不同環境溫度下OVC-HEV車輛的RDE排放特性研究

摘要：為研究不同環境溫度對輕型可外接充電混合動力電動汽車（即OVC-HEV）實際行駛污染物排放試驗（RDE試驗）結果的影響，分別在環境溫度23 ℃、0 ℃、-7 ℃下對一輛滿足國六標準的輕型OVC-HEV汽車進行RDE試驗，結果表明：低溫環境下CO和NOx排放因子增加而PN排放因子降低；冷起動對NOx影響較小，對CO和PN排放影響較大；歐六計算方法較國六更為嚴格，驗證了RDE下階段研究的必要性。

關鍵詞：環境溫度；可外接充電混合動力電動汽車；實際行駛污染物排放

中圖分類號：U4671+3 收稿日期：2024-06-24

DOI：1019999/jcnki1004-0226202408029

1 前言

隨著汽車排放標準的不斷嚴苛，國內外都對輕型汽車的實際行駛污染物提出了要求，對RDE排放的研究也隨之增加[1-5]。鄧蛟等[6]研究了不同溫度對國五車輛RDE的排放影響，指出隨著環境溫度的升高，各污染物冷起動排放占市區比重隨之降低；Jacek Pielecha等[7]基于兩種常見溫度進行研究，指出與環境溫度25 ℃相比，在環境溫度8 ℃下NOX的冷起動排放占市區比重較大，而PN、CO和CO2在環境溫度8 ℃下冷起動比重則較小；付秉正等[8]分析了CO2移動平均法和功率等級分組法對RDE結果的影響，但對OVC-HEV車輛未展開詳細分析；禹文林等[9]對比了不同動力種類的RDE排放結果，分析了混合動力汽車的實際道路污染物排放特性，但缺少溫度和冷起動的進一步研究。

現有的研究大多基于傳統汽油車開展試驗，盡管混合動力技術被廣泛認為是一種環保的技術手段，但其排放特性仍不明確，尤其是針對不同環境溫度下OVC-HEV汽車排放特性的研究更少。本研究通過不同溫度下OVC-HEV汽車的實際行駛排放試驗，探究環境溫度、冷起動和數據處理方法對可外接充電的混合動力汽車的影響。

2 試驗內容及方法

21 測試車輛

選用一臺滿足國六標準的M1類自動擋可外接充電混合動力汽車，該車輛進行了多次轉鼓排放試驗，車輛狀態穩定，車輛主要參數如表1所示。

22 測試設備

試驗所用的PEMS設備為日本HORIBA公司生產的車載排放分析儀OBS-ONE，包含分析儀、EFM排氣流量計、GPS、OBD、氣象站等，其中GAS模塊、PN模塊分別用于氣態污染物、顆粒物的采樣分析。該測試設備在核查有效期內，主要技術規格如表2所示。

23 測試方法

根據輕型車國六排放法規（GB183526—2016）[10]中規定的Ⅱ型實際行駛污染物排放測試方法進行試驗。受限于武漢市實際環境溫度，同時為了減小其他環境因素對測試結果的影響，采用在試驗室轉鼓上模擬實際道路速度曲線，RDE路譜如圖1所示。

在進行實際道路測試之前，將PEMS設備安裝在試驗車輛上，設備的安裝如圖2所示。正式試驗前，已按照國六標準附件DC要求進行驗證程序。保持駕駛人員和路譜不變，在不同溫度下按照國六標準要求進行RDE測試。

3 試驗結果

31 不同環境溫度下車輛排放對比

根據GB183526—2016法規的要求進行數據處理，得到該可外界充電混合動力電動汽車在環境溫度分別為23 ℃、0 ℃、-7 ℃下的PEMS排放測試結果，如圖3所示。

由圖3可知，RDE排放結果在常溫與低溫環境下呈現不同趨勢。總行程上，CO和NOx的排放因子在低溫環境下高于常溫環境，其中CO在環境溫度0 ℃、-7 ℃下的總行程排放是23 ℃的133倍、23倍，NOx在環境溫度0 ℃、-7 ℃下的總行程排放是23 ℃的30倍和15倍。CO增加幅度較大，主要是由于低溫環境不利于汽油的蒸發和物化，缸內燃燒不充分，使得CO排放增加。此外，PN排放因子隨著環境溫度的降低而逐漸降低。

從不同路段上分開來看，低溫環境下，CO排放因子在市區和高速路段都有較為明顯的增加趨勢，特別是高速路段下0 ℃時的CO排放因子急劇增加。與23 ℃條件相比，NOx排放因子在0 ℃條件下有較為明顯的增加趨勢，但在-7 ℃環境溫度下沒有明顯的規律。環境溫度的降低對PN在市區、市郊、高速路段的影響較為統一，呈現降低趨勢。

32 不同溫度下冷啟動對試驗結果的影響

根據輕型車“國六”法規要求，計算過程中應去除包含冷啟動、車速低于1 km/h和發動機熄火時的數據，并將冷起動定義為發動機起動后前5 min且冷卻液不超過70 ℃的工況。由于RDE冷起動時間較短且對市區的影響較大，通過冷起動污染物總質量占市區比重、市區污染物總量占總行程比重進行分析。圖4所示為不同污染物在各溫度下的排放情況。

從圖4可以看出，冷起動對NOX的排放影響較小，對市區的CO和PN排放有很大影響，進而影響到全程的排放，在不同溫度下CO和PN冷起動排放占市區比重能達到50%以上，主要原因為冷起動過程發動機缸壁溫度較低，缸內燃油蒸發混合形成混合氣的質量較差，導致不完全燃燒程度增加，同時三元催化劑尚未達到起燃溫度，催化效率較低，導致冷起動過程中的排放情況較為惡劣。同時，不同溫度下PN在冷起動階段排放占市區比例以及PN的市區排放占總行程排放比例都較高，因此隨著排放標準的日益嚴苛，應關注冷起動階段的PN排放。

33 不同數據處理方法對試驗結果的影響

對于OVC-HEV車輛，國六標準依據WLTC循環電量保持模式下試驗車輛的CO2排放量進行計算，在歐六e法規中提出一種新的方法計算RDE試驗污染物排放[11]。在23 ℃和-7 ℃環境溫度下，比對分析兩種方法以及算術平均法的計算結果，研究不同計算方法對污染物排放結果的影響。具體計算結果如表3所示。

對比國六和歐六計算方法，除了環境溫度23 ℃下的CO數據異常外，對于其余市區路段和總行程數據結果，按照歐六方法處理得到的CO、NOx、PN排放因子均要大于按照國六方法處理得到的排放因子，主要原因如下：

a.歐六e中最終排放結果為行程比排放結果與結果評估因子的乘積，結果評估因子的取值要求RDE的CO2排放至少是WLTC工況結果的13倍，條件更為嚴苛。

b.國六處理方法中剔除了冷起動、車輛怠速及發動機熄火等數據，使各污染物排放因子下降。

三種計算方法比較分析，國標和歐標的計算結果總體上較為接近，主要原因是由于在兩個標準中OVC-HEV車輛RDE排放計算法都是依據車輛WLTC的CO2排放情況來計算污染物的排放因子。算術平均法能夠體現車輛在試驗過程中的整體排放水平，但忽略了局部的排放；而國六和歐六的RDE計算特點在于同時考慮了試驗室工況測試結果，體現了標準工況在實際運用的現實意義，但計算結果受WLTC工況CO2測試結果的影響較大。

4 結語

在不同環境溫度下對OVC-HEV車輛進行了RDE試驗，分析不同溫度、冷起動和數據處理方法對其影響，主要結論如下：

a.低溫環境下，CO和NOX總行程排放因子增加且CO增加幅度較大，而PN排放因子在各路段上均呈減小趨勢。

b.冷起動對NOX的排放影響較小，對市區的CO和PN排放影響較大；不同溫度下PN在冷起動階段排放占市區、總行程比例都較高，應關注冷起動階段PN排放。

c.按照國六、歐六和算術平均法得到的排放結果有所不同，其中歐六嚴于國六，驗證了國七標準預研的必要性。

參考文獻：

[1]羅佳鑫，溫溢，楊正軍，等國六輕型車實際道路與實驗室工況排放特性對比研究[J]車用發動機，2019（6）：64-70

[2]朱慶功，楊正軍，溫溢，等輕型汽車實際道路行駛與實驗室工況污染物排放對比研究[J]汽車工程，2017（10）：29-33+39

[3]Merkisz J， Pielecha J， Bielaczyc P， et alAnalysis of emission factors in RDE tests as well as in NEDC and WLTC chassis dynamometer tests[C]//SAE 2016 World Congress and Exhibition Detroit，U S，2016

[4]朱慶功，關磊，徐小雯，等輕型汽車實際行駛排放法規進展研究[J]專用汽車，2023（11）：8-12

[5]邢攀基于車載排放測試系統（PEMS）的武漢市典型機動車排放特征研究[D]武漢：華中科技大學，2017

[6]鄧蛟，武鑫環境溫度對輕型車實際道路排放試驗結果的影響[J]小型內燃機與車輛技術，2022，51（4）：56-59

[7]Pielecha J，Skobiej K，Kurtyka KTesting and evaluation of cold-start emissions from a gasoline engine in RDE test at two different ambient temperatures[J]Open Engineering，2011，11：425-434

[8]付秉正輕型車實際行駛試驗條件下排放特性研究[D]北京：北京理工大學，2016

[9]禹文林，葛蘊珊，王欣，等混合動力汽車實際道路行駛排放特性研究[J]汽車工程，2018，40（10）：1139-1145

[10]中華人民共和國環境保護部，國家質量監督檢驗檢疫總局GB 183526—2016 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第6階段）[S]北京：中國標準出版社，2016

[11]European CommissionDirectorate-General for Internal Market，Industry，Entrepreneurship and SMEs Commission Regulation（EU）2023/443 of 8 February 2023 amending Regulation（EU）2017/1151 as regards the emission type approval procedures for light passenger and commercial vehicles （Text with EEA relevance）[S]Official J.European Union2023.

作者簡介：

胡克容，女，1992年生，工程師，研究方向為機動車排放測試技術。