（中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司 天津 300300）

引言

2018 年6 月22 日，國家生態(tài)環(huán)境部與國家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局聯(lián)合下發(fā)《重型柴油車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國第六階段）》[1]。與國五階段相比，國六標(biāo)準(zhǔn)增加了整車車載法（PEMS）試驗(yàn)。PEMS 測(cè)試是指實(shí)際道路下整車排放測(cè)試。在國六法規(guī)中對(duì)PEMS 的測(cè)試規(guī)范有諸多的要求。其中對(duì)車輛載荷的要求在國六a 階段為該車輛最大載荷的50%～100%，在國六b 階段為該車輛最大載荷的10%～100%。對(duì)環(huán)境溫度要求為-7 ℃至38 ℃。

周華等人[2]在重型底盤測(cè)功機(jī)上研究了不同車輛載荷對(duì)重型柴油整車排放影響，發(fā)現(xiàn)載荷對(duì)顆粒物數(shù)量（PN）的排放沒有規(guī)律性的影響，但增加車輛載荷會(huì)降低重型車NOx的排放。Zhang 等人[3]研究了不同車輛載荷對(duì)重型柴油卡車的排放影響，發(fā)現(xiàn)車輛載荷對(duì)排放影響最大的是NOx，其次為CO 和PN。當(dāng)處于高溫和低溫環(huán)境時(shí)，空調(diào)是否開啟會(huì)對(duì)排放產(chǎn)生影響。趙偉等人[4]研究了空調(diào)對(duì)輕型車污染物和油耗的影響，發(fā)現(xiàn)開啟空調(diào)會(huì)導(dǎo)致車輛污染物排放及油耗不同程度的增加。Brodrick 等人[5]研究了空調(diào)開啟對(duì)重型柴油卡車怠速污染物排放的影響，研究表明開啟空調(diào)會(huì)增加怠速時(shí)NOx的排放。

目前關(guān)于空調(diào)和車輛載荷對(duì)PEMS 測(cè)試的研究較少?；诖耍疚倪x取了一輛國六排放的重型城市公交車，研究了高溫條件下空調(diào)開啟和車輛載荷對(duì)PEMS 測(cè)試排放的影響，從而方便企業(yè)更好地去應(yīng)對(duì)法規(guī)要求的PEMS 測(cè)試。

1 試驗(yàn)介紹

1.1 測(cè)試車輛和測(cè)試設(shè)備

試驗(yàn)選取了一輛國六排放標(biāo)準(zhǔn)的城市公交車進(jìn)行PEMS 測(cè)試。排放控制技術(shù)路線為廢氣再循環(huán)（EGR）+氧化催化器（DOC）+顆粒捕集器（DPF）+選擇性催化還原器（SCR）[6]。選擇公交車的原因是公交車車廂面積大，空調(diào)開啟的影響會(huì)顯著。測(cè)試車輛的主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 測(cè)試車輛的主要技術(shù)參數(shù)

測(cè)試設(shè)備為試驗(yàn)采用奧地利AVL 公司生產(chǎn)的AVL M.O.V.E 便攜式車載排放測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括尾氣氣態(tài)污染物分析系統(tǒng)（GAS PEMs）、尾氣顆粒物數(shù)量分析系統(tǒng)（PN PEMs）、尾氣流量計(jì)（EFM）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、溫濕度儀、OBD 記錄儀等設(shè)備。

1.2 試驗(yàn)設(shè)置

為了評(píng)估空調(diào)和車輛載荷對(duì)重型車實(shí)際道路排放的影響，以正交型式設(shè)計(jì)了4 組試驗(yàn)，空調(diào)溫度設(shè)定為25 ℃。其中空載不開空調(diào)為試驗(yàn)A，半載不開空調(diào)為試驗(yàn)C，空載開空調(diào)為試驗(yàn)B，半載開空調(diào)為試驗(yàn)D，如表2 所示。

表2 PEMS 測(cè)試矩陣

按照國六標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)于城市車輛，車輛測(cè)試時(shí)的運(yùn)行道路組成依次為：70%的市區(qū)路和30%的市郊路，允許實(shí)際構(gòu)成比例有±5%的誤差。測(cè)試地點(diǎn)在湖北武漢，測(cè)試時(shí)間為8 月份，正是溫濕度很高的季節(jié)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 測(cè)試特征

4 次PEMS 測(cè)試的特征如表3 所示。按照法規(guī)要求，冷卻水溫70 ℃以下的數(shù)據(jù)被剔除。4 次行駛的平均溫度都在35 ℃以上，平均濕度在50%左右。B 測(cè)試行駛的里程和平均車速最高，其次是C 和D，A 測(cè)試行駛的里程和平均車速最低。A 測(cè)試的市區(qū)占比最高，為72.5%，B、C、D 的市區(qū)占比均在68.5%左右。A測(cè)試的加減速比例和怠速比例最高，其次為D、C、B。

表3 PEMS 測(cè)試參數(shù)

4 次實(shí)際行駛的速度曲線如圖1 所示。

圖1 4 次PEMS 測(cè)試的車速曲線

2.2 排放對(duì)比

4 次PEMS 測(cè)試的NOx比排放如圖2 所示。在空載情況下，開啟空調(diào)后PEMS 測(cè)試的NOx比排放為0.62 g/（kW·h），比不開空調(diào)PEMS 測(cè)試的NOx比排放降低了24.4%。在半載的情況下，開啟空調(diào)后PEMS 測(cè)試的NOx比排放為0.62 g/（kW·h），比不開空調(diào)PEMS 測(cè)試的NOx比排放降低了39.2%。在同樣不開空調(diào)的情況下，空載PEMS 測(cè)試的NOx比排放比半載低了19.6%。而在同樣開啟空調(diào)的情況下，半載PEMS 測(cè)試的NOx比排放和空載的基本一致。國六法規(guī)要求的NOx的排放限值為0.69 g/（kW·h）。從圖中可以看到，在不開空調(diào)的情況下，不管是空載還是半載，NOx的比排放均超過了限值的要求。

圖2 4 次PEMS 測(cè)試NOx比排放對(duì)比

NOx的最終排放是生成和去除兩者綜合作用的結(jié)果[7]。不管是開啟空調(diào)還是增加車輛載荷，都是增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)發(fā)生了改變，因此缸內(nèi)生成的NOx會(huì)有所不同。同時(shí)，增加負(fù)荷后，會(huì)改變發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度，從而影響SCR的催化效率，造成NOx催化凈化的差異[6-7]。圖3 是4次PEMS 測(cè)試SCR 前溫度的變化情況。表4 是4 次PEMS 測(cè)試SCR 前的平均溫度以及累積功率。半載且開啟空調(diào)的情況下累積功最高，為154.5（kW·h），且SCR 前的平均溫度最高，為292.1 ℃。更高的排溫使SCR 的催化效率更高，從而NOx排放最低?？蛰d且開啟空調(diào)的情況下累積功為148.6（kW·h），SCR前的平均溫度為278.2 ℃。半載且不開空調(diào)的情況下累積功為124.9（kW·h），但SCR 前的平均溫度最低，為236.3 ℃。由此可見，是否開啟空調(diào)對(duì)NOx排放的影響要高于從空載到半載的變化對(duì)NOx排放的影響。這是由于測(cè)試車型是一輛客車，其車廂面積較大，而載重量并不高。因此開啟空調(diào)所需要的能量較大，從而大幅提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，增加了后處理的排溫，降低了NOx的最終排放。

圖3 4 次PEMS 測(cè)試SCR 前溫度對(duì)比

值得注意的是，在不開啟空調(diào)的情況下，雖然從空載到半載增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，體現(xiàn)為空載不開空調(diào)的累積功要低于半載不開空調(diào)的累積功，但是空載不開空調(diào)PEMS 測(cè)試SCR 前的平均溫度反而要高于半載不開空調(diào)的平均溫度[8]。分析原因可能是空載不開空調(diào)的PEMS 測(cè)試A 有較多的加減速工況[9]，且當(dāng)天進(jìn)行試驗(yàn)的環(huán)境溫度（37.5 ℃）要高于半載不開空調(diào)的PEMS 測(cè)試B（35.9 ℃）。

表4 PEMS 測(cè)試參數(shù)

4次PEMS 測(cè)試的PN 比排放如圖4 所示。從圖中可以看到，相較于國六法規(guī)要求的PN 的排放限值8×1012個(gè)/（kW·h），4 次PEMS 測(cè)試的PN 結(jié)果均滿足限值要求。PN 排放最高的是半載且開啟空調(diào)的測(cè)試，為1.06×1012個(gè)/（kW·h）。其次為空載開啟空調(diào)，半載不開空調(diào)，PN 排放分別為8.25×1011個(gè)/（kW·h），6.74×1011個(gè)/（kW·h）。PN 排放最低的是空載且不開空調(diào)的測(cè)試，為4.49×1011個(gè)/（kW·h）。PN 排放與PEMS 循環(huán)的累積功具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這是因?yàn)轭w粒物排放跟發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷存在較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，負(fù)荷越大，顆粒物排放越高[10-11]。

圖4 4 次PEMS 的PN 比排放對(duì)比

3 結(jié)論

通過對(duì)一輛國六排放水平的城市公交車在高溫條件下不同車輛載荷以及空調(diào)開啟的PEMS 試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)：

1）在空載和半載兩種情況下，開啟空調(diào)會(huì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的排溫，從而降低了NOx的排放。在不開空調(diào)的情況下，半載的NOx排放要高于空載的NOx排放。在開啟空調(diào)的情況下，半載和空載的NOx排放相差不大。

2）增加載荷或者開啟空調(diào)都會(huì)造成PN 排放的增加。

3）由于PEMS 測(cè)試的邊界范圍很廣，影響因素眾多，需要企業(yè)在開發(fā)過程中進(jìn)行多場(chǎng)景的驗(yàn)證。