磨合對國Ⅵ新車排放及油耗的影響分析

溫溢，李珂，尹黛霖，岳志剛

（1.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300；2.北京市生態(tài)環(huán)境保護(hù)綜合執(zhí)法總隊，北京 100176）

0 引言

隨著機(jī)動車排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，環(huán)保部門也在各環(huán)節(jié)加大了對車輛的監(jiān)管力度[1]，新車生產(chǎn)一致性的抽查成為車輛投入使用前尤為重要的一個環(huán)節(jié)[2]。新車剛出廠時未經(jīng)磨合，排放情況與磨合后的車輛有著顯著差異[3-4]。GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測試方法（中國第六階段）》[5]標(biāo)準(zhǔn)中提出，生產(chǎn)企業(yè)提出書面申請后，可對僅使用三元催化器作為后處理裝置的車輛進(jìn)行磨合，試驗前最多磨合300 km，采用其他排放后處理技術(shù)的，如有特殊需要，可適當(dāng)延長磨合里程，但不得超過3000 km。因此，為改善車輛的排放狀態(tài)，大部分制造商會對生產(chǎn)一致性的車輛進(jìn)行試驗前的磨合，但是目前少有研究說明磨合對國Ⅵ車輛排放及油耗的具體影響。因此，本文選用兩款不同排量的生產(chǎn)一致性車輛進(jìn)行磨合前后的試驗對比，探究磨合對各類污染物排放的影響程度，以此為企業(yè)在應(yīng)對生產(chǎn)一致性抽查中提供參考。

1 試驗設(shè)備與方法

1.1 試驗車輛和設(shè)備

測試車輛選用滿足國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)的兩款車型的新車各3輛，其中編號1～編號3為同一車型的較小排量輕型汽油車，編號4～編號6為同一車型的較大排量輕型汽油車，兩款試驗車的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 試驗車輛主要技術(shù)參數(shù)

試驗車輛均在轉(zhuǎn)鼓上進(jìn)行磨合和排放測試。試驗用到的主要設(shè)備如表2所示，其中包括底盤測功機(jī)、定容稀釋系統(tǒng)、排放分析系統(tǒng)及環(huán)境試驗艙。所有車輛的排放試驗均按國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)中I型試驗的要求進(jìn)行。排放試驗在底盤測功機(jī)上駕駛車輛，并將測試車輛排放的尾氣通入定容稀釋系統(tǒng)中對車輛尾氣進(jìn)行稀釋。在稀釋通道內(nèi)經(jīng)過充分混合后的稀釋氣體進(jìn)入排放分析系統(tǒng)，測量各種污染物的濃度。

表2 試驗設(shè)備型號

1.2 試驗方案

為了研究車輛磨合對各類污染物、油耗等試驗結(jié)果的影響，必須在車輛磨合前后各開展一次排放試驗。本試驗中選取的6臺車均僅使用三元催化器作為后處理裝置，因此分別對6輛車按照標(biāo)準(zhǔn)道路循環(huán)（standard road cycle，SRC）各進(jìn)行300 km的磨合，排放測試循環(huán)采用全球統(tǒng)一輕型車測試循環(huán)（World wide Harmonized Light Vehicles Test Cycle，WLTC），工況曲線如圖1、圖2所示。

圖1 SRC循環(huán)工況曲線

圖2 WLTC循環(huán)工況曲線

2 磨合對排放和油耗的影響分析

2.1 磨合對氣態(tài)污染物的影響

如圖3所示，對比了第一組的3輛車在磨合前后各類氣態(tài)污染物排放差異，圖中左上角的標(biāo)注為試驗車輛的8.05%、9.55%、1.67%，3輛車的排放差異均較小。

圖3 磨合前后氣態(tài)污染物排放值

如圖5、圖6所示，對比了第二組中3輛車在磨合前后各類氣態(tài)污染物的排放差異，并給出了磨合前后車輛排放值的偏差大小。從圖中可以看出，第二組車輛磨合前后的排放差異比第一組車輛更為明顯，各類污染物不再呈現(xiàn)單一的增長或降低的趨勢。其中，5號車輛的所有氣態(tài)污染物都比磨合前有了大幅度的提升，增長幅度最大的為N2O，提高了88.11%；4號車輛磨合后的HC、NMHC排放較編號；圖4中給出了磨合前后車輛排放值的偏差大小，偏差計算方式為：磨合后排放值減去磨合前排放值的差然后除以磨合前的排放值。從圖3、圖4中可以看出，各類氣態(tài)污染物的排放在磨合前后均有較大的變化。整體上看，在經(jīng)過了300 km的磨合后，3輛車的HC、NOX、NMHC、N2O四種污染物都呈現(xiàn)出下降趨勢，其中1號車的HC、NOX、NMHC下降趨勢最為明顯，磨合前后的偏差分別為-25.86%、-20.73%、-26.65%，2號車的N2O下降趨勢最為明顯，磨合前后的偏差為-24.43%。而CO的排放在車輛磨合后比磨合前有一定程度的增長，1、2、3號車分別增長了磨合前有小幅度的提高，提升率都在10%以下，其余氣態(tài)污染物均降低；6號車輛磨合后的N2O排放較磨合前增加了35.80%，其余氣態(tài)污染物均降低。整體上看，4、5、6 號車輛未呈現(xiàn)一致性規(guī)律。

圖4 第一組試驗車氣態(tài)污染物偏差

圖5 磨合前后氣態(tài)污染物排放值

圖6 第二組試驗車氣態(tài)污染物偏差

通過對比第一組、第二組磨合車輛數(shù)據(jù)可知，對于排量更大的第二組車輛，磨合對于車輛氣態(tài)污染物排放的影響更大，磨合前后排放數(shù)據(jù)的差異更加明顯。

2.2 磨合對顆粒物排放的影響

圖7是6輛車磨合前后PM排放結(jié)果的對比，圖8是6輛車磨合前后PN排放結(jié)果的對比，圖9給出了磨合前后車輛顆粒物排放值的偏差大小。從圖中可以看出，對于第一組（1、2、3號）車輛，磨合后的PM比磨合前均有大幅度的降低，前后偏差均在-60%以上，磨合后的PN比磨合前均增加，其中2號車增加最多，偏差為45.62%。對于第二組（4、5、6號）車輛，4 號、6 號車輛磨合后的PM比磨合前降低，5號車輛磨合后的PM比磨合前增加，5號、6 號車輛磨合后的PN比磨合前降低，4號車輛磨合后的PN比磨合前增加。

圖7 磨合前后PM排放對比

圖8 磨合前后PN排放對比

圖9 磨合前后顆粒物偏差

通過對比第一組、第二組磨合車輛顆粒物排放數(shù)據(jù)可知，對于排量更小的第一組車輛，磨合對于車輛顆粒物排放的影響更大，磨合前后排放數(shù)據(jù)的差異更加明顯。

2.3 磨合對油耗的影響

圖10、圖11分別為6輛車磨合前后油耗結(jié)果的對比和油耗偏差。從圖中可以看出，除6號車磨合后的油耗比磨合前有小幅度的增加外，其余車輛的油耗均呈現(xiàn)下降趨勢。對于第一組（1、2、3號）車輛磨合后的油耗比磨合前下降較少，3輛車的偏差均小于-2%，3 輛車的前后變化較為一致，而對于第二組車輛，4號、5號車輛油耗的前后偏差比第一組車輛提高，3輛車的變化差異較大。

圖10 磨合前后百公里油耗對比

圖11 磨合前后油耗偏差

通過對比第一組、第二組磨合車輛油耗數(shù)據(jù)可知，對于排量更大的第二組車輛，磨合對于車輛油耗的影響更大，但是總體上看，車輛磨合前后的油耗變化均較小，由此說明油耗大小對于車輛是否磨合的反應(yīng)程度不敏感。

3 瞬時排放分布特征

為了更加直觀地分析各種氣態(tài)污染物、顆粒物在車輛磨合前后不同速度段的分布特征，選取了第一組試驗車中的1號車和第二組試驗車中的5號車，分別繪制了兩輛車磨合前后各種污染物隨時間變化的瞬時排放量，如圖12～圖16所示，圖中灰色面積表示瞬時車速的變化。

圖12 CO瞬時排放分布

如圖12所示，對于CO來說，磨合對車輛冷啟動段中的CO排放影響較大，1號車和5號車都呈現(xiàn)出磨合后的車輛比磨合前的車輛在冷啟動段排放更多CO的現(xiàn)象，對于大排量的5號車，冷啟動段CO高排的時間持續(xù)更長。此外，磨合后的車輛在某些加速過程也會產(chǎn)生比磨合前更高的CO排放，例如1號車輛的第1200 s和5號車的第860 s的時刻。

如圖13所示，對于HC排放來說，1號車和5號車在磨合后的低速段均產(chǎn)生了比磨合前更多的HC排放，排量更大的5號車磨合前后的差異更大。1號車在中速段和高速段磨合前后的排放較一致，在超高速段呈現(xiàn)出磨合后的排放比磨合前降低的變化；而對于5號車，在中速、高速、超高速段中，車輛磨合后的HC排放都略高于磨合前的排放。總體來說，磨合對于小排量車輛的HC減排效果更明顯，可以在磨合過程清除排氣管路、后處理等裝置存在的一些雜質(zhì)，而對于排量較高的車輛，反而可能會增加HC排放。

圖13 HC瞬時排放分布

NOX的瞬時排放如圖14所示，從圖中可以看出，1號車在磨合后的NOX排放比磨合前有大幅度的降低，部分速度區(qū)間幾乎接近零排放，對于磨合前中速段出現(xiàn)NOX排放峰值的情況也有較大的改善，此外較小排量的1號車更容易在高速段高溫富氧的環(huán)境下產(chǎn)生NOX排放，高速段的NOX集聚更加明顯。對于5號車，磨合后的車輛在冷啟動段比磨合前的車輛產(chǎn)生了更多的NOX排放，隨后NOX排放保持較穩(wěn)定的排放狀態(tài)，但排放值普遍高于磨合前的車輛，在超高速段出現(xiàn)了較小的排放峰值。總體上來說，磨合對于排量較小的1號車有更好的NOX減排效果，對于排量較高的車輛，磨合反而使NOX排放有一定程度的升高。

圖14 NOX模態(tài)瞬時排放分布

N2O的瞬時排放如圖15所示，從圖中可以看出，N2O均只在速度較高的區(qū)間產(chǎn)生，且N2O的排放具有周期性。對于1號車和5號車，磨合前后的N2O相差不大，在中速段磨合后的N2O比磨合前的N2O在時間上有較小的位移。但由2.1節(jié)可知，1號車、5號車磨合后的N2O比磨合前分別有-8.03%、88.11%的偏差，因為N2O排放值基數(shù)較小，因此顯示出的偏差較大，但是從實際瞬時排放中看出，磨合對于N2O的影響并不大。

圖15 N2O瞬時排放分布

PN的瞬時排放如圖16所示，從圖中可以看出，1號車磨合后的PN排放在低速區(qū)域比磨合前的車輛有一定程度的降低，但是在高速區(qū)域PN排放反而升高，在610 s和1600 s的急加速、急減速區(qū)出現(xiàn)了明顯的排放峰值，導(dǎo)致磨合后的車輛最終的PN排放結(jié)果大于磨合前的車輛。5號車磨合后的PN排放比磨合前有很大幅度的下降，尤其是在低速段和中速段，PN排放峰值大大降低，高速段的PN排放更加穩(wěn)定，排放量較少。總體來說，磨合對于排量更大的車輛PN的減排效果更好，對于排量較小的車輛，在低速段降排，在中高速段反而有增排的效果。

圖16 PN瞬時排放分布

4 生產(chǎn)一致性驗證

國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)中對I型試驗的生產(chǎn)一致性判定準(zhǔn)則如下：

1）若3輛車的各種污染物排放結(jié)果均小于限值的1.1倍，且其平均值小于限值，則判定Ⅰ型試驗生產(chǎn)一致性檢查合格。

2）若3輛車中有任一輛車的某種污染物排放結(jié)果不小于限值的1.1 倍，或其平均值不小于限值，則判定Ⅰ型試驗生產(chǎn)一致性檢查不合格。

表3～表6中給出了第一組和第二組新車的生產(chǎn)一致性驗證，可以看出，隨著排放技術(shù)升級，對于兩組國Ⅵ車輛，無論是磨合前還是磨合后均能滿足生產(chǎn)一致性的要求，但是總體來說，車輛磨合對排量較小的第一組車輛的減排效果較好。

表3 第一組磨合前生產(chǎn)一致性驗證

表5 第二組磨合前生產(chǎn)一致性驗證

表6 第二組磨合后生產(chǎn)一致性驗證

隨著排放法規(guī)的不斷加嚴(yán)，各大車企應(yīng)根據(jù)不同車型的基礎(chǔ)排放狀態(tài)，以及磨合對各污染物的影響情況，來選擇是否對車輛進(jìn)行磨合。

5 結(jié)論

1）對于排量更大的車輛，磨合對于車輛氣態(tài)污染物排放的影響更大，磨合前后排放數(shù)據(jù)的差異更加明顯。

2）對于排量更小的車輛，磨合對于車輛顆粒物排放的影響更大，磨合前后排放數(shù)據(jù)的差異更加明顯。

3）對于排量更大的車輛，磨合對于車輛油耗的影響更大，但是總體上看，車輛磨合前后的油耗變化均較小，油耗對于車輛是否磨合的反應(yīng)程度不敏感。

4）從瞬時排放情況來看，磨合對車輛冷啟動段中和某些加速過程的CO排放影響較大；對于小排量車輛的HC、NOX減排效果更明顯，對于排量更大車輛PN的減排效果更好，對于N2O的影響并不大。