國(guó)六混合動(dòng)力客車排放特性試驗(yàn)研究

王曉輝

摘要：在一臺(tái)插電式混合動(dòng)力城市客車上分別進(jìn)行了基于CCBC、CHTC-B和PEMS的排放試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了不同載荷下的CO、NOX、PN等排氣污染物的情況。結(jié)果表明：搭載滿足國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，在不同的測(cè)試循環(huán)均可滿足國(guó)六整車排放測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，由于不同測(cè)試循環(huán)的車速要求不一致，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況和運(yùn)行時(shí)間略有差異，這樣導(dǎo)致排氣溫度的不同，在排氣溫度較低的情況下，催化器的轉(zhuǎn)化效率較低，會(huì)導(dǎo)致排氣污染值略高一些。

關(guān)鍵詞：插電式混合動(dòng)力;國(guó)六發(fā)動(dòng)機(jī);排放限值;排氣污染物

中圖分類號(hào)：X701? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）10-0007-02

0? 引言

國(guó)務(wù)院頒布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020）》明確推進(jìn)純電動(dòng)汽車和插電混合動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)化[1]。其中，插電式混合動(dòng)力因其具有零排放的EV模式和長(zhǎng)續(xù)駛里程低燃油消耗的HEV模式，被認(rèn)為是新能源汽車發(fā)展中不可或缺的一部分，越來(lái)越受高校和企業(yè)重視。根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，自 2012 年來(lái)，我國(guó)插電式混合動(dòng)力汽車銷量增長(zhǎng)迅速，2018 年銷量達(dá) 27.1萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)118%[2]。

混合動(dòng)力整車作為動(dòng)力總成相比傳統(tǒng)柴油機(jī)具有巨大的優(yōu)勢(shì)，在啟停頻繁，車速較低的應(yīng)用場(chǎng)景下，其節(jié)能效果優(yōu)勢(shì)明顯，但由于頻繁啟停，會(huì)造成催化器載體的溫度變化較為頻繁，但國(guó)六的技術(shù)路線中后處理的性能表現(xiàn)與排放關(guān)聯(lián)性較大。

為了保證混合動(dòng)力的節(jié)能優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，能更好的滿足排放法規(guī)，對(duì)混合動(dòng)力的排放特性做進(jìn)一步的研究。本文以一款混合動(dòng)力客車為研究對(duì)象，探索混合動(dòng)力整車的排放特性，為未來(lái)進(jìn)一步降低整車的燃油經(jīng)濟(jì)性提供支撐。

1? 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)樣機(jī)及機(jī)構(gòu)

本研究工作基于一臺(tái)12m的插電式混動(dòng)動(dòng)力城市客車進(jìn)行研究，該車的混合動(dòng)力系統(tǒng)為功率分流式行星排結(jié)構(gòu)，搭載5.132L的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，排放技術(shù)路線為EGR+DOC+DPF+SCR+ASC。試驗(yàn)整車技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)臺(tái)架

本次試驗(yàn)研究工作在底盤測(cè)功機(jī)上進(jìn)行，臺(tái)架硬件配置如表2所示。

1.3 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)研究工況按照《GB/T 19754-2005重型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量消耗量試驗(yàn)方法》中建議的中國(guó)典型的城市公交測(cè)試循環(huán)CCBC，以及《GB 17691—2018重型柴油車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》中附錄K推薦的道路行駛測(cè)量方法PEMS以及中國(guó)客車行駛工況（CHTC-B）三種測(cè)試循環(huán)對(duì)整車進(jìn)行排放測(cè)試，并對(duì)排放結(jié)果進(jìn)行分析。

2? 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 基于CCBC循環(huán)的的排放結(jié)果分析

本次試驗(yàn)研究按照對(duì)車輛施加10%、50%、100%的負(fù)載。試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)車輛進(jìn)行充分預(yù)處理，按照?qǐng)D1所示控制車速進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中記錄CO、PN、NOX等排放物，同時(shí)通過(guò)OBD串口讀取發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩百分比、排氣流量等參數(shù)。

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，處理最終形成不同載荷下基于CCBC循環(huán)的排放結(jié)果，其結(jié)果如表3所示。

從排放結(jié)果來(lái)看，不同載荷下均可以滿足法規(guī)要求，但主要排放污染物NOX和CO在10%負(fù)荷均比其它兩種載荷下的高，這主要由于發(fā)動(dòng)機(jī)載荷越低，其運(yùn)行過(guò)程中的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功低，排氣溫度低，后處理器的轉(zhuǎn)化效率在低溫情況下效率低造成。

2.2 基于CHTC-B測(cè)試循環(huán)的排放結(jié)果分析

同樣按照10%、50%、100%對(duì)整車進(jìn)行加載，按照?qǐng)D2所示控制車速進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中記錄CO、PN、NOX等排放物，同時(shí)通過(guò)OBD串口監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩百分比、排氣流量等參數(shù)。

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和處理，最終形成不同載荷下基于CHTC-B公交車循環(huán)的排放結(jié)果如表4所示。

從試驗(yàn)結(jié)果得匯總來(lái)看不同載荷下的排放結(jié)果均滿足法規(guī)的要求，在10%負(fù)荷時(shí)，NOX排放和CO比排放量排放值較大，這主要因?yàn)榛贑HTC-B循環(huán)運(yùn)行，車速較低，停車頻繁，整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的頻率較低，催化器排溫溫度低，催化器的轉(zhuǎn)化效率低，使得在10%負(fù)荷時(shí)排放污染物較高。 50%、100%負(fù)荷下其排放物均為接近，這主要是因?yàn)樨?fù)荷率上升后，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率增加，催化器的溫度處于一個(gè)較高的水平，轉(zhuǎn)化效率在高排溫的情況較為穩(wěn)定。PN排放隨負(fù)荷率的變化不明顯，較為穩(wěn)定。

2.3 基于道路PEMS試驗(yàn)的排放結(jié)果分析

為全面探索基于實(shí)際道路情況的排放情況，參考《GB 17691—2018重型柴油車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）》中附錄K推薦的道路行駛測(cè)量方法的具體要求開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證。

從試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，如表5所示，車輛的運(yùn)行特征（功倍數(shù)、車速比例、車速平均值）均滿足PEMS試驗(yàn)實(shí)施細(xì)節(jié)的要求，整個(gè)試驗(yàn)有效。

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不同載荷下的排放結(jié)果如表6所示，均滿足法規(guī)的要求。從單一污染物分析，CO排放大幅度的降低，PN與CCBC循環(huán)、CHTC-B循環(huán)結(jié)果基本一致，處于相同的數(shù)量級(jí)。NOX排放維持較高的水平，但也滿足法規(guī)的限值要求。在實(shí)際道路駕駛循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)的需求功明顯高于CCBC、CHTC-B循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率和運(yùn)行時(shí)間相比都較高，在發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行且負(fù)荷率較高的情況下，空燃比增加，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)一直處于水溫較高的情況，使得CO排放降低。NOX排放的上升主要是實(shí)際道路情況下，受交通管制、道路車輛的擁擠影響，加劇了整車運(yùn)行過(guò)程中的減速和制動(dòng)過(guò)程，減速和制動(dòng)過(guò)程的增加，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的啟停次數(shù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程，由于催化器的溫度較低，轉(zhuǎn)化效率較低，因此使得在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中的NOX排放相比CCBC和CHTC-B循環(huán)在50%、100%負(fù)載下增加約1.5倍。

3? 結(jié)論

①滿足國(guó)六排放法規(guī)的發(fā)動(dòng)機(jī)搭載插電式混合動(dòng)力在不同的測(cè)試循環(huán)下排放污染物均可以滿足整車試驗(yàn)的法規(guī)限值要求;②在實(shí)際道路運(yùn)行過(guò)程中，受到交通管制和交通的擁擠程度的影響，使得實(shí)際道路的NOX排放物相比轉(zhuǎn)榖測(cè)試循環(huán)CCBC、CHTC-B增加約1.5倍，道路PEMS測(cè)試循環(huán)，更能體現(xiàn)整車的實(shí)際運(yùn)行時(shí)的排放污染物的情況;③基于不同的測(cè)試循環(huán)，PN的排放結(jié)果受測(cè)試循環(huán)影響較小，這主要是因?yàn)镻N的測(cè)試結(jié)果主要與后處理的DPF的捕集效率相關(guān)，與催化器的溫度關(guān)系不大;④插電式混合動(dòng)力客車在相比傳統(tǒng)車節(jié)能的情況下，排放污染物也可以滿足法規(guī)的要求，但實(shí)際道路中的NOX排放裕度較小，在未來(lái)的車型的開(kāi)發(fā)過(guò)程中還需要針對(duì)混合動(dòng)力的實(shí)際使用情況進(jìn)行針對(duì)性的標(biāo)定，以便排放的一致性控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院. 國(guó)發(fā) [2012] 22 號(hào) 節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）[S].北京：2012.

[2]徐超.重型載貨混合動(dòng)力汽車構(gòu)型分析與能效優(yōu)化[D].清華大學(xué)，2019.

[3]GB 17691-2018，重型柴油車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）[S].

[4]GB/T 19754-2005，重型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量消耗量試驗(yàn)方法[S].