汪曉偉,景曉軍,高 濤,李 剛,谷雪景,張佑源

重型車低負(fù)荷運(yùn)行特征及NO排放特性

汪曉偉1,景曉軍1,高 濤1,李 剛2*,谷雪景2,張佑源3

(1.中汽研汽車檢驗(yàn)中心(天津)有限公司,天津 300300；2.中國環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100012；3.東風(fēng)柳州汽車有限公司,廣西 柳州 545000)

利用遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析了北京國六重型柴油城市用車在低負(fù)荷運(yùn)行特征和排放特征,并選取了一臺滿足國六排放標(biāo)準(zhǔn)的6L柴油機(jī),結(jié)合發(fā)動機(jī)在環(huán)方法在發(fā)動機(jī)臺架上開展了國六法規(guī)循環(huán)(WHTC)和加州低負(fù)荷循環(huán)(LLC)的排放試驗(yàn),對比分析了低負(fù)荷循環(huán)下的氮氧化物(NO)排放特性.結(jié)果表明:國六城市柴油車的低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間長,并且低負(fù)荷運(yùn)行階段NO排放占比高.加州構(gòu)建的LLC循環(huán)能夠能反映長時(shí)間運(yùn)行在低負(fù)荷以及長時(shí)間怠速造成排溫降低導(dǎo)致NO轉(zhuǎn)化效率降低的實(shí)際情況.LLC循環(huán)下的NO排放很高,主要原因是由于排溫較低所致.中國也應(yīng)該根據(jù)商用車實(shí)際行駛特征,開發(fā)低負(fù)荷工況來控制低負(fù)荷條件下的NO排放.但由于車輛載荷對NO轉(zhuǎn)化效率和NO排放有較大影響,因此開發(fā)低負(fù)荷工況時(shí),需要考慮載荷設(shè)置.

重型柴油車；遠(yuǎn)程監(jiān)控；低負(fù)荷；運(yùn)行特性；氮氧化物；排放

《中國移動源環(huán)境管理年報(bào)(2021)》顯示[1],我國2020年機(jī)動車排放的NO約626.3萬t;汽車是機(jī)動車污染物排放總量的主要貢獻(xiàn)者,其排放的 NO占比超過90%;而柴油車NO排放量超過汽車排放總量的 80%.《重型柴油車污染物排放限值及測量方法(中國第六階段)》將NO的排放限值較國五排放標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)了77%[2],增加了車輛實(shí)際道路車載法排放試驗(yàn)(PEMS)來控制車輛實(shí)際道路的排放,并且采用功基窗口法來計(jì)算排放,要求PEMS測試中90%以上的有效窗口排放需低于0.69g/(kW×h)的排放限值.眾多研究探索了重型車的PEMS排放特性,表明PEMS測試更能反映車輛的真實(shí)排放情況[3-7].但PEMS測試有效窗口指的是窗口平均功率大于發(fā)動機(jī)最大功率的20%的窗口,也就意味著有一部分平均功率較小的低負(fù)荷循環(huán)排放并未進(jìn)行評估.呂立群等[8]在最新的研究中發(fā)現(xiàn)功基窗口法規(guī)定的功率閾值導(dǎo)致大量發(fā)動機(jī)低功率、NO高比排放數(shù)據(jù)被剔除,嚴(yán)重低估重型車實(shí)際道路尤其城市工況下NO排放水平.在車輛實(shí)際運(yùn)行中,尤其是在市區(qū)行駛、交通擁堵、作業(yè)車輛(如清掃車、垃圾車)作業(yè)的過程中,車輛將長時(shí)間行駛在低速低負(fù)荷的區(qū)域.文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)[9-14],在低速階段或者市區(qū)運(yùn)行過程中,柴油車實(shí)際的NO排放與認(rèn)證結(jié)果存在較大的差異,其NO排放非常嚴(yán)重.但在目前的排放法規(guī)中,無論是發(fā)動機(jī)臺架測試還是整車PEMS測試,都沒有充分去考慮低負(fù)荷運(yùn)行情況.因此,美國加州環(huán)保局委托西南研究院制定了一項(xiàng)新的重型發(fā)動機(jī)和整車的補(bǔ)充測試程序低負(fù)荷測試循環(huán)(LLC)[15-17],并將在排放標(biāo)準(zhǔn)中正式實(shí)施.

為滿足重型車下階段排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步減排的要求,借鑒美國加州低負(fù)荷排放測試方法,研究開發(fā)適用于中國實(shí)際道路行駛的低負(fù)荷測試工況是必要的.目前鮮有文獻(xiàn)對柴油車低負(fù)荷排放進(jìn)行研究,僅張丹等[18]在整車轉(zhuǎn)鼓上開展了整車LLC的測試,其發(fā)現(xiàn)整車LLC循環(huán)測得的NO比排放是中國重型商用車輛循環(huán)(C-WTVC)[19]的15倍.因此,本文基于遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺的數(shù)據(jù)對我國實(shí)際行駛中的低負(fù)荷特征進(jìn)行了分析,然后在一臺滿足國六排放標(biāo)準(zhǔn)的6L柴油機(jī)上,開展了基于國六法規(guī)循環(huán)(WHTC)和LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)的研究;并采用發(fā)動機(jī)在環(huán)(EIL)的方法,在發(fā)動機(jī)臺架上運(yùn)行不同載荷的LLC整車循環(huán),對低負(fù)荷循環(huán)下的NO排放特性進(jìn)行闡釋,分析了整車LLC循環(huán)和發(fā)動機(jī)LLC循環(huán)的排放差異.

1 試驗(yàn)方法

1.1 LLC循環(huán)

LLC循環(huán)是美國加州環(huán)保局委托西南研究院制定的一個(gè)時(shí)長為5505s的測試循環(huán),如圖1所示.LLC循環(huán)包括一個(gè)整車循環(huán)和一個(gè)發(fā)動機(jī)循環(huán),但目前規(guī)定只需要進(jìn)行發(fā)動機(jī)循環(huán),并且是在熱態(tài)條件下開展試驗(yàn)[15].

圖1 美國加州低負(fù)荷測試循環(huán)

LLC循環(huán)的開發(fā)過程中采集了751輛車超過600GB的原始數(shù)據(jù),并通過低負(fù)荷窗口定義、聚類分析等得到了代表性的工況片段,充分考慮了實(shí)際車輛行駛過程中出現(xiàn)的持續(xù)低負(fù)荷、高負(fù)荷到低負(fù)荷,低負(fù)荷到高負(fù)荷以及中速巡航等場景,再通過拼接、試驗(yàn)驗(yàn)證等方式獲得了整車的LLC循環(huán)[17].LLC整車循環(huán)的各場景特性如表1所示.其中場景1～3為持續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行,場景3的平均車速、平均功率最低,怠速占比達(dá)到53%.場景4為中速巡航以及倒拖,倒拖比例達(dá)到28%,怠速占比最低,僅有10%.場景5為高負(fù)荷轉(zhuǎn)換到低負(fù)荷再到倒拖及短怠速,其倒拖比例最高,達(dá)到34%.場景6為在原地長時(shí)間作業(yè)后,從低負(fù)荷轉(zhuǎn)換到高負(fù)荷,怠速占比最高,為66%.

表1 LLC循環(huán)中各場景的特性

在得到了LLC整車循環(huán)之后,西南研究院采用美國環(huán)保署的溫室氣體排放模型(GEM)將整車工況轉(zhuǎn)換為發(fā)動機(jī)工況[15],從而得到了發(fā)動機(jī)的LLC工況.值得注意的是,在轉(zhuǎn)換過程中,所采用的的整車載荷均沒有采用滿載.這也是在本文中通過EIL分析不同載荷的LLC循環(huán)排放的原因.

1.2 EIL方法

發(fā)動機(jī)在環(huán)的開發(fā)方法,是指在傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)臺架上,通過將構(gòu)建的虛擬整車模型、駕駛員模型、道路和環(huán)境模型耦合到一起來實(shí)現(xiàn)在發(fā)動機(jī)臺架上對整車功能進(jìn)行開發(fā)優(yōu)化的一種方式[20-23].該方法能夠?qū)Ⅰ{駛策略、測試環(huán)境等變量進(jìn)行統(tǒng)一,從而排除來自于駕駛、交通狀況、環(huán)境條件的干擾,達(dá)到研究載荷這個(gè)唯一變量對同一個(gè)測試循環(huán)排放影響的目的.

1.3 基于遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的分析方法

目前國六法規(guī)要求重型車輛必須安裝車載終端,向國家平臺或地方平臺傳輸數(shù)據(jù).為研究我國實(shí)際行駛中的低負(fù)荷特征,首先對遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)做了如下處理:1)剔除發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為0的數(shù)據(jù);2)剔除NO傳感器發(fā)送的無效值的數(shù)據(jù)(在數(shù)據(jù)中體現(xiàn)為一個(gè)3000+或-10以下的值).將低負(fù)荷工況定義為凈輸出扭矩百分比低于20%的工況,分成3個(gè)區(qū)間,分別是低于10%,10%～15%和15%～20%.凈輸出扭矩百分比是指當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的實(shí)際扭矩與參考扭矩的比值,在OBD數(shù)據(jù)中體現(xiàn)為扭矩百分比和摩擦扭矩百分比的差值.

計(jì)算各低負(fù)荷區(qū)間的時(shí)間占比和排放占比,其中:10%以下低負(fù)荷占比=發(fā)動機(jī)凈輸出扭矩百分比￡10%的點(diǎn)的數(shù)量/總的采集點(diǎn)的數(shù)量×100%;10%～ 15%低負(fù)荷占比2=發(fā)動機(jī)凈輸出扭矩百分比>10%且￡15%的點(diǎn)的數(shù)量/總的采集點(diǎn)的數(shù)量×100%; 15%～20%低負(fù)荷占比=發(fā)動機(jī)凈輸出扭矩百分比>15%且￡20%的點(diǎn)的數(shù)量/總的采集點(diǎn)的數(shù)量× 100%;

參照國六法規(guī),NO排放=SCR下游NO傳感器濃度×(進(jìn)氣質(zhì)量流量+燃油質(zhì)量流量)×0.001587/ 3600,不再進(jìn)行相關(guān)修正.分別計(jì)算NO排放總質(zhì)量以及10%以下、10%～15%和15%～20%低負(fù)荷運(yùn)行下的NO質(zhì)量.將各低負(fù)荷區(qū)間的NO質(zhì)量除以NO排放總質(zhì)量,得到各低負(fù)荷區(qū)間下NO排放占 比.

本次研究隨機(jī)抽取了北京國六標(biāo)準(zhǔn)的混凝土車、工程作業(yè)車、垃圾車和環(huán)衛(wèi)車各1輛1個(gè)月的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.

1.4 試驗(yàn)設(shè)備

本文中發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)設(shè)備包括AVL電力測功機(jī),氣體排放分析儀、顆粒物數(shù)量分析儀,以及EIL測試平臺的整車駕駛員模型AVL VSMTM以及實(shí)時(shí)系統(tǒng) AVL Testbed CONNECT? (RT)等.主要的測試設(shè)備以及軟件見表2.

表2 主要的測試設(shè)備和軟件

續(xù)表2

1.5 試驗(yàn)發(fā)動機(jī)和整車模型

本文所研究的試驗(yàn)樣機(jī)為一臺6L的滿足國六排放標(biāo)準(zhǔn)的重型柴油機(jī),額定功率為180kW,最大扭矩為970Nm,排放控制技術(shù)路線為廢氣再循環(huán)(EGR)+柴油氧化催化器(DOC)+顆粒捕集器(DPF)+選擇性催化還原器(SCR)+氨逃逸催化器(ASC).對應(yīng)的整車模型為一輛N3非城市自卸車.整備質(zhì)量為9000kg,最大總質(zhì)量為24500kg,變速箱包括10個(gè)前進(jìn)擋位.其中滿載和空載下的滑行系數(shù)為實(shí)際道路滑行得到.在發(fā)動機(jī)臺架使用滑行系數(shù)進(jìn)行模擬滑行后通過AVL的Coastdown Manager軟件評估調(diào)整后使用.發(fā)動機(jī)和整車建模的詳細(xì)參數(shù)見表3.

表3 發(fā)動機(jī)及整車建模主要參數(shù)

1.6 試驗(yàn)過程

按照國六法規(guī)要求開展熱態(tài)WHTC(WHTC-H)和LLC發(fā)動機(jī)工況試驗(yàn)(LLC_發(fā)動機(jī)),并通過發(fā)動機(jī)在環(huán)開展?jié)M載和空載條件下的LLC整車工況試驗(yàn)(LLC_整車滿載和LLC_整車空載),測量氣態(tài)污染物和顆粒物數(shù)量排放(PN).

2 結(jié)果與討論

2.1 基于遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的低負(fù)荷特征

由圖2可見,4類車的低負(fù)荷時(shí)間占比范圍為70%～92%.環(huán)衛(wèi)車的低負(fù)荷時(shí)間占比最高,為92%.垃圾車的低負(fù)荷時(shí)間占比最低,但也有70%.從低負(fù)荷的NO排放占比來看,4類車的低負(fù)荷NO排放占比范圍為39%～53%.環(huán)衛(wèi)車的占比最低,為39%.其他3類車的占比均超過了50%.對于混凝土車,低負(fù)荷時(shí)間主要集中在10%以下的負(fù)荷區(qū)間,且NO排放也主要集中在此區(qū)間,可能是因?yàn)檫@輛混凝土車在城區(qū)行駛少,主要是用于攪拌.工程作業(yè)車和垃圾車低負(fù)荷時(shí)間和NO排放主要集中在10%～15%的負(fù)荷區(qū)間,而環(huán)衛(wèi)車低負(fù)荷時(shí)間和NO排放主要集中在10%以下的負(fù)荷區(qū)間.

盡管各車型由于技術(shù)水平和排放控制路線不一致,且樣本量低.但由于是隨機(jī)抽取,獲得的結(jié)論也基本一致,即目前國六城市用車的低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間長,NO排放占比高,說明低負(fù)荷條件下的NO排放亟需控制.

圖2 基于北京遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的重型車低負(fù)荷特征

2.2 不同循環(huán)下污染物排放

由表4可見,與熱態(tài)WHTC相比,LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)的氣態(tài)污染物排放均有增加,而顆粒物排放有所降低.其中LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)的CO和THC排放分別是熱態(tài)WHTC循環(huán)的3.5和7.8倍,但依然滿足目前國六排放法規(guī)的限值要求.而LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)的NO排放是熱態(tài)WHTC循環(huán)的8.8倍,是國六排放法規(guī)限值的3.2倍.LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)的PN排放是熱態(tài)WHTC循環(huán)的0.5倍.

對比LLC整車循環(huán)滿載和空載下的排放發(fā)現(xiàn),空載條件下,氣態(tài)污染物排放升高,而顆粒物排放降低.滿載的CO、THC和NO排放比空載條件下分別增加了231%、1223%和382%,而PN排放降低了40%.

表4 不同循環(huán)下污染物比排放量

對比LLC整車循環(huán)和發(fā)動機(jī)循環(huán)的排放結(jié)果發(fā)現(xiàn),空載LLC整車循環(huán)的CO、THC和NO比發(fā)動機(jī)循環(huán)分別高26.6%、19.4%和126%,而PN排放低1.5%.而滿載LLC整車循環(huán)的CO、THC和NO比發(fā)動機(jī)循環(huán)分別低61.8%、91%和53.1%,而PN排放高64.6%.

上述結(jié)論說明了載荷對最終的污染物排放會產(chǎn)生較大的影響,跟Wang等[24]的研究結(jié)果一致.他們研究了半掛牽引車載荷對排放的影響,發(fā)現(xiàn)載荷對于低速運(yùn)行區(qū)間的排放影響最大.因此在開發(fā)LLC工況的過程中,在由整車工況轉(zhuǎn)換為發(fā)動機(jī)工況時(shí),需要合理設(shè)置車輛載荷.過高的車輛載荷轉(zhuǎn)換的發(fā)動機(jī)工況,會降低低負(fù)荷的評估強(qiáng)度.而過低的車輛載荷轉(zhuǎn)換的發(fā)動機(jī)工況,也不符合重型車作為商用運(yùn)輸車輛的實(shí)際用途.

2.3 不同循環(huán)下NOx瞬態(tài)排放特征

由圖3可見,NO的排放增加主要對應(yīng)4個(gè)區(qū)域.第1個(gè)是LLC開始的持續(xù)低負(fù)荷階段,對應(yīng)場景1和2,此時(shí)NO排放持續(xù)增加.第2、3區(qū)域?qū)?yīng)場景4、5,在一段時(shí)間的怠速后,轉(zhuǎn)速和扭矩的增加,導(dǎo)致NO排放增加.第4個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)場景6,此時(shí)發(fā)動機(jī)經(jīng)歷了一個(gè)非常長時(shí)間的怠速,轉(zhuǎn)速和扭矩增加后,NO排放明顯增加.而在場景3中,盡管負(fù)荷很低,但并沒有非常明顯的NO排放.

如圖4所示,對于熱態(tài)WHTC循環(huán),其NO瞬態(tài)排放峰值主要出現(xiàn)在循環(huán)的第350～500s的區(qū)域.該階段的NO占總的熱態(tài)WHTC循環(huán)NO排放的85%.熱態(tài)WHTC的最大峰值為0.18g/s,而LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)的NO排放最大峰值為0.29g/s.

圖3 LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)NOx瞬態(tài)排放特性

圖4 熱態(tài)WHTC循環(huán)NOx瞬態(tài)排放特性

由圖5可見,滿載條件下的NO瞬態(tài)排放特性與LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)相似,也是分為4個(gè)區(qū)域.但空載條件下NO的瞬態(tài)排放特性與LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)存在一定差異.最明顯的差距是在場景3.在LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)中,NO排放增加很少.但在空載條件下的整車LLC循環(huán)中,NO排放顯著增加.這說明在對場景3進(jìn)行整車工況轉(zhuǎn)化成發(fā)動機(jī)工況時(shí),應(yīng)將車輛載荷設(shè)置得更低一些,才能更好地體現(xiàn)對場景3這種持續(xù)超低負(fù)荷的管控效果.

圖5 LLC整車循環(huán)NOx瞬態(tài)排放特性

2.4 LLC各場景NOx排放特性

由圖6可見,LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)比排放最高的是場景6,為4.56g/(kW×h),約為國六排放限值的9.9倍.其次是場景1、5、4,其比排放分別為國六排放限值的4.1、2.5和2.1倍.場景2和3的比排放都低于國六排放限值.而對于LLC整車循環(huán),在滿載條件下,比排放最高的是場景6,為3.4g/(kW×h),約為國六限值的7.4倍,其次是場景1,其比排放為國六限值的3.3倍.其后依次為場景4、2、5、3,比排放都低于國六排放限值.在空載條件下,比排放最高的是場景1,達(dá)到10.2g/(kW×h),為國六排放限值的22.2倍,其次是場景6、3、2、5、4,其比排放分別為國六排放限值的19.4、17.8、5.6、4.5和3.3倍.

由圖7可見,無論是整車循環(huán)還是發(fā)動機(jī)循環(huán),場景6的NO排放占比都是最高的,其中LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)和LLC整車滿載循環(huán)的NO排放占比達(dá)到了50%.LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)和LLC整車滿載循環(huán)在場景3的NO排放占比極低,而LLC整車空載循環(huán)各場景的NO排放占比分布更加均衡.這也說明目前LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)對場景3的考核作用不強(qiáng).

圖6 LLC循環(huán)各場景NOx比排放

圖7 LLC循環(huán)各場景NOx排放占比

2.5 討論

影響最終NO排放的因素是發(fā)動機(jī)原排和SCR的催化效率.發(fā)動機(jī)原排取決于發(fā)動機(jī)的運(yùn)行工況和控制策略如EGR的使用等[25-26],而SCR的催化效率的影響因素很多[27-28],但主要取決于排氣溫度.

基于OBD數(shù)據(jù)里的SCR前NO傳感器和空氣流量、燃油流量等參數(shù),按照國六標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算NO比排放的要求計(jì)算得到了LLC循環(huán)下各場景以及熱態(tài)WHTC和LLC總循環(huán)的NO原排比排放,如表5所示.熱態(tài)WHTC總循環(huán)的原排比排放跟LLC發(fā)動機(jī)總循環(huán)相差不大,分別為7.2,7.0g/(kW×h).而LLC整車滿載循環(huán)和空載循環(huán)的總原排比排放相差不大,分別為8.8,9.0g/(kW×h),空載循環(huán)略高.從LLC的場景分布來看,對于LLC發(fā)動機(jī)循環(huán),原排最高的是場景6,達(dá)9.4g/(kW×h),最低的為場景2,為5.7g/ (kW×h).對于LLC整車滿載循環(huán),原排最高的是場景3,達(dá)10.8g/(kW×h).其次為場景6,為10.1g/(kW×h).最低的為場景1,為6.6g/(kW×h).對于整車空載循環(huán),原排最高的是場景3,達(dá)15.1g/(kW×h).其次為場景1和場景6,分別為14.6,13.5g/(kW×h).最低的為場景4,為6.6g/ (kW×h).

表5 基于前NOx傳感器的NOx原排[g/(kW×h)]

基于SCR前后NO傳感器的值,計(jì)算了SCR的NO轉(zhuǎn)化效率.NO轉(zhuǎn)化效率為NO原排總量與NO尾排總量的差值占原排總量的百分比.由表6可見,從整個(gè)循環(huán)來看,熱態(tài)WHTC、LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)、LLC整車空載循環(huán)和LLC整車滿載循環(huán)的平均SCR入口溫度分別為272,189,170,237℃.因此,熱態(tài)WHTC的NO轉(zhuǎn)化效率最高,達(dá)97%.LLC整車空載循環(huán)的NO轉(zhuǎn)化效率最低,僅為64%.LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)和LLC整車滿載循環(huán)分別為81%和89%.由于LLC整車空載循環(huán)的原排又最高,因此其最終比排放高達(dá)3.37g/(kW×h)(見表4).熱態(tài)WHTC的原排要略高于LLC發(fā)動機(jī)循環(huán),但由于其NO轉(zhuǎn)化效率高,因此其最終比排放僅為0.17g/(kW×h).盡管LLC整車滿載循環(huán)的原排要高于LLC發(fā)動機(jī)循環(huán),但由于其排溫更高,因此其轉(zhuǎn)化效率更高,導(dǎo)致其最終比排放只有LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)的一半.這說明NO轉(zhuǎn)化效率對最終NO排放的影響,要大于原排的影響.

從場景分布來看,LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)各場景中場景2的平均SCR入口溫度最高,為225℃,其NO轉(zhuǎn)化效率也高達(dá)97%.場景6的平均SCR入口溫度最低,僅有147℃,其NO轉(zhuǎn)化效率只有56%.LLC整車滿載循環(huán)各場景中場景5的平均SCR入口溫度最高,為297℃,其NO轉(zhuǎn)化效率也高達(dá)98%.場景6的平均SCR入口溫度最低,僅有173℃,其NO轉(zhuǎn)化效率只有64%.LLC發(fā)動機(jī)循環(huán)和整車滿載循環(huán)場景6的NO原排也很高,因此最終的NO排放也很高.

LLC整車空載循環(huán)各場景中場景5的平均SCR入口溫度最高,為202℃,其NO轉(zhuǎn)化效率為85%.場景6的平均SCR入口溫度最低,僅有133℃,其NO轉(zhuǎn)化效率只有44%.此外,LLC整車空載循環(huán)場景1和3,轉(zhuǎn)化效率分別為41%和51%,而場景1、3和6的NO原排又非常高,因此這3個(gè)場景的NO排放很高.此外,從表6中也可以看出,并不是平均入口溫度越高,NO轉(zhuǎn)化效率越高.這主要是因?yàn)檫@里的溫度只是平均溫度,并不能完全對應(yīng)上瞬態(tài)NO轉(zhuǎn)化效率.

表6 NOx的轉(zhuǎn)化效率及平均SCR入口溫度

圖8 SCR入口溫度和NOx尾排濃度

如圖8所示,對于場景1、2、3,由于持續(xù)低負(fù)荷運(yùn)行,LLC整車空載循環(huán)的SCR入口溫度大部分都在200℃以下.此外,場景4、5、6中,都有一段時(shí)間較長的怠速.這段時(shí)間SCR入口溫度均有明顯的下降,場景6尤為明顯,所以LLC循環(huán)中場景6的NO轉(zhuǎn)化效率非常低.

3 結(jié)論

3.1 北京國六城市柴油車的低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間長,NO排放占比高.重型柴油車低負(fù)荷下的NO排放亟需控制.

3.2 基于發(fā)動機(jī)臺架,結(jié)合EIL方法闡明LLC整車循環(huán)和發(fā)動機(jī)循環(huán)的排放特征以及跟目前WHTC循環(huán)排放特性的差異.LLC循環(huán)能夠能反映長時(shí)間運(yùn)行在低負(fù)荷以及長時(shí)間怠速造成排溫降低導(dǎo)致NO轉(zhuǎn)化效率降低的實(shí)際情況.目前的WHTC循環(huán)并不能對這些場景進(jìn)行考核,因此中國也應(yīng)該根據(jù)商用車實(shí)際行駛特征,開發(fā)適合中國道路特征的低負(fù)荷工況.

3.3 車輛載荷對NO轉(zhuǎn)化效率和最終的NO排放有較大影響,因此低負(fù)荷工況的開發(fā)過程中,尤其是在將整車工況轉(zhuǎn)換成發(fā)動機(jī)工況時(shí),應(yīng)考慮載荷的影響.

3.4 LLC循環(huán)下的NO排放很高,主要原因是由于排溫較低所致.因此,企業(yè)在針對LLC循環(huán)進(jìn)行標(biāo)定開發(fā)時(shí),要尤其關(guān)注后處理系統(tǒng)的熱管理以及SCR的低溫轉(zhuǎn)化性能.

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Low load running characteristics and NOxemission under low load for heavy-duty diesel vehicles.

WANG Xiao-wei1, JING Xiao-jun1, GAO Tao1, LI Gang2*, GU Xue-jing2, ZHANG You-yuan3

(1.CATARC Automotive Test Center (Tianjin) Co., Ltd., Tianjin 300300, China；2.Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China；3.Dongfeng Liuzhou Motor Co., Ltd., Liuzhou 545000, China)., 2022,42(11)：5063～5071

The operation and emission performances of a heavy-duty diesel urban vehicle which meets the China VI emission standard have been investigated based on remote monitoring data. Furthermore, a 6L diesel engine which also meets the China VI emission standard has been adopted to carry out the World Harmonized Transient-State Cycle (WHTC) and California Low Load Cycle (LLC) emission tests on an engine test bench using the engine-in-the-loop methodology. The NOemission characteristics under the low-load conditions have been studied. Results suggest that the heavy-duty diesel urban vehicle tends to run under the low-load conditions, accompanied with a large portion of NOemitted. The LLC test reveals the fact that the engine spends more time running under the low-load condition, which leads to a low emission temperature as well as low NOconversion efficiency. The high NOemission under the LLC test is mainly caused by the low exhaust temperature. China is suggested to develop low-load cycle to control the NOemissions under such conditions according to the actual driving characteristics of commercial vehicles. The loading setting should be taken into consideration when developing the low-load cycle given the fact that the NOconversion and emission are significantly affected by the vehicle loading.

heavy-duty diesel vehicle；remote monitor；low load cycle；run characteristics；nitrogen oxides；emission

X511

A

1000-6923(2022)11-5063-09

汪曉偉(1984-),男,湖南益陽人,高級工程師,博士,主要從事汽車及發(fā)動機(jī)節(jié)能減排工作.發(fā)表論文40余篇.

2022-04-12

國家重點(diǎn)研究計(jì)劃(2019YFC0214800)資助;中國環(huán)境科學(xué)研究院中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)資助(2021-JY-23)

* 責(zé)任作者, 高級工程師, ligang@vecc.org.cn