增壓直噴汽油車在不同海拔地區的RDE 排放特性研究

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心 安徽 合肥 230601）

引言

隨著汽車保有量的持續增長，汽車尾氣排放給環境帶來越來越大的壓力。美國、歐盟等發達國家和地區為了減少汽車尾氣排放，均制定了更為嚴格的排放標準。相比于之前的排放標準，新標準對如何真實反映實際道路駕駛排放情況部分做了較大改動。我國于2016 年年底發布了GB18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）[1]（簡稱國Ⅵ排放標準），對實際駕駛排放部分，重新定義Ⅱ型試驗，將原標準中的雙怠速試驗或自由加速煙度試驗變更為實際行駛污染物排放（real driving emission，RDE）試驗。要求使用RDE 試驗來評估汽車在實際道路上的排放情況。

目前，國內對RDE 的研究較少。汪曉偉等人[2]及李岳兵等人[3]分別研究了駕駛行為激烈程度對RDE排放和評判有效性分析的影響；鄭思凱等人[4]研究了CO2移動平均窗口法與功率等級分組法的排放分析結果的區別。

我國海拔700 m 以上的國土面積占全國陸地總面積的70%，海拔1 300 m 以上的國土面積占全國陸地總面積的50%[5]。目前，針對高海拔地區RDE 的研究主要集中在駕駛習慣對排放的影響，如程亮等人[6]研究了在高原地區RPA（relative positive acceleration，相對正加速度）參數對排放的影響，但并沒有探討海拔高度和RDE 排放的關系[7]。目前，國內外對不同海拔地區RDE 窗口符合性和污染物趨勢相關的研究鮮有報道。基于此，本文在不同的海拔下，使用便攜式車載排放測量系統（portable emission measurement system，PEMS），按照國Ⅵ排放標準要求的RDE 測試循環，對一輛滿足國Ⅴ排放標準的輕型汽油車進行了實際行駛排放測試，以探尋不同海拔對RDE 排放的影響。

1 試驗資源與試驗方案

1.1 試驗車輛

選用一輛滿足國Ⅴ排放標準的輕型增壓直噴自動擋汽油車，在不同海拔地區進行RDE 試驗。試驗車輛生產于2018 年，其主要技術參數如表1 所示。

1.2 便攜式排放測試設備

國Ⅵ排放標準對于測試過程、需要測量和記錄的數據、測試設備相關參數等進行了比較詳細的規定，本文所使用的便攜式排放測試設備為日本HORIBA 公司的PEMS，其所包括的組成部分[8]有分析儀模塊、PN 模塊、流量計模塊、GPS 模塊、環境傳感器、OBD 連接設備、電池模塊、計算機控制單元等。

表1 車輛主要技術參數

測試設備各模塊之間的工作關系如圖1 所示。

圖1 RDE 測試設備總體關系圖

1.3 試驗方案

本文對裝有PEMS 設備的試驗車輛在合肥整車排放實驗室進行WLTC 試驗工況測試，以得到RDE試驗輸入參數，并驗證PEMS 的試驗結果是否在國Ⅵ排放標準要求的允許誤差內。測試方法為：通過PEMS 設備與實驗室排放CVS 測試系統同步測試，對PEMS 設備測試精度進行系統驗證。驗證結果表明，各模塊測試精度符合國Ⅵ排放標準的附件DC 中DC.2.3 條款規定的允許誤差要求。具體結果如表2所示。

表2 PEMS 精度確定表

然后按照國Ⅵ排放標準中Ⅱ型試驗的規定，選擇試驗地點。國Ⅵ排放標準中對于擴展情況定義為，滿足擴展情況時，排放限值可乘以大于1 的擴展系數，以應對擴展情況對排放的影響。海拔高度為擴展情況考察的重要項目，國Ⅵ排放標準規定，海拔高度≤700 m 時，為普通海拔條件；海拔高度≥700 m且≤1 300 m 時，為擴展海拔條件；海拔高度≥1 300 m時，為進一步擴展海拔條件。為此，本文試驗選擇了4個典型地區，分別是安徽省合肥市、甘肅省敦煌市、甘肅省張掖市臨澤縣、甘肅省張掖市山丹縣，分別代表3 種環境條件，對應不同的擴展情況。4 個地區的情況具體見表3。

表3 不同海拔地區簡介

對所選擇的4 個地區，在3 種環境條件下，使用試驗車輛進行RDE 試驗，每個地區有效試驗次數必須≥2 次。對試驗排放結果進行評估，并就測試窗口符合性以及排放結果進行統計和分析。

RDE 試驗過程中規定了3 種工況，分別是城市工況、郊區工況、高速工況。RDE 試驗必須在實際道路上開展，路面不可控因素較多，例如堵車、出現交通事故等情況都會導致試驗無效作廢。所以，為了減小試驗無效的概率，在不同地區，試驗人員先進行多次摸索，尋找最優路線。所制定的試驗路線如表4所示。

2 RDE 試驗驗證

2.1 試驗概述

對試驗車輛進行車輛檢查，確認車輛的狀況良好。在進行試驗前，按車輛使用說明書中的規定，選用對應牌號的燃油、機油、齒輪油、冷卻液等，檢查蓄電池狀態。確認車輛進排氣系統無堵塞與漏氣現象，確認車輛OBD 系統無警告信號和故障指示信號。

根據試驗需求進行加載，一般使用假人進行加載，加載和設備安裝完成后，按照試驗時整車狀態使用地磅或軸荷計計量整車質量，并記錄稱重質量。整車加載完成后，質量應不超過其最大總質量的90%。

使用整車排放實驗室進行WLTC 試驗工況測試，以得到RDE 試驗輸入參數，即基于里程的CO2排放值（g/km），是進行移動平均窗口法的CO2窗口符合率計算的基礎，該參數為該車輛進行WLTC 試驗時測得的市區、市郊、高速等3 個工況的CO2排放值。

本文共進行了18 次有效試驗，對試驗排放結果取算術平均值來進行數據分析，具體如表5、表6、表7 所示。

表5 各地區RDE 測試CO 排放結果

表6 各地區RDE 測試NOx排放結果

表7 各地區RDE 測試PN 排放結果

使用表5、表6、表7 的結果，取平均值和排放結果進行比對，判定是否滿足國Ⅵ排放標準要求，并得到不同海拔下試驗車輛的實際污染物排放情況。具體如圖2、圖3、圖4 所示。

圖2 為測試結果平均值及符合性判定，圖3 為調整后的測試結果平均值及符合性判定。

圖2 測試結果平均值及符合性判定

圖3 調整后的測試結果平均值及符合性判定

圖4 為污染物排放隨海拔的變化關系圖。

圖4 污染物排放隨海拔變化關系圖

通過上述地區的試驗統計和匯總分析，可得出如下結論：

1）試驗車輛為國Ⅴ排放標準車輛，以國Ⅵb 階段排放限值作為評價指標。結果表明，以合肥市為代表的普通海拔條件地區（平原）的NOx排放不符合國Ⅵ排放標準，其他海拔條件地區的污染物排放測試結果均符合國Ⅵ排放標準。

2）隨著海拔升高，CO 排放值較平原地區有升高趨勢，NOx排放較平原地區有下降趨勢，PN 排放變化不明顯。

3）對于國Ⅵ排放標準的Ⅱ型試驗，需對擴展系數重新考量。從本文的試驗來看，擴展系數明顯偏大。在高海拔地區，試驗車輛的NOx排放甚至出現了下降的趨勢。

將擴展系數由國Ⅵ排放標準規定的1.6 調整為1.4，將進一步擴展系數由國Ⅵ排放標準規定的1.8調整為1.6，擴展海拔地區和進一步擴展海拔地區的排放結果仍舊滿足調整后的閥值。此部分國內同行有相似的試驗測試，使用多車在高原地區進行試驗發現，NOx的排放和海拔的關系并不明顯[9]。

2.2 CO2 平均窗口移動法結果評估

RDE 試驗使用CO2平均窗口移動法進行測試窗口符合性判定，本文對符合性進行了統計和分析，各地區均選取最接近上述平均值的數據進行判定，具體分析結果如表8 所示。

表8 移動平均窗口符合性數據%

通過分析表8 可得出如下結論：

各地區窗口均滿足國Ⅵ排放標準要求，且市區、市郊、高速等3 工況窗口的完整性分布數量比例相差不大。同時，隨著海拔升高，窗口正常性數量比例有下降趨勢。原因在于：RDE 試驗使用CO2平均窗口移動法時，是在平原地區應用WLTC 測試循環進行試驗。而在高原地區，對于汽油機而言，由于環境氣壓的變化，導致發動機瞬態工況油耗發生改變[10-11]，進而影響多窗口的判定。張掖市的窗口正常性數量比例已接近國Ⅵ排放標準要求的50%，而張掖市山丹縣的海拔為1 773 m，遠未到進一步擴展要求的2 400 m，建議國Ⅵ排放標準中高海拔地區的符合性要求進行修改。

3 結論

1）在不同海拔地區進行RDE 試驗，試驗車輛的排放未出現隨海拔升高而惡化的現象。相比于平原地區，隨著海拔升高，CO 排放有升高趨勢，NOx排放有下降趨勢，PN 排放變化不明顯。對于國Ⅵ排放標準中的擴展系數，建議重新考量修改。

2）隨著海拔升高，窗口正常性數量比例有下降趨勢。在海拔為1 773 m 地區，窗口正常性數量比例最低的已經為52.6%，距離國Ⅵ排放標準限值的50%很接近。而國Ⅵ排放標準要求的進一步擴展海拔上限為2 400 m。對于國Ⅵ排放標準中的符合性要求，建議重新考量修改。

3）對于增壓直噴汽油發動機，隨著海拔的升高，CO 排放升高。這是海拔升高時低轉速瞬態工況所導致，對發動機開發而言，需要多關注瞬態工況下CO排放的控制。