王山，朱海兵，姚王鍇，張斌

（上汽大眾汽車有限公司產(chǎn)品研發(fā)與管理部，上海 201805）

1 實(shí)際道路排放現(xiàn)狀

目前，國(guó)六排放法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)為最嚴(yán)格的排放法規(guī)，國(guó)內(nèi)自主品牌與合資品牌車企都面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。而且，2019 年是中國(guó)部分主要城市提前進(jìn)入國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)，可以認(rèn)為是機(jī)動(dòng)車進(jìn)入國(guó)六法規(guī)的元年[1]。

機(jī)動(dòng)車國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)施的過(guò)程將采用兩步走計(jì)劃，分為“國(guó)六a”、“國(guó)六b”兩個(gè)階段。也就是說(shuō)“國(guó)六a”相當(dāng)于“國(guó)五”與“國(guó)六”的過(guò)渡階段，“國(guó)六b”才是真正的“國(guó)六”標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)比國(guó)五難度對(duì)主機(jī)廠的挑戰(zhàn)是空前的。

按照《關(guān)于開展機(jī)動(dòng)車和非道路移動(dòng)機(jī)械環(huán)保信息公開工作的公告》（國(guó)環(huán)規(guī)大氣〔2016〕3 號(hào)）要求，自2017 年1月1 日起，機(jī)動(dòng)車生產(chǎn)、進(jìn)口企業(yè)應(yīng)當(dāng)向社會(huì)公開其生產(chǎn)、進(jìn)口機(jī)動(dòng)車的環(huán)保信息，包括排放檢驗(yàn)信息和污染控制技術(shù)信息。2018 年，汽車企業(yè)環(huán)保信息公開情況分別如下：

從2018 年申報(bào)情況來(lái)看，汽車企業(yè)前三季度暫未開始正式申報(bào)國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)動(dòng)車，從四月到十二月共計(jì)申報(bào)918 個(gè)車型，占國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)動(dòng)車申報(bào)數(shù)的4.37%，國(guó)六機(jī)動(dòng)車研發(fā)任務(wù)仍然很多，特別是，法規(guī)中要求的Ⅱ型試驗(yàn)，實(shí)際道路排放試驗(yàn)對(duì)整車排放測(cè)試提出了更多新的要求。

圖1 2018 年機(jī)動(dòng)車環(huán)保信息公開工作情況匯總

關(guān)于國(guó)內(nèi)對(duì)實(shí)際道路排放試驗(yàn)正在開展，北京理工大學(xué)葛蘊(yùn)珊教授闡述了PEMS 的應(yīng)用情況及實(shí)際道路排放試驗(yàn)的評(píng)估方法，并提出了針對(duì)于中國(guó)道路交通特點(diǎn)的實(shí)際道路排放測(cè)試法規(guī)[2]。中國(guó)汽車技術(shù)研究中心的王曉偉開展了關(guān)于輕型插電式混合動(dòng)力汽車的實(shí)際道路排放試驗(yàn)的研究，發(fā)現(xiàn)插電式混動(dòng)動(dòng)力汽車在郊區(qū)與高速工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中還在給電池充電，導(dǎo)致CO，PN 的排放均偏高[3]，還有中汽研的王勃針對(duì)RDE 的試驗(yàn)方案，開展了更為有效，成功率更高的試驗(yàn)方法的研究。[4]還有一些學(xué)者，馬志成[5]、楊正軍[6]、付秉正[7]、陳劍杰[8]等人開展了輕型柴油車的實(shí)際道路排放試驗(yàn)的高原、多工況循環(huán)的研究。

國(guó)外的專家學(xué)者對(duì)RDE 試驗(yàn)開展的大量研究，John May在2014 年就通過(guò)PEMS 與轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行NEDC/CADC/WLTC三種工況的排放試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析[9]，巴西的Forcetto 根據(jù)巴西城市道路開展了在實(shí)際道路上對(duì)NOx 的控制方法上的研究[10]，Jan Schoenhaber 引述中國(guó)的第六階段排放法規(guī)關(guān)于RDE 的規(guī)定，在缸內(nèi)直噴汽油機(jī)中使用三元催化器及顆粒捕捉器的排放結(jié)果數(shù)據(jù)分析[11]，Roberto 研究了在實(shí)際道路排放試驗(yàn)中，冷啟動(dòng)對(duì)排放結(jié)果的影響規(guī)律[12]。

2 試驗(yàn)設(shè)備及車輛

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

AVL MOVE 是一種緊湊而又牢固的便攜式排放測(cè)量系統(tǒng)（PEMS），可以測(cè)量機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排放廢氣中的PN，NO/NO2，CO/CO2和O2濃度，該設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在葛蘊(yùn)珊教授論文中有詳細(xì)介紹[2]。

圖2 AVL MOVE 便攜式排放測(cè)量設(shè)備安裝圖

該便攜式分析儀系統(tǒng)經(jīng)過(guò)不斷優(yōu)化，可以在不斷變化的環(huán)境條件下，實(shí)現(xiàn)分析儀中溫度可控，進(jìn)行移動(dòng)的高精度測(cè)量，設(shè)備安裝見圖1。

2.2 試驗(yàn)車輛

本研究對(duì)象為市場(chǎng)上某品牌國(guó)五排放標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)型實(shí)用汽車(SUV)，發(fā)動(dòng)機(jī)排量為1.4T，里程5976km，胎壓為2.6bar。為避免影響實(shí)際道路排放結(jié)果，每次試驗(yàn)前，車輛電瓶處于電量保持狀態(tài)，減少發(fā)動(dòng)機(jī)除動(dòng)力系統(tǒng)外的額外輸出功率，試驗(yàn)車輛配置信息見表1。

表1 試驗(yàn)車輛配置表

3 試驗(yàn)過(guò)程

3.1 PEMS 比對(duì)結(jié)果分析

定容稀釋取樣測(cè)試方法（CVS）是國(guó)家排放法規(guī)認(rèn)可的檢測(cè)方式之一[13]，在WLTC 工況下，PEMS 采樣測(cè)試結(jié)果通過(guò)與CVS 測(cè)試結(jié)果比對(duì)，PEMS 試驗(yàn)結(jié)果與CVS 比對(duì)結(jié)果符合法規(guī)要求，CO2總排放量Mco2為3896.97g。

表2 PEMS 與CVS 比對(duì)結(jié)果表

3.2 試驗(yàn)路線

RDE 試驗(yàn)過(guò)程中要求三段工況，分別是城市工況，郊區(qū)工況，高速工況，由于RDE 試驗(yàn)必須在實(shí)際道路上開展，路面不可控因素較多，例如路面遇到堵車，交通事故等情況都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗或者無(wú)效。故為減小試驗(yàn)無(wú)效的概率，試驗(yàn)人員經(jīng)過(guò)次數(shù)摸索，尋找最優(yōu)路線。該路線全稱約79km，具體路線如下：

圖3 RDE 實(shí)際道路排放試驗(yàn)行駛路線圖

在實(shí)際道路排放試驗(yàn)中，跑車路線十分重要，直接影響到實(shí)驗(yàn)是否有效。本次沿線路線確定后，由于是每次都是實(shí)際道路實(shí)驗(yàn)，故不可復(fù)制每次實(shí)驗(yàn)過(guò)程，故該路線試驗(yàn)中的一次時(shí)間速度曲線如下：

圖4 RDE 實(shí)際道路排放試驗(yàn)時(shí)間速度曲線

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 試驗(yàn)有效性驗(yàn)證

參考國(guó)六排放法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，RDE 試驗(yàn)需要對(duì)試驗(yàn)路線，駕駛的動(dòng)力性，以及采用CO2 平均窗口移動(dòng)法評(píng)估窗口的完整性及正常性[1][2]。

4.2 CO2 平均窗口移動(dòng)法評(píng)估

分別進(jìn)行三次RDE 試驗(yàn)，三次CO2 平均窗口擬合曲線如圖4 所示，A 曲線中郊區(qū)工況駕駛行為略激烈，該工況下的CO2 全部位于正常CO2 線上方，并有27.2%的窗口位于25%CO2窗口上方，城市與高速工況相對(duì)溫和，主要集中在正常CO2線下方；B 曲線中，郊區(qū)工況的CO2 窗口更加接近于正常窗口附近，城市與高速工況與A 曲線類似，偏溫和駕駛；C 曲線中，郊區(qū)工況明顯分為三部分，分別覆蓋正常窗口及±25%窗口之間，城市工況下與前兩次試驗(yàn)接近，而高速工況下，出現(xiàn)有激烈窗口到溫和窗口的走向趨勢(shì)。

圖5 三次RDE 試驗(yàn)CO2 平均窗口擬合曲線圖

整體來(lái)看，三次試驗(yàn)城市與高速工況相對(duì)趨勢(shì)相同，郊區(qū)工況下，駕駛行為情況變化較大。

國(guó)五排放法規(guī)CO 限值為1000g/km，通過(guò)實(shí)際道路排放試驗(yàn)，三次試驗(yàn)結(jié)果都符合國(guó)五標(biāo)準(zhǔn)，其中A 和B 符合國(guó)六排放法規(guī)限值要求，C 試驗(yàn)結(jié)果超過(guò)國(guó)六法規(guī)Ⅰ型試驗(yàn)的限值，符合性因子為1.31。

圖6 CO 排放結(jié)果值及符合性因子

通過(guò)分析三次試驗(yàn)的秒采數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)CO 主要在低俗和高速工況下排放較多，其中低俗工況中，由于車輛冷啟動(dòng)過(guò)程前期，車輛行駛過(guò)程中，反復(fù)停車啟動(dòng)以及加減速過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較大，可燃混合氣加濃，噴油量增多，故產(chǎn)生一定CO，而郊區(qū)工況中，車輛區(qū)域穩(wěn)定駕駛，缸內(nèi)混合氣相對(duì)均勻，燃燒較為充分，CO 排放較少，但高速工況下，由于發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速下，氣缸噴油量增多，進(jìn)氣量的增大，難以迅速達(dá)到理想混合氣狀態(tài)，故導(dǎo)致氣缸內(nèi)燃燒不夠充分，導(dǎo)致CO 排放主要集中在高速工況下。

圖7 試驗(yàn)中CO 的秒采數(shù)據(jù)曲線

NOx 符合國(guó)五和國(guó)六的法規(guī)排放限值要求，根據(jù)駕駛行為比較分析，相對(duì)激烈的駕駛對(duì)NOx 排放有一定影響。由于NOx 的生成條件是高溫、富氧及高溫持續(xù)時(shí)間[14]0。在試驗(yàn)C中，駕駛行為較為激烈，導(dǎo)致噴油量進(jìn)氣量的增多，同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間激烈駕駛就是導(dǎo)致NOx 的排放量不斷增多。

圖8 NOx 排放結(jié)果值及符合性因子

國(guó)五排放法規(guī)中，對(duì)輕型汽油車未作限制，國(guó)六法規(guī)提出6*1011#/km，本次使用國(guó)五的排放標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)車輛，試驗(yàn)結(jié)果均超過(guò)法規(guī)PN 的限值，其中C 次試驗(yàn)，超過(guò)限值的2.72倍。

圖9 PN 排放結(jié)果值及符合性因子

5 結(jié)論

本次試驗(yàn)車輛為國(guó)五排放標(biāo)準(zhǔn)的車輛，通過(guò)高精度便攜式排放分析設(shè)備，根據(jù)國(guó)六排放法規(guī)的要求，進(jìn)行多次實(shí)際道路排放試驗(yàn)，研究在實(shí)際道路排放實(shí)驗(yàn)中車輛的排放結(jié)果的影響變化規(guī)律。其中，CO 主要在高速工況下產(chǎn)生，故高速工況未來(lái)在研發(fā)過(guò)程中較為重要，NOx 對(duì)駕駛行為有一定敏感度，在長(zhǎng)時(shí)間激烈駕駛時(shí)，NOx 排放量會(huì)增加，而PN 作為國(guó)六排放法規(guī)首次提出限值的污染物項(xiàng)目，目前，國(guó)五車輛的PN 排放結(jié)果相對(duì)較大，故未來(lái)車輛動(dòng)力總成升級(jí)換代到國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)仍具有較大的挑戰(zhàn)。