涂安全 劉文彬 葉廣島 姜 澤

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心 安徽 合肥 230601）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，國民汽車保有量持續(xù)增長，在給人們帶來便捷的同時(shí)，也給環(huán)境帶來了越來越大的壓力[1]。針對(duì)機(jī)動(dòng)車排放的危害性，各國都制定了嚴(yán)格的法規(guī)來加強(qiáng)對(duì)機(jī)動(dòng)車排放的監(jiān)管和控制[2]。傳統(tǒng)測試汽車尾氣排放的方法通常為在底盤測功機(jī)上進(jìn)行轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)，但該方法測得的結(jié)果與實(shí)際行駛結(jié)果有較大的差異[3]。歐盟率先于2014 年9 月實(shí)施第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)，并增加實(shí)際行駛污染物排放（real drive emission，RDE）測試，我國亦于2016 年年底發(fā)布了GB 18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）[4]，并正式引入RDE 試驗(yàn)作為II 型試驗(yàn)，從2023 年7月1 日起輕型車需滿足RDE 限值要求，因此需要針對(duì)性開展限值測試與研究。

本文基于某車型在西寧市進(jìn)行RDE 測試，研究高原低溫環(huán)境下實(shí)際道路排放的技術(shù)應(yīng)用。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)車輛

本次試驗(yàn)選用一輛滿足國VI 排放標(biāo)準(zhǔn)的增壓直噴M1 型車，其主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 車輛主要技術(shù)參數(shù)

1.2 測試設(shè)備

國VI 法規(guī)中規(guī)定使用車載便攜式排放測試設(shè)備（portable emission measurement system，PEMS）進(jìn)行RDE 測試[5]。本文所使用的設(shè)備為日本HORIBA 公司的OBS-ONE 便攜式車載排放測試系統(tǒng)[6]，該系統(tǒng)主要由氣體（GAS）分析模塊、顆粒數(shù)量（PN）分析模塊和排氣流量計(jì)3 大部分組成，另有全球定位系統(tǒng)（GPS）、氣象站（溫濕度）和OBD 通信設(shè)備等附件。標(biāo)準(zhǔn)配置及實(shí)車搭載參見圖1、圖2。

圖1 OBS-ONE 車載排放測試系統(tǒng)

圖2 OBS-ONE 實(shí)車搭載

1.3 試驗(yàn)方案

國VI 法規(guī)中RDE 測試對(duì)環(huán)境溫度與海拔等條件做了較為具體的要求，其中海拔高度要求在2 400 m以下，環(huán)境溫度要求在-7 ℃～35 ℃。為測試高原環(huán)境對(duì)排放的影響，選擇在西寧市進(jìn)行RDE 試驗(yàn)。西寧市海拔高度為2 400 m 左右，符合法規(guī)進(jìn)一步拓展海拔的邊界要求，為疊加低溫環(huán)境的影響，試驗(yàn)時(shí)間選在11 月底至12 月初，天氣溫度在-8 ℃～6 ℃，經(jīng)過測試選擇的試驗(yàn)路線如表2 所示。

表2 試驗(yàn)路線

2 試驗(yàn)結(jié)果分析與優(yōu)化

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)初始水溫為-7 ℃，駕駛風(fēng)格以激進(jìn)為主。試驗(yàn)完成后，校驗(yàn)車輛的行程動(dòng)力學(xué)參數(shù)，在法規(guī)要求的范圍之內(nèi)，且行程動(dòng)力學(xué)貼近邊界。正常性及完整性校驗(yàn)、累計(jì)正海拔高度均滿足法規(guī)要求。CO2窗口見圖3，行程動(dòng)力學(xué)參數(shù)見表3。

圖3 CO2 窗口

表3 行程動(dòng)力學(xué)參數(shù)

利用移動(dòng)平均窗口法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。移動(dòng)平均窗口法是一種分析排放的方法，該方法將試驗(yàn)結(jié)果分為數(shù)據(jù)子集（不同窗口），并用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理方法識(shí)別有效的RDE 窗口。在RDE 試驗(yàn)中，主要測量的排放污染物為CO、NOx和PN，評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)為排放結(jié)果要小于I 型試驗(yàn)排放限值與符合性因子（Conformity Factor，CF）的乘積，國VI 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的NOx和PN 的CF 值為2.1，CO 的排放結(jié)果只需要測量，不進(jìn)行驗(yàn)證。

利用移動(dòng)平均窗口法求得排放結(jié)果，與標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比較，如表4 所示。PN 滿足法規(guī)限值要求，但NOx超標(biāo)。

表4 排放結(jié)果

2.2 問題分析

因該車型平原RDE 排放結(jié)果較好，為探究NOx超標(biāo)原因，對(duì)平原數(shù)據(jù)與低溫高原數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，繪制平原和低溫高原兩種邊界條件下NOx秒采圖，如圖4、圖5 所示。

圖5 低溫高原NOx 秒采圖

由圖4、圖5 可知，低溫高原環(huán)境下NOx排放量遠(yuǎn)高于平原，且主要集中在高速區(qū)。另外，兩種工況在冷起動(dòng)階段的NOx排放量都很高，但在利用移動(dòng)平均窗口法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，會(huì)去除冷起動(dòng)階段的數(shù)據(jù)，因此無需考慮。下面主要從高速段入手探究NOx排放量超標(biāo)的原因。

以平原RDE 試驗(yàn)的數(shù)據(jù)做對(duì)比，繪制兩種邊界條件下掃氣率、換擋線以及負(fù)荷在高速段的秒采圖，如圖6、圖7 所示。

圖6 掃氣率秒采圖

圖7 換擋線和負(fù)荷秒采圖

掃氣是指采用特定的氣門重疊角，在氣門開啟重疊期間，由于進(jìn)、排氣壓差的作用使得新鮮空氣由進(jìn)氣歧管直接流向排氣歧管的過程[7]。由圖6 可知，低溫高原工況相比平原更易發(fā)生掃氣，這是因?yàn)楦咴h(huán)境下空氣稀薄，渦輪增加的效果會(huì)更加明顯，使得進(jìn)、排氣岐管之間的壓力差增大，從而導(dǎo)致掃氣更容易發(fā)生。

掃氣雖然可以通過增加充氣效率改善發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷下的輸出轉(zhuǎn)矩[8]，但也容易營造富氧的環(huán)境，使得碳完全燃燒變成CO2，而不會(huì)與NOx發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生N2，因此使得尾氣中NOx的含量急劇增加。

由圖7 可知，低溫高原條件下?lián)Q擋線波動(dòng)異常，在6、7、8 三個(gè)擋位之間頻繁切換，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷頻繁變化，也使得NOx排放增加。

2.3 排放優(yōu)化及結(jié)果

通過以上問題分析，提出了兩種解決方案。一是調(diào)整高速段掃氣；二是調(diào)整換擋線，避免擋位的頻繁跳變。

結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架標(biāo)定數(shù)據(jù)，對(duì)VVT 選點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，降低RDE 工況的掃氣率，同時(shí)調(diào)整高原換擋線，將變更后的ECU、TCU 數(shù)據(jù)在整車上進(jìn)行刷新。重新開展測試，發(fā)動(dòng)機(jī)初始水溫為-7 ℃，采用同樣的路線及駕駛風(fēng)格，開展試驗(yàn)驗(yàn)證。圖8、圖9 列出了優(yōu)化后掃氣率、換擋線以及負(fù)荷在高速段的曲線。

圖8 掃氣率對(duì)比圖

圖9 換擋線和負(fù)荷對(duì)比圖

由圖8、圖9 可知，優(yōu)化后換擋線的波動(dòng)情況有所改善，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷有一定程度的降低，同時(shí)掃氣率明顯降低。

將優(yōu)化后的排放結(jié)果計(jì)算整理，如表5 所示，NOx秒采圖如圖10 所示。由圖可知，優(yōu)化后的排放結(jié)果較好，高速段NOx大幅降低，滿足國VI 排放要求。但其在高速段的排放量相對(duì)較高，仍值得繼續(xù)優(yōu)化，但是掃氣率的控制與臺(tái)架標(biāo)定數(shù)據(jù)息息相關(guān)，掃氣的控制需要在臺(tái)架中予以驗(yàn)證和優(yōu)化。

圖10 優(yōu)化后NOx 秒采圖

表5 優(yōu)化后排放結(jié)果

3 結(jié)論

本次參與測試的車型在平原地區(qū)排放表現(xiàn)較好，但是在高原低溫環(huán)境測試下出現(xiàn)NOx排放較高問題，通過標(biāo)定數(shù)據(jù)優(yōu)化最終予以解決，排放達(dá)成法規(guī)要求。主要結(jié)論如下：

1）掃氣率對(duì)NOx排放影響較大，在臺(tái)架標(biāo)定階段應(yīng)對(duì)掃氣率加以控制，避免出現(xiàn)掃氣率過高影響排放結(jié)果，導(dǎo)致排放超標(biāo)問題。

2）換擋線決定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行區(qū)間，因高原環(huán)境不同，高原換擋線通常不同于平原地區(qū)的換擋線，高原換擋線應(yīng)結(jié)合RDE 測試工況，避免出現(xiàn)頻繁選換擋問題，造成發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷頻繁變化，同時(shí)應(yīng)結(jié)合動(dòng)力性等要求控制在合理擋位。

3）高原地區(qū)RDE 測試結(jié)果與平原地區(qū)存在一定差異，應(yīng)當(dāng)根據(jù)RDE 測試邊界要求，在高原地區(qū)開展排放測試，確認(rèn)排放結(jié)果，并針對(duì)排放問題進(jìn)行優(yōu)化，滿足RDE 限值要求。