怠速起停對輕型汽油車污染物及碳排放影響研究

嚴浩 董夢龍 丁玲 李岳兵 何媛媛

摘? 要：基于輕型汽油車I型測試方法，采用四驅底盤測功機系統、全流稀釋采樣和排放分析系統，對一臺配置怠速起停功能的國Ⅵ直噴輕型汽油車進行排放測試，研究怠速起停開啟與關閉條件下對污染物及碳排放的影響，并分析空燃比、水溫及排氣溫度影響趨勢。結果表明：怠速起停開啟條件下噴油加多，空燃比增加，且水溫和排氣溫度會降低，整個測試循環下THC排放增加15.9%，CO排放增加25.5%，NOx排放增加17.0%，CO2排放降低3.7%。怠速起停開啟有利于降低整車碳排放，降低油耗，但不利于對污染物排放的控制。

關鍵詞：怠速起停；輕型汽油車；污染物排放；碳排放

中圖分類號：U473.9? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1005-2550（2024）02-0016-05

Study on The Effect of Start-stop Technology on Pollutant and Carbon Emissions of Light Gasoline Vehicles

YAN Hao， DONG Meng-long， DING Ling， Li Yue-bing， He Yuan-yuan

（National Automobile Quality Inspection and Test Center （Xiangyang），

Xiangyang 441004， China）

Abstract： Combined with the Type I test method of light gasoline vehicles， the chassis measurement machine test system， the full-flow dilution sampling system and the emission analysis system are adopted. a gasoline direct injection vehicle certified to meet China Ⅵ emission standard equipped with idle start-stop system was taken as the research object， aimed to study the effect of idle start-stop system on pollutants and carbon emissions， and analyzes the trend of influence of air-fuel ratio， water temperature and exhaust temperature. The results show that the fuel injection is added with idle start-stop system on， the air -fuel ratio increases， and the water temperature and exhaust temperature will decrease. The THC emissions under the entire test cycle increased by 15.9%， the CO emissions increased by 25.5%， the NOx emissions increased by 17.0%， CO2emissions decreased by 3.7%. The idle start-stop system was beneficial to reducing carbon emissions and reducing fuel consumption， while it was not conducive to the control of pollutant emissions.

Key Words： Idle Start-Stop Technology; Light Gasoline Vehicle; Pollutant Emissions; Carbon Emissions

隨著國內經濟高速發展，機動車等移動源已經成為我國大氣污染的主要來源，給人體健康和社會環境帶來越來越多的危害，而輕型汽油車是城市機動車構成的主要部分，因此提高對輕型汽油車排放的管理具有重要意義[1]。一方面，為助力實現國家碳達峰碳中和目標愿景，降低汽車碳排放勢在必行[2]。另一方面，國內汽車保有量的逐年增多，對城市交通通行造成了明顯的影響，擁堵路況提高了行駛車輛的怠速占比時間，其怠速期間產生的污染物排放對環境影響愈發明顯[3-5]，因此研究車輛怠速起停功能對車輛污染物和碳排放顯得必要。

怠速起停是一種汽車節能技術[6]，在等紅燈及其它場景需要短時間停車時自動關閉發動機，在車輛需要起步行駛時重新起動發動機，一定程度上可降低碳排放[7]。研究發現，車輛在NEDC測試循環下冷起動時，怠速起停開啟條件下的百公里油耗要比怠速起停關閉下百公里油耗低5%左右，顆粒物數量排放升高16%左右，怠速起停有利于降低汽車的百公里油耗，但不利于缸內直噴汽油車顆粒數量排放的控制[8-9]。怠速起停頻繁工作，會對發動機瞬時轉速、扭矩、空燃比造成影響，瞬時特性更加突出，不利于車輛燃燒與排放控制[10-12]，同時怠速起停工作時，發動機關閉會導致排氣溫度和催化器工作溫度均下降，影響其轉化效率，發動機再次起動時污染物排放增加[13]。

本文基于輕型汽油車I型測試方法，采用四驅底盤測功機系統、全流稀釋采樣和尾氣排放分析系統，對一臺配置怠速起停功能的國Ⅵ直噴輕型汽油車進行排放測試，研究怠速起停開啟與關閉條件下對污染物及碳排放的影響，并分析測試循環下空燃比、水溫及排氣溫度影響趨勢，為怠速起停技術對汽油車污染物和碳排放影響做出評價。

1? ? 方案與數據

1.1? ?車輛及系統配置

試驗車輛為一臺配置怠速起停功能的國Ⅵ直噴輕型汽油車，下表1為測試對象的主要配置參數。

采用M4500四輪驅動耐久底盤測功機系統、CVS-ONE-MV全流稀釋采樣系統和MEXA-ONE-C2尾氣排放分析系統開展本次試驗，試驗系統示意圖如下圖1所示：

1.2? ?試驗方案

排放試驗流程及相關要求根據GB 18352.6.2016《輕型汽油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》附錄C（常溫下冷起動排氣污染物排放試驗）展開[14]，駕駛循環為全球統一的輕型車測試循環（WLTC），該駕駛循環由低、中、高和超高速四個速度段構成，循環整體時長為1800s。WLTC測試循環工況特征如下表2所示。對試驗車輛分別進行怠速起停開啟和關閉條件下排放測試，每組試驗進行三次并取平均值作為最終結果分析。

2? ? 結果與分析

2.1? ?怠速起停對污染物排放的影響

主要分析怠速起停對污染物THC、CO和NOx排放的影響，其循環綜合排放及分段排放如下圖2、3、4所示，可以看到，怠速起停系統開啟和關閉條件下三種污染物排放表現出相同的變化規律，其中中、高、超高速段排放要遠遠低于低速段排放。怠速起停開啟狀態下三種污染物分段及綜合排放水平均高于怠速起停關閉狀態下排放，其中怠速起停開啟與關閉下THC排放分別為38.19mg/km、32.95mg/km；CO排放分別為308.03mg/km、245.43mg/km；NOx排放分別為18.95mg/km、16.19mg/km；三種污染物綜合排放分別增加15.9%、25.5%和17.0%。

為進一步分析怠速起停功能對污染物排放的影響，將整個測試循環下得到的各污染物排放瞬態數據按照WLTC測試循環中怠速階段（車速和加速度均為0）、加速階段（車速和加速度均大于0）、減速階段（車速大于0，加速度小于0）三種車輛行駛狀態進行分類，并對瞬態數據分別累加得到三種行駛狀態下怠速起停開啟和關閉時的污染物排放，結果分別如下圖5、6、7所示。

可以看到，怠速起停開啟/關閉狀態下三種污染物排放變化規律表現一致，在加速和減速行駛狀態下，怠速起停開啟下污染物排放要高于怠速起停關閉下排放，但在怠速行駛狀態下怠速起停開啟時排放會降低。分析怠速起停開啟/關閉狀態下發動機空燃比、水溫和排氣溫度變化趨勢，數據分析得到怠速起停工作下發動機起步過程中噴油會增多，空燃比增加，發動機瞬時特性突出，造成加速階段污染物排放過高的問題，加速段的THC、CO和NOx排放值分別增高17.2%、27.5%和20.9%。怠速過程中，起停工作自動關閉發動機，不產生排放，因此怠速階段怠速起停工作時排放會降低。下圖8、9為怠速起停開啟/關閉狀態下冷卻水溫和排氣溫度變化趨勢，可以看到，怠速起停開啟狀態下水溫和排氣溫度要低于怠速起停關閉狀態，尤其是在怠速階段溫度相差較大，從而導致排氣管和催化器工作溫度降低，影響其轉化效率，不利于污染物排放控制。

2.2? ?怠速起停對碳排放的影響

分析怠速起停開啟/關閉狀態下碳排放水平，如下圖10所示，怠速起停開啟狀態下循環綜合及分段碳排放均低于怠速起停關閉狀態下碳排放，綜合碳排放降低3.7%，受低速段怠速占比較大，怠速起停開啟狀態下低速段碳排放變化最大，降幅為11.6%。

有研究表明，怠速起停技術具有較好的節油率，特別對于交通狀況差的城市交通，該功能可以實現8%左右的節油水平[15]。分析各階段燃油消耗量水平，如下表3所示，可以看到怠速起停在低速段油耗降幅最明顯，降幅為11.4%，中高速段變化幅度較小，超高速段基本無變化，怠速起停系統對城市交通車輛有更好的節能效果。

3? ? 結論

1）與怠速起停關閉狀態下相比，怠速起停開啟狀態下發動機空燃比會增加，瞬時特性突出，且冷卻水溫和排氣溫度降低，不利于污染物排放控制，WLTC循環工況下THC、CO和NOx排放分別增加15.9%、25.5%和17.0%。

2）在加速和減速行駛狀態下，怠速起停開啟下污染物排放要高于怠速起停關閉下排放，但在怠速行駛狀態下怠速起停開啟時排放會降低。

3）怠速起停開啟有利于降低整車碳排放，WLTC循環碳排放降低3.7%，且低速段碳排放變化最大，降幅為11.6%。怠速起停在低速段油耗降幅最明顯，超高速段基本無變化，對于城市交通車輛有更好的節能效果。

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