輕型車RDE 試驗的排放特性研究

陸明江，龔然成，蔣軼謙，陳自力，梁 堂

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.湖南湖大艾盛汽車技術開發(fā)有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

據統(tǒng)計，2019年全國機動車保有量達到3.48 億輛，汽車是污染物排放總量的主要貢獻者，其排放的CO、HC、NOx 和PM 等4 項主要污染物均超過90%[1]。近年來，我國出臺了更為嚴苛的汽車排放法規(guī)[2-3]，來降低汽車的實際道路排放。其針對輕型車和重型車，均增加了使用便攜式車載排放測試系統(tǒng)（portable emission measurement system，PEMS）進行車輛排放測試的要求。輕型車的實際道路行駛污染物試驗稱為RDE（Real Driving Emissions）試驗。實際道路排放試驗往往能夠在復雜多變的環(huán)境下，將整車的真實排放水平反映出來。

在進行實際道路排放測試結果計算過程，我國輕型車采用CO2質量[4-5]的移動平均窗口法計算車輛的移動窗口排放值。羅佳鑫等[6]利用國六輕型車在轉轂上的NEDC、WLTC 的試驗數據與RDE 工況試驗數據進行對比，發(fā)現二者冷啟動過程中CO、NOx、PN 排放均相對較高。考慮到此類比對是在不同試驗條件完成，因此本文對多次RDE 試驗數據進行研究，使用轉轂排放試驗的計算方法得到全程的排放結果，以下簡稱為臺架法。將其結果與RDE 試驗結果對比，在去除停車和不去除停車的情況下，按照轉轂試驗的計算方法的結果比RDE 試驗排放均偏大。

1 實際道路排放試驗數據處理

1.1 RDE 計算方法

按照輕型車“國六”法規(guī)要求，在進行排放計算過程中，要求去除包括冷啟動、車速低于1 km/h 和發(fā)動機熄火時的數據。采用基于參考CO2質量，使用移動平均窗口法進行積分計算。隨著行駛里程數和CO2排放量的不斷累積，基于參考CO2排放量（MCO2ref）作為移動窗口進行污染物的排放（g/km）和平均車速（km/h）的計算，如圖1 所示。每1 s 進行一次數據記錄，MCO2為CO2的累積質量（g），Mgas為排放污染物累積質量（g）。

圖1 移動窗口劃分示意圖

針對移動窗口有效性判斷采用CO2特性曲線定義，如圖2 所示，若窗口平均車速下的CO2排放在特性曲線上、下公差范圍內，則表示窗口有效，反之則無效。其中CO2特性曲線受Ⅰ型試驗的三個排放點P1、P2、P3的CO2排放結果所限制。曲線由兩部分組成：在0 ～ P2車速范圍內，CO2排放量是在以（V P1，1.2×MCO2，1）和（VP2，1.1×MCO2，2）所形成的一元一次曲線；在P2～ 145 km/h 車速范圍內，CO2排放量是在以（VP2，1.1×MCO2，2）和（VP3，1.05×MCO2，3）所形成的一元一次曲線。上下公差指的是CO2特性曲線最大上下偏差范圍，基本偏差為25%，擴展偏差為50%。

圖2 窗口有效性判斷

另外，定義平均車速小于45 km/h 為市區(qū)窗口，平均車速在45 km/h～80 km/h 范圍內為郊區(qū)窗口，平均車速在80 km/h ～ 120 km/h 范圍內為高速公路窗口，所有窗口占比均在15%以上，則判定試驗有效。至少有50%的市區(qū)、郊區(qū)和高速公路窗口落在上述基本偏差范圍內，如果不滿足要求，則在30%的最大限值范圍內按1%的步長增加正上基本偏差，直到滿足要求。

為計算總行程個污染物的排放量，分別計算市區(qū)、郊區(qū)和高速的總行程窗口特性排放的加權平均值，再按0.34、0.33、0.33 的加權系數對窗口加權平均值進行相加。其中窗口加權平均值計算式為：

式中：ωj為每個窗口的加權系數。

假使在窗口CO2排放量在CO2特性曲線基本偏差曲線內，ωj=1；居于基本偏差曲線和擴展偏差曲線范圍內，ωj與CO2排放量呈線性關系?？傂谐谈魑廴疚锱欧帕坑嬎闶綖椋?/p>

式中：u、r、m分別代表市區(qū)、郊區(qū)和高速。

1.2 臺架法計算方法

在滿足法規(guī)所要求的行駛路線要求的情況下，如圖3 所示，以全程下的排放量作為衡量實際道路試驗排放的標準，計算公式如式（3）所示。

圖3 RDE 車速圖

式中：μgas為排氣組分密度和空氣密度比。Cgas為修正后的排氣組分濃度，ppm，其中CO 和CO2經過干濕基修正，NOx 不需要修正[4]；MExh為瞬時排氣流量，kg/h；D為全程數。

2 試驗結果分析

2.1 分段排放結果

對3 臺車的RDE 試驗結果進行研究，對包含冷啟動的各分段排放結果進行統(tǒng)計對比，如圖4、圖5所示。圖中所示為各污染物在包含冷啟動情況下，分段排放（g/km）與全程排放（g/km）的比值?？梢钥闯?，CO 排放量在高速窗口區(qū)占比較大，這也是主要因為高速行駛的車輛負荷相對較大，需要相對比較大噴油量，燃油不完全燃燒的比例增加所導致。NOx 排放主要集中在市區(qū)，其排放量是郊區(qū)窗口的2.8 倍，高速窗口的3.8 倍。車輛急加急減速對NOx 排放量的影響大于車輛負荷的影響。

圖4 分段CO 排放結果

圖5 分段NOx 排放結果

2.2 冷啟動的影響

對包含和不包含冷啟動的各分段排放結果進行對比后，冷啟動僅對市區(qū)窗口的CO 和PN 排放有很大的影響，進而影響到全程的排放。其對NOx 的窗口及全程排放幾乎沒影響。在市區(qū)窗口內，冷啟動對CO和PN 排放增加量不可忽視，相較不包含冷啟動的市區(qū)窗口排放，最大為4.4 倍，見表1。即使CO 排放主要集中于高速窗口，冷啟動階段所產生的大量排放污染物還是讓全程CO 排放有所增加，最大增加12.6%，PN 排放最大增加38.5%。

表1 市區(qū)窗口各污染物分段排放和全程排放表

2.3 臺架法計算結果與RDE 結果差異

使用兩種計算方法的全程排放結果見表2。不管包含冷啟動與否，在用于對比的18 組數據中，除極少數使用轉轂計算的結果在RDE 數據結果之上，其余基本處于略小于RDE 數據結果范圍內。其中CO 和PN 排放基本相差10%范圍內，平均相差4.7%和3.9%，NOx 排放相差在20%范圍內，平均相差12.2%。而在包含冷啟動的結果對比數據來看，二者差距進一步縮小，整體來說，RDE 數據結果仍舊偏大。

表2 臺架排放計算與RDE 計算對比表

3 結論

在輕型車RDE 試驗中，CO 排放量主要處于高速窗口，NOx 高排放點處于市區(qū)窗口。應加強研究這兩種實際道路工況的減排方案。冷啟動期間產生的CO和PN 對市區(qū)窗口排放影響較大，甚至使得全程排放的增加量不可忽視，但對NOx 排放影響甚微。在18組包含冷啟動和不包含冷啟動的數據中，臺架法結果整體偏低于RDE 法。CO 和PN 排放的一致性要好于NOx 排放，平均相差在4.7%和3.9%以內，具備一定的參考意義。