基于耐久老化車輛的實(shí)際道路行駛NOx排放控制方法研究

徐勝龍，宋 軍，袁 偉

（上汽大眾汽車有限公司驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)部，上海 201805）

前言

國(guó)六排放法規(guī)GB18352.6中規(guī)定了實(shí)際道路駕駛排放（real driving emission，RDE）將于2023 年7 月正式實(shí)施，同時(shí)定義了RDE 測(cè)試的環(huán)境條件，最大擴(kuò)展區(qū)間為：環(huán)境溫度-7～35 ℃，海拔0～2 400 m；對(duì)檢查環(huán)節(jié)，定義了新生產(chǎn)車輛的生產(chǎn)一致性檢查及在用車正常壽命內(nèi)（16 萬(wàn)km）的在用符合性檢查［1］。相比于國(guó)六原有的WLTC 循環(huán)排放，RDE 帶來(lái)的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在：（1）實(shí)際道路駕駛，沒有固定的駕駛方式及循環(huán)曲線，隨機(jī)性較強(qiáng)；（2）環(huán)境條件擴(kuò)展區(qū)間較大；（3）要求對(duì)16 萬(wàn)km 以內(nèi)的在用車RDE 進(jìn)行抽查。基于這些新的挑戰(zhàn)可以總結(jié)出RDE特殊的極限工況：老化車輛（包含老化的發(fā)動(dòng)機(jī)及排氣系統(tǒng)）、苛刻的環(huán)境條件、激進(jìn)的駕駛。結(jié)合法規(guī)中定義的環(huán)境溫度和海拔的擴(kuò)展條件，對(duì)環(huán)境溫度在-7～0 ℃和30～35 ℃兩個(gè)區(qū)間，或海拔高于700 m的RDE結(jié)果需除以擴(kuò)展系數(shù)1.6，因此在RDE開發(fā)時(shí)限值挑戰(zhàn)最大的環(huán)境條件是1 ℃和低海拔區(qū)域。

關(guān)于RDE 及其極限工況的應(yīng)對(duì)方法，當(dāng)前國(guó)內(nèi)公開的研究主要集中在兩方面：（1）對(duì)試驗(yàn)實(shí)施方法及路徑規(guī)劃方面進(jìn)行了大量的研究，如CO2平均窗口法、累積平均法等［3-5］和帶車載排放測(cè)試系統(tǒng)（portable emission measurement system，PEMS）設(shè)備的道路試驗(yàn)法、轉(zhuǎn)轂?zāi)M實(shí)際道路試驗(yàn)法［6-7］等；（2）對(duì)RDE 排放特性方面進(jìn)行分析研究，如PN、NOx、CO等排放物與不同駕駛激烈程度、不同試驗(yàn)環(huán)境條件下的RDE 循環(huán)曲線的關(guān)系［8-11］。這些基礎(chǔ)研究對(duì)RDE 試驗(yàn)的實(shí)施及排放物的分布與比較提供了指導(dǎo)，但圍繞RDE 極限工況下排放物控制與優(yōu)化方法方面的總結(jié)相對(duì)較少，使實(shí)際工程應(yīng)用中缺少可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

為探索排放物控制的有效方法，整車企業(yè)在開發(fā)RDE 車型項(xiàng)目時(shí)，通常在排氣側(cè)加裝顆粒捕集器（gasoline particulate filter，GPF）來(lái)降低PN，并提高三元催化器中貴金屬含量及增加目數(shù)以降低NOx等氣態(tài)排放物，這使得單車硬件成本明顯增加，同時(shí)需要較長(zhǎng)的預(yù)研時(shí)間來(lái)比較不同硬件組合下的排放合規(guī)性。ECU（electronic control unit）作為發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元，可以基于前后氧等傳感器的參數(shù)值對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的基本燃燒及催化器的催化反應(yīng)條件進(jìn)行反饋控制，以降低燃燒產(chǎn)生的原始排放物，并提高催化器的轉(zhuǎn)化效率，使整車在不同運(yùn)行工況及老化里程下的排放水平得到改善。合適的ECU 控制可以充分挖掘排放相關(guān)硬件的極限能力，尤其對(duì)于RDE 極限工況，一套較優(yōu)的排放控制方法不僅能降低硬件堆疊的必要性，也有利于實(shí)現(xiàn)整個(gè)項(xiàng)目開發(fā)成本及開發(fā)周期的最優(yōu)化。

本文選用兩輛國(guó)六 RDE 項(xiàng)目車輛，在底盤測(cè)功機(jī)上完成國(guó)六b 法規(guī)Ⅴ型試驗(yàn)——污染控制裝置耐久性試驗(yàn)要求的20 萬(wàn)km 等效耐久性試驗(yàn)。然后基于轉(zhuǎn)轂?zāi)M實(shí)際道路行駛試驗(yàn)的方法，對(duì)來(lái)自國(guó)內(nèi)外主流整車及零部件企業(yè)的3條轉(zhuǎn)轂RDE循環(huán)曲線（包含冷起動(dòng)階段）進(jìn)行比較，使用比較出來(lái)最激進(jìn)的曲線，在轉(zhuǎn)轂上對(duì)兩輛耐久車進(jìn)行1 ℃環(huán)境溫度下的排放試驗(yàn)，并通過調(diào)整ECU 控制軟件及標(biāo)定，對(duì)試驗(yàn)中排放量偏高的NOx進(jìn)行優(yōu)化，總結(jié)出一套針對(duì)RDE 極限工況的NOx排放控制方法，最后在新鮮排氣系統(tǒng)車輛及20 萬(wàn)km 耐久車輛上，使用優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了多種轉(zhuǎn)轂循環(huán)及實(shí)際道路行駛排放對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證了方法的有效性。

1 測(cè)試車輛與試驗(yàn)循環(huán)信息

1.1 測(cè)試車輛信息

本試驗(yàn)選用兩個(gè)不同車型的項(xiàng)目車輛，但動(dòng)力總成及排氣系統(tǒng)相同，相關(guān)信息如表1 和表2 所示。車型A 和B 各有一輛車用于實(shí)車耐久老化試驗(yàn)及耐久完成后的排放試驗(yàn)（耐久完成車輛下文簡(jiǎn)稱耐久車輛），同時(shí)使用帶新鮮排氣系統(tǒng)（磨合里程小于3 000 km）的A和B車型車輛（下文簡(jiǎn)稱新鮮車輛）進(jìn)行排放對(duì)比試驗(yàn)。

表1 試驗(yàn)車輛信息

表2 排氣系統(tǒng)信息

1.2 試驗(yàn)設(shè)備信息

本試驗(yàn)所用設(shè)備信息如表3所示。

表3 耐久及排放試驗(yàn)設(shè)備信息

1.3 耐久老化信息

在底盤測(cè)功機(jī)上所使用的耐久老化循環(huán)為企業(yè)自定義的一種替代耐久性試驗(yàn)循環(huán)，該循環(huán)最大車速約160 km/h，平均車速約100 km/h，完整循環(huán)里程約55 km，運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)約2 000 s。使用該循環(huán)進(jìn)行的總耐久試驗(yàn)里程為等效20 萬(wàn)km 標(biāo)準(zhǔn)道路循環(huán)（standard road cycle，SRC）耐久試驗(yàn)結(jié)果的里程數(shù)。試驗(yàn)開始前須監(jiān)控全循環(huán)的催化器溫度，避免耐久過程中因溫度過高而損壞催化器。圖1 為較重的車型B 在循環(huán)中催化器溫度的表現(xiàn)，可見整體控制在900 ℃以下。試驗(yàn)過程中選取特定里程點(diǎn)，對(duì)排氣系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查，催化器儲(chǔ)氧量（oxygen storage capacity，OSC）測(cè)量，及轉(zhuǎn)轂激進(jìn)RDE 循環(huán)排放。圖2 和圖3 所示為20 萬(wàn)km 耐久試驗(yàn)結(jié)束時(shí)車型B的內(nèi)窺鏡檢查結(jié)果，狀態(tài)正常。

圖1 耐久試驗(yàn)循環(huán)中催化器溫度表現(xiàn)

圖2 車型B 20萬(wàn)km催化器前端面圖

圖3 車型B 20萬(wàn)km GPF前端面圖

1.4 RDE試驗(yàn)循環(huán)曲線信息

在進(jìn)行轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)前，對(duì)比不同的激進(jìn)RDE（RDE MAX）循環(huán)曲線，通過速度加速度乘積v·apos（m2/s3）評(píng)判駕駛激烈程度。表4 列出了來(lái)自不同企業(yè)3 條曲線的基本參數(shù)，曲線1 的循環(huán)時(shí)間、距離最短，最高車速最高。表5對(duì)比了這3條曲線的行程動(dòng)力學(xué)參數(shù)，可見曲線1 的市區(qū)、郊區(qū)、高速3 個(gè)階段95%分位的v·apos值為3者中最高，均超過了相應(yīng)的法規(guī)限值，表明其駕駛激烈程度最高。為探索RDE極限工況下的排放控制方法，選擇曲線1 作為本研究使用的RDE MAX試驗(yàn)循環(huán)。

表4 不同RDE MAX循環(huán)基本參數(shù)對(duì)比

表5 不同RDE MAX循環(huán)行程動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)比

2 測(cè)試結(jié)果

2.1 OSC測(cè)試結(jié)果

OSC是催化器涂敷中的儲(chǔ)氧成分氧化鈰（Ce）由Ce2O3被氧化為CeO2過程中吸收的氧氣質(zhì)量。氧化鈰在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒偏稀時(shí)儲(chǔ)氧，燃燒偏濃時(shí)釋放氧，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)催化器中的空燃比窗口，對(duì)提高催化器轉(zhuǎn)化效率并改善整車排放至關(guān)重要。在整車耐久試驗(yàn)過程中，為監(jiān)測(cè)排氣系統(tǒng)的老化程度，每特定里程下對(duì)OSC 進(jìn)行一次測(cè)量。圖4 所示為每5 萬(wàn)km、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷50%、催化器溫度500 ℃以上時(shí)測(cè)得的OSC 變化趨勢(shì)。由圖可知，車型A 和B 在耐久過程中OSC 持續(xù)下降，下降趨勢(shì)一致，20 萬(wàn)km 結(jié)束時(shí)，兩車型的OSC都在500 mg左右。

圖4 車型A和B耐久過程中OSC變化趨勢(shì)

2.2 排放試驗(yàn)結(jié)果

由于實(shí)際駕駛中冷起動(dòng)階段NOx等排放物的占比較大［12］，對(duì)包含該階段的RDE 極限工況進(jìn)行分析研究，可為后續(xù)RDE 法規(guī)加嚴(yán)情況下的整車項(xiàng)目開發(fā)提供指引?；诖?，本文所涉及的轉(zhuǎn)轂RDE MAX及實(shí)際道路PEMS 試驗(yàn)結(jié)果均包含冷起動(dòng)和冷機(jī)運(yùn)行階段。圖5 和圖6 是在0、10、20 萬(wàn)km 時(shí)所進(jìn)行的包含冷起動(dòng)的1 ℃ RDE MAX排放試驗(yàn)結(jié)果。

圖5 和圖6 顯示，隨著耐久里程的增長(zhǎng)，車型A和車型B 在Urban（市區(qū)）及Total（總循環(huán)）兩個(gè)計(jì)算階段的NOx均有所惡化，惡化趨勢(shì)較為一致，兩輛車10-20 萬(wàn)km 期間相比0-10 萬(wàn)km 惡化速度加快；20 萬(wàn)km時(shí)，NOx的符合性因子（conformity factor，CF）值，相比0 km 增長(zhǎng)超過100%；兩圖中PN 沒有隨耐久里程的增長(zhǎng)而明顯惡化，這說明GPF 的顆粒捕集效果沒有隨耐久里程的增長(zhǎng)而明顯下降。下文將基于20 萬(wàn)km 的耐久老化車輛對(duì)排放風(fēng)險(xiǎn)更大的NOx展開針對(duì)性分析。

圖5 車型A耐久過程中1 ℃ RDE MAX排放結(jié)果

圖6 車型B耐久過程中1 ℃ RDE MAX排放結(jié)果

3 耐久老化車輛NOx控制方法研究

3.1 RDE MAX循環(huán)NOx偏高問題工況分析

對(duì)圖5 和圖6 中所展示的耐久20 萬(wàn)km 后的1 ℃ RDE MAX 排放結(jié)果進(jìn)行模態(tài)分析，見圖7，車型A 和B 在全循環(huán)內(nèi)NOx峰值所在的時(shí)間點(diǎn)完全相同，主要出現(xiàn)在冷起動(dòng)后的前100 s 和1 600～1 800 s 之間的超高速階段。

對(duì)整備質(zhì)量更重的車型B 進(jìn)行NOx偏高的具體工況分析。圖8和圖9對(duì)比了1 ℃ RDE MAX 試驗(yàn)中不同里程車輛在這兩個(gè)NOx峰值時(shí)段的表現(xiàn)。其中圖8 為冷起動(dòng)急加速階段的工況分析，在起動(dòng)后3 s左右即掛擋并急加速，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩快速升至221 N·m。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫仍低于3 ℃，催化器中心溫度低于200 ℃，催化器仍處在加熱過程中，催化轉(zhuǎn)化效率比較低。圖中變量名稱前綴為［2］所代表的試驗(yàn)2 為耐久車輛NOx結(jié)果，［4］代表的試驗(yàn)4 為新鮮車輛NOx結(jié)果?？梢?，耐久車輛的NOx要差于新鮮車輛，幾乎為新鮮車輛的兩倍以上。

圖8 前100 sNOx偏高工況分析

圖9 1 600～1 800 s NOx偏高工況分析

圖9 為超高速階段的工況分析，車輛從靜止快速加速到145 km/h，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩長(zhǎng)時(shí)間位于200 N·m以上，最大238 N·m。轉(zhuǎn)速因變速器升降擋而大幅波動(dòng)，最高轉(zhuǎn)速超過4 000 r/min。對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速峰值的是兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流量尖峰，試驗(yàn)2 所用的耐久車輛在此時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)NOx排放速率較高的區(qū)域，最高速率為0.032 6 g/s，但試驗(yàn)3 所用的新鮮車輛在整個(gè)超高速階段NOx排放速率都較低，最高值0.000 12 g/s，僅為耐久車輛的3.7‰。這說明耐久車輛在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流量過大時(shí)，其老化的三元催化器可能存在催化轉(zhuǎn)化能力不足現(xiàn)象。

對(duì)于圖8 和圖9 所反映的耐久車輛在冷起動(dòng)后急加速、熱機(jī)超高速兩個(gè)極端工況下的NOx排放特征，應(yīng)是催化器在老化至一定程度后出現(xiàn)的共同趨勢(shì)，可能只是因整車及催化器軟硬件設(shè)計(jì)等方面的不同，顯現(xiàn)這一特征所需要的耐久老化里程會(huì)有差異。面對(duì)市場(chǎng)中車輛使用過程的多樣性，為更好地確保不同老化程度在用車RDE抽查時(shí)NOx結(jié)果的符合性，僅靠催化器硬件性能升級(jí)這種固有方式可能有一定的局限性。在ECU 控制方面，可以基于老化程度高的車輛及催化器，通過軟件及標(biāo)定優(yōu)化來(lái)針對(duì)性地改善極端工況下的燃燒條件及催化轉(zhuǎn)化條件，可以較大程度上降低NOx排放，達(dá)到輔助甚至完全替代硬件升級(jí)的目的，同時(shí)擁有更高的適應(yīng)性和靈活性。

3.2 VVT 狀態(tài)對(duì)冷機(jī)極端工況NOx 影響的對(duì)比分析

圖10 基于兩次1 ℃ RDE MAX 排放試驗(yàn)對(duì)比了車型B 在冷機(jī)大負(fù)荷階段，VVT 分別為開啟與關(guān)閉狀態(tài)下的NOx排放差異。對(duì)比NOx排放的瞬態(tài)值（g/s）可以看出，進(jìn)排氣VVT 開啟后的NOx排放水平整體低于VVT 關(guān)閉時(shí)的，同時(shí)結(jié)合該階段的NOx積分值對(duì)比可見，VVT 開啟后其冷起動(dòng)及起步急加速階段的NOx總量（圖10 中NOx積分值偏低的曲線）相比關(guān)閉時(shí)下降19%左右。

圖10 VVT開啟與關(guān)閉狀態(tài)下冷機(jī)NOx排放對(duì)比

3.3 過量掃氣系數(shù)對(duì)冷機(jī)極端工況NOx影響的對(duì)比分析

過量掃氣系數(shù)表示每循環(huán)由進(jìn)氣口流入的新鮮充量質(zhì)量與進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積所需新鮮充量質(zhì)量的比值，在沒有掃氣時(shí)該系數(shù)為1，有掃氣時(shí)大于1，且隨著氣門重疊角的增大，該系數(shù)也會(huì)增加［13］。掃氣發(fā)生時(shí)，部分從進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸的新鮮空氣沒有參與燃燒，被直接從排氣門排出，使排氣含氧量增加［14］。這一方面降低了缸內(nèi)溫度，有利于降低NOx原始排放；另一方面催化器內(nèi)部出現(xiàn)的瞬時(shí)富氧，可能導(dǎo)致催化轉(zhuǎn)化過程中生成較多的NOx排放物。這種雙向作用給尾氣中的NOx帶來(lái)了不穩(wěn)定的影響，表現(xiàn)出時(shí)高時(shí)低現(xiàn)象。

圖11 展示了一個(gè)典型的不穩(wěn)定結(jié)果，同一輛耐久車在兩次1 ℃ RDE MAX 排放試驗(yàn)的冷機(jī)極端工況下，試驗(yàn)2 和試驗(yàn)4 的過量掃氣系數(shù)都達(dá)到1.02以上，且比較接近，但試驗(yàn)2 的NOx峰值排放速率相比試驗(yàn)4 高近一倍。這種不穩(wěn)定現(xiàn)象在耐久車輛上顯得較為明顯，在整個(gè)Urban 階段，偏高的NOx排放量相比偏低時(shí)高出35%以上，但在新鮮車輛上卻幾乎相同。通過在耐久車輛上多次重復(fù)試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)得到該工況下NOx偏高次數(shù)占總試驗(yàn)次數(shù)的比例約為50%。

圖11 過量掃氣系數(shù)＞1時(shí)NOx排放的不穩(wěn)定結(jié)果

為可靠地降低冷機(jī)極端工況下的NOx排放，對(duì)比驗(yàn)證了兩種方法：加濃空燃比λ及減小重疊角。在ECU 控制邏輯中，可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)識(shí)別到過量掃氣系數(shù)＞1時(shí)，即進(jìn)行目標(biāo)空燃比λ加濃，加濃大小通過λ/過量掃氣系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，這樣當(dāng)系數(shù)越大，目標(biāo)空燃比λ就越小，噴油量就越大。減小重疊角可以直接將過量掃氣系數(shù)降到1。雖然一定大小的掃氣率可以達(dá)到降低缸內(nèi)溫度從而減少爆震，加快廢氣渦輪增壓器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，增加轉(zhuǎn)矩輸出等效果，但針對(duì)該冷機(jī)運(yùn)行階段，發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)溫度仍較低，不易產(chǎn)生爆震，反而降低發(fā)動(dòng)機(jī)原始排放，使催化器快速起燃才是控制上的主要考慮方向，因此將過量掃氣系數(shù)降到1的方法是值得驗(yàn)證的。

圖12 所示為基于同一輛耐久車使用不同控制策略進(jìn)行的1 ℃ RDE MAX 循環(huán)NOx排放對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)2、4、6 分別對(duì)應(yīng)過量掃氣系數(shù)＞1、過量掃氣系數(shù)＞1 且基于過量掃氣系數(shù)進(jìn)行目標(biāo)λ加濃、過量掃氣系數(shù)=1。由圖可知，整個(gè)過量掃氣系數(shù)＞1 期間，加濃相比不加濃的NOx積分值下降31%；而過量掃氣系數(shù)=1 相比＞1 且不加濃的情況，NOx積分值下降50%，相比＞1 且加濃的情況，NOx積分值仍下降27%。因此，適量加濃空燃比λ及過量掃氣系數(shù)降到1對(duì)該冷機(jī)極端工況下的NOx排放都有明顯改善，過量掃氣系數(shù)降到1的方法NOx優(yōu)化效果更好。

圖12 空燃比、重疊角對(duì)過量掃氣系數(shù)＞1時(shí)NOx的影響

3.4 空燃比λ 加濃對(duì)冷機(jī)極端工況NOx 影響的驗(yàn)證

圖13 所示為基于同一輛耐久車，通過兩次1 ℃RDE MAX 試驗(yàn)對(duì)比了λ=0.96（試驗(yàn)4）與λ=1（試驗(yàn)2）控制下的NOx及CO 排放，從兩條NOx排放瞬時(shí)曲線看，相差不太明顯，但從NOx積分值曲線上看，λ=0.96 相比λ=1時(shí)的NOx排放量下降了7%左右，同時(shí)CO 的排放量增加了30%。在實(shí)際工程項(xiàng)目應(yīng)用過程中，需要結(jié)合整個(gè)排放循環(huán)的NOx和CO 排放量高低，來(lái)權(quán)衡是否采取空燃比加濃的控制方法。

圖13 空燃比λ對(duì)耐久車在冷機(jī)極端工況下的排放影響對(duì)比

3.5 催化器窗口對(duì)熱機(jī)極端工況NOx影響的分析

老化催化器由于儲(chǔ)氧量降低，對(duì)空燃比的濃稀變化更為敏感，需要加強(qiáng)對(duì)催化器中空燃比的控制，以改善催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)條件，使極端工況下的排放量實(shí)現(xiàn)綜合最優(yōu)。有研究表明，催化器老化后排放物變差，一方面是來(lái)自于催化器內(nèi)部活性成分的下降，這部分是不可逆的物理化學(xué)變化；而另一方面是因?yàn)閮?chǔ)氧量降低之后，催化器最佳的催化轉(zhuǎn)化λ窗口發(fā)生了微小改變［15］，這種變化可以通過ECU 軟件標(biāo)定進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整，使催化器中的實(shí)際λ與變化后的窗口進(jìn)行匹配，從而有效提高老化催化器的轉(zhuǎn)化效率。

圖14 對(duì)比了老化催化器窗口優(yōu)化前后的兩次1 ℃ RDE MAX 試驗(yàn)結(jié)果，圖中所示為超高速極端工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及NOx尾氣排放值。試驗(yàn)2 為窗口優(yōu)化前結(jié)果，試驗(yàn)4 為窗口優(yōu)化后結(jié)果。反映催化器中空燃比濃稀狀態(tài)的后氧傳感器電壓值，在試驗(yàn)2的持續(xù)急加速過程中出現(xiàn)震蕩下跌，相應(yīng)的NOx排放速率及積分值均明顯高于試驗(yàn)4，說明試驗(yàn)2的催化器中有逐漸偏稀跡象，這就是因催化器窗口發(fā)生改變導(dǎo)致的。在ECU 控制邏輯中，設(shè)置針對(duì)老化催化器的窗口預(yù)設(shè)值，即使在排氣流量大的工況下，也可以盡量使后氧電壓穩(wěn)定在催化轉(zhuǎn)化效率較高的λ窗口附近。試驗(yàn)4在該極端工況下，后氧電壓控制穩(wěn)定，最終NOx排放速率及積分值都明顯降低，在圖示光標(biāo)1 和2 之間的NOx積分值相比試驗(yàn)2 下降45%。

圖14 不同后氧電壓下熱機(jī)大負(fù)荷NOx排放對(duì)比

通過3.2-3.5 節(jié)的分析，對(duì)耐久車輛在1 ℃RDE MAX 循環(huán)中兩個(gè)極端工況下的NOx排放進(jìn)行了對(duì)比分析，得出有明顯優(yōu)化效果的控制方法。在ECU 數(shù)據(jù)中集成這些控制方法后，進(jìn)一步驗(yàn)證多組合下的轉(zhuǎn)轂排放及實(shí)際道路行駛排放。

4 驗(yàn)證結(jié)果

4.1 耐久車輛RDE MAX循環(huán)排放驗(yàn)證結(jié)果

在兩輛耐久車上使用優(yōu)化后數(shù)據(jù)進(jìn)行1 ℃RDE MAX 排放，與優(yōu)化前的排放結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。圖15 所示為車型A 的全循環(huán)NOx排放速率對(duì)比結(jié)果，可見優(yōu)化后NOx瞬態(tài)排放量明顯下降，在兩個(gè)極端工況下的NOx瞬態(tài)峰值下降近50%。

圖15 耐久車型A在1 ℃ RDE MAX循環(huán)中的NOx結(jié)果

圖16 對(duì)比了優(yōu)化前后耐久車輛在-7、1 和23 ℃3 種環(huán)境溫度RDE MAX 循環(huán)中NOx排放的CF 值?？梢钥闯?，優(yōu)化后1 ℃排放中的NOx在Urban 和Total兩個(gè)階段下降超40%，23 ℃排放的Urban 及Total 階段NOx在優(yōu)化后分別下降20%和10%，-7 ℃排放中兩個(gè)階段的NOx在優(yōu)化前后幾乎無(wú)變化。這說明，基于1 ℃ RDE MAX 循環(huán)進(jìn)行的軟件標(biāo)定優(yōu)化，使1 ℃排放改善最大，23 ℃也有明顯降低，但對(duì)-7 ℃沒有影響，這可能與-7 ℃溫度過低沒有開啟VVT、原始排放更多且溫度低導(dǎo)致催化器起燃時(shí)間長(zhǎng)等因素有關(guān)，而23 ℃因VVT 原本已正常工作，也沒有采取1 ℃ 類似的空燃比λ加濃措施，因此優(yōu)化效果不如1 ℃明顯。

圖16 耐久車輛在不同溫度RDE MAX循環(huán)中的NOx結(jié)果

4.2 耐久及新鮮車輛的多種排放循環(huán)驗(yàn)證結(jié)果

圖17 展示了數(shù)據(jù)優(yōu)化前后耐久車輛的國(guó)六Ⅰ型常溫排放對(duì)比結(jié)果?？梢? 種主要?dú)鈶B(tài)排放物在優(yōu)化后都有一定程度的下降，其中優(yōu)化前排放量偏高的CO 排放物下降最明顯，優(yōu)化后的4 種氣態(tài)排放物整體排放水平接近，與上文講述的老化催化器窗口匹配理論相符，即合適的窗口控制可以使催化器處在對(duì)幾種排放物而言都相對(duì)較佳的轉(zhuǎn)化效率區(qū)間。由于Ⅰ型試驗(yàn)相比RDE MAX 循環(huán)的激進(jìn)程度低，因此優(yōu)化前后的NOx排放下降不明顯。

圖17 耐久車輛國(guó)六Ⅰ型常溫排放對(duì)比驗(yàn)證結(jié)果

圖18 展示了優(yōu)化前后耐久車輛的國(guó)六Ⅵ型低溫排放驗(yàn)證結(jié)果。圖19 展示了優(yōu)化前后新鮮車輛在不同溫度RDE MAX 循環(huán)中的NOx結(jié)果。圖20 和圖21 分別展示了優(yōu)化前后新鮮車輛的Ⅰ型及Ⅵ型排放對(duì)比結(jié)果。從這幾張圖可以看出，使用優(yōu)化前數(shù)據(jù)進(jìn)行的新鮮車輛排放整體已較好，基于耐久車輛優(yōu)化的數(shù)據(jù)不僅使耐久車輛排放下降到一個(gè)均衡水平，也使新鮮車輛排放有不同程度的改善。

圖18 耐久車輛國(guó)六Ⅵ型低溫排放驗(yàn)證結(jié)果

圖19 新鮮車輛在不同溫度RDE MAX循環(huán)中的NOx結(jié)果

圖20 新鮮車輛國(guó)六Ⅰ型常溫排放驗(yàn)證結(jié)果

圖21 新鮮車輛國(guó)六Ⅵ型低溫排放驗(yàn)證結(jié)果

4.3 耐久及新鮮車輛的實(shí)際道路行駛排放驗(yàn)證結(jié)果

圖22 匯總了耐久及新鮮車輛，使用優(yōu)化前后數(shù)據(jù)完成的0 海拔常溫環(huán)境下實(shí)際道路行駛PEMS 測(cè)試結(jié)果?？梢妰?yōu)化后新鮮及耐久車輛NOx排放物在Urban 及Total 兩個(gè)階段CF 值均較低，數(shù)據(jù)優(yōu)化對(duì)新鮮車輛的Total 階段NOx改善明顯，也使耐久車輛兩個(gè)階段的NOx都穩(wěn)定在較好的水平。

圖22 不同狀態(tài)車輛實(shí)際道路行駛PEMS測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)論

本文通過使用對(duì)排放考驗(yàn)較為苛刻的20 萬(wàn)km耐久老化車輛、1 ℃環(huán)境下包含冷起動(dòng)的轉(zhuǎn)轂RDE MAX 循環(huán)進(jìn)行排放試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)中冷起動(dòng)后急加速及熱機(jī)起步急加速至超高速兩個(gè)極端工況下排放偏高的NOx進(jìn)行對(duì)比分析，并采用優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 控制策略的方法，使得耐久車在1 ℃ RDE MAX 循環(huán)NOx下降超過40%，同時(shí)驗(yàn)證了其他類型排放，均有不同程度的改善，說明該優(yōu)化方法的有效性?；诒疚牡难芯?，可以得到如下結(jié)論。

（1）整車經(jīng)20 萬(wàn)km 的轉(zhuǎn)轂?zāi)途迷囼?yàn)老化后，催化器的儲(chǔ)氧量下降約40%，GPF 的顆粒捕集效率反而略微上升，NOx排放物明顯惡化，其中10萬(wàn)-20萬(wàn)km期間NOx惡化速度快于0-10 萬(wàn)km 期間，20 萬(wàn)km 時(shí)的NOx值較0 km時(shí)增長(zhǎng)超過100%。

（2）耐久老化車輛在進(jìn)行包含冷起動(dòng)的RDE MAX 排放試驗(yàn)時(shí)，NOx排放量最高的區(qū)間位于催化器未完全起燃時(shí)的冷起動(dòng)后急加速階段，及排氣流量過大的熱機(jī)超高速階段。合理控制VVT、過量掃氣系數(shù)等，可以明顯改善催化器未完全起燃狀態(tài)下的NOx排放量；恰當(dāng)應(yīng)用老化催化器窗口，可以降低排氣流量過大時(shí)的NOx排放，同時(shí)還能將其他氣態(tài)排放物控制在相對(duì)均衡的水平。

（3）使用帶老化排氣系統(tǒng)的車輛，先基于轉(zhuǎn)轂RDE MAX 循環(huán)進(jìn)行排放控制相關(guān)的控制策略開發(fā)及優(yōu)化，再進(jìn)行實(shí)際道路行駛排放驗(yàn)證，是一種有效且能充分挖掘軟件潛力的RDE開發(fā)方法。

鑒于國(guó)六第2 階段及后續(xù)國(guó)七階段的排放法規(guī)，對(duì)實(shí)際道路行駛排放的要求將漸趨嚴(yán)苛，本文所述包含冷起動(dòng)階段的RDE 開發(fā)方法，及NOx排放控制方法，可為行業(yè)內(nèi)純汽油發(fā)動(dòng)機(jī)及混合動(dòng)力RDE開發(fā)項(xiàng)目、催化器降本項(xiàng)目等提供參考。