環(huán)境溫度對輕型車實際道路排放試驗結(jié)果的影響

鄧 蛟 武 鑫

（華業(yè)檢測技術(shù)服務有限公司 江蘇 蘇州 215000）

引言

自從2016 年我國把RDE 試驗加入到輕型車國六排放標準（GB18352.6—2016[1]）以來，國內(nèi)外研究機構(gòu)對此開展了大量的研究工作。主要研究成果如下：Karolina Kurtyka 等人[2]研究了行程動力學參數(shù)對汽油車RDE 試驗的影響，指出CO、CO2、NOx及HC與RPA 呈正相關(guān)關(guān)系，與（V·a+）95 呈負相關(guān)關(guān)系；Jacek Pielecha 等人[3]研究了汽油車在兩種環(huán)境溫度下RDE 冷啟動排放結(jié)果的差異，指出CO、CO2及PN的冷啟動排放占市區(qū)比重在環(huán)境溫度25 ℃下結(jié)果均小于8 ℃，NOx反之；汪曉偉等人[4]研究了輕型燃油車實際道路排氣污染物排放特點，指出汽油車冷啟動排放占總行程的15%～25%，CO 和PN 排放隨加速度增加而增加；孫文芳等人[5]對比了汽油車在平原與高原條件下實際道路排放差異，指出高原工況下的冷啟動排放CO、NOx、PN 排放分別比平原工況高90.03%、742.45%和93.9%，PN 排放量平原工況比高原工況高4.3 倍；鄒杰等人[6]研究了累計正海拔增量對汽油車實際道路排放試驗的影響，指出在路段中，污染物排放與累計正海拔增量相關(guān)性不強，在窗口中，CO2、PN 排放因子隨窗口累計正海拔增量的增加而增加。

縱觀國內(nèi)外相關(guān)文獻，發(fā)現(xiàn)當前關(guān)于環(huán)境溫度對輕型車實際道路排放試驗結(jié)果的影響研究還很匱乏。為此，本研究將對一輛滿足國五排放標準的輕型汽油車分別在環(huán)境溫度0 ℃、10 ℃及30 ℃下，按照輕型車國六排放標準Ⅱ型試驗要求進行試驗。通過歐Ⅵ新方法計算各污染物排放結(jié)果，尋找環(huán)境溫度對實際道路排放試驗帶來的影響，為合理評價輕型汽油車排放水平具有重要指導意義。

1 試驗內(nèi)容及方法

1.1 試驗車輛

選用一輛滿足國五標準的M1 類手動擋汽油車，車輛主要參數(shù)如表1 所示。

表1 車輛主要參數(shù)

1.2 測試設備

試驗測試系統(tǒng)采用日本HORIBA 公司生產(chǎn)的車載排放分析儀OBS-ONE-GS02/PN，其主要包括有GAS 氣體分析儀、PN 顆粒計數(shù)分析儀、EFM 排氣流量計、GPS、OBD、氣象站，主要技術(shù)規(guī)格如表2所示。

1.3 測試方法

1.3.1 試驗方案

PEMS 設備及鋰電池安裝在整車后備箱內(nèi)，GPS、氣象站放置在車頂，選擇最大量程為2.0 m3/min的皮托管流量計，通過耐高溫硅膠管使其與排氣尾管相連。在環(huán)境溫度30 ℃、10 ℃和0 ℃下，由同一駕駛員及試驗員在相同的試驗路線上按照標準GB18352.6—2016Ⅱ型試驗要求進行測試。在正式RDE 試驗開始前，應按照GB18352.6—2016 附件DC要求，在底盤測功機上完成驗證試驗，確保試驗結(jié)果在允許誤差范圍內(nèi)。

1.3.2 試驗路線

試驗地點在蘇州市吳江區(qū)周邊地區(qū)進行，平均海拔高度約5 m。具體路線如下：1）市區(qū)道路（約26 km）：清華大學蘇州汽車研究院（吳江）動力系統(tǒng)檢測中心北門-聯(lián)楊路-龍橋路-五方路-鱸鄉(xiāng)南路-友誼路-中山南路-友誼路-花園路-五方路-鱸鄉(xiāng)南路-友誼路-中山南路-友誼路-花園路-吳江大道輔路；2）市郊道路（約28 km）：由花園路進入?yún)墙蟮溃旭傊林芴J線掉頭，經(jīng)莘塔收費站進入G1521 常嘉高速，行駛至白蜆湖特大橋附近結(jié)束；3）高速道路（約28 km）：在G1521 常嘉高速白蜆湖特大橋附近開始，行駛至甪直樞紐進入S58 滬常高速，到達尹山樞紐結(jié)束試驗。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

1）驗證試驗數(shù)據(jù)處理方法

由于實驗室無法采集GPS 信號，故在計算PEMS 測量的排放率時，應使用污染物排放總質(zhì)量除以底盤測功機測試試驗車輛行駛距離。此外，PEMS還需對NOx進行濕度修正。

為便于PEMS 排氣流量計與CVS 流量進行比對，需要先將CVS 流量除以稀釋系數(shù)得到稀釋前排氣流量。其中稀釋系數(shù)DF 可通過以下公式確定。

式中：Ci為稀釋排氣中污染物i 的體積分數(shù)，10-6。2）RDE 試驗數(shù)據(jù)處理方法

為了將冷啟動排放合理納入最終的排放評估當中，在處理數(shù)據(jù)時將按照標準EU 2018/1832[7]Appendix 6 Calculation of the final rde emissions results規(guī)定的方法計算各污染物排放?？傂谐毯褪袇^(qū)階段污染物里程排放由下式計算：

式中：mRDE，k為修正前累計里程排放，mg/km（＃/km）；RFk為修正因子（算法見表3）

表3 RFk 算法

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 PEMS 和排氣質(zhì)量流量的驗證

在底盤測功機上將PEMS 抽出的排氣補充到CVS 中，按照WLTC 駕駛循環(huán)進行驗證。表4 為PEMS 與實驗室污染物質(zhì)量排放結(jié)果對比，表5 為PEMS 流量計與CVS 流量對比，其誤差均在法規(guī)要求以內(nèi)。

表4 PEMS 與實驗室污染物質(zhì)量排放結(jié)果對比

表5 PEMS 流量計與CVS 流量計對比

2.2 不同環(huán)境溫度下各污染物總行駛里程排放對比

試驗車在WLTC 循環(huán)下測得的CO2里程排放為142.41 g/km，在RDE 循環(huán)下測得的CO2最大里程排放為147 g/km，即rk要遠小于1.3。事實上，現(xiàn)階段我國輕型燃油車在RDE 試驗中測得的CO2里程排放還無法達到1.3 倍WLTC 循環(huán)下CO2排放量，那么歐六新方法規(guī)定的各污染物排放計算結(jié)果實則為瞬態(tài)積分的結(jié)果。圖1 為不同環(huán)境溫度下RDE 試驗各污染物總行駛里程排放對比圖。不難發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境溫度30 ℃和0 ℃下，PN 及NOx里程排放均高于10 ℃，進而也反映了RDE 試驗高、低溫擴展的必要性。

圖1 不同環(huán)境溫度下RDE 試驗各污染物總行駛里程排放對比

2.3 不同環(huán)境溫度下各污染物冷啟動排放對比

鑒于RDE 循環(huán)冷啟動時長較短（不足5 min），對應里程排放對最終測試結(jié)果影響并不顯著。為更直觀地體現(xiàn)冷啟動排放特點，通過引入冷啟動污染物總質(zhì)量占市區(qū)比重與市區(qū)污染物總質(zhì)量占總行程比重來進行分析。圖2 所示為不同環(huán)境溫度下各污染物冷啟動排放對比圖，從圖中可看出，CO、NOx、PN市區(qū)排放基本能達到總行程50%以上，其中CO 冷啟動排放占市區(qū)比重最高，且在低溫環(huán)境下各污染物冷啟動排放占比均有明顯升高現(xiàn)象。主要原因在于在低溫環(huán)境下，汽油的蒸發(fā)和霧化性能較差，不利于混合氣的充分燃燒，故而產(chǎn)生大量CO。此外，在冷車狀態(tài)下催化器未處于適宜工作溫度區(qū)間，轉(zhuǎn)換效率較低故而導致NOx排放較高。

圖2 不同環(huán)境溫度下各污染物冷起動排放對比

3 結(jié)論

1）低溫環(huán)境下各污染物冷啟動排放占市區(qū)比重均有明顯升高現(xiàn)象，其中CO 占比最高。

2）在高、低溫環(huán)境條件下的NOx和PN 總行程排放要高于普通溫度條件下的測試結(jié)果，進而說明高低溫擴展試驗的必要性。

3）各污染物市區(qū)工況排放占總行程排放比重可達到50%以上。