首次提出限值的污染物項目，目前，國五車輛的PN 排放結果相對較大，故未來車輛動力總成升級換代到國六排放標準仍具有較大的挑戰。