顧王文 王 猛 許卿云 王計廣

（1-中汽研汽車檢驗中心（昆明）有限公司 云南 昆明 651700 2-云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 3-紅河州質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督綜合檢測中心）

引言

截止2020 年底，高原省區(qū)民用汽車保有量為3 477.84 萬輛[1]。大量的汽車保有量必然伴隨著大量的機(jī)動車排放污染。以往關(guān)于高原機(jī)動車整車排放及油耗測試研究的主要手段有海拔艙環(huán)境模擬、車載排放測試系統(tǒng)隨車測試、發(fā)動機(jī)臺架模擬以及純粹的軟件模擬研究[2-3]，其中海拔艙環(huán)境模擬費時費力且成本高，車載排放測試系統(tǒng)隨車測試受整車排放及油耗測試的試驗條件限制很難驗證重復(fù)性。而GB18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》[4]中明確要求車載RDE（Real Driving Emission）測試需要擴(kuò)展到海拔2 400 m，因此，對輕型汽車在高原條件下的排放及油耗研究對保護(hù)生態(tài)環(huán)境、逐步完善排放標(biāo)準(zhǔn)有重大意義。本文基于海拔1 900 m 的高原實際條件下的輕型汽車排放實驗室，利用穩(wěn)定的環(huán)境控制條件（使用高原地區(qū)的環(huán)境艙，在真實的海拔環(huán)境下，精確控制溫度和濕度），對輕型汽車高原排放及油耗進(jìn)行研究。

1 研究方法

采用同一輛輕型增壓汽油乘用車，在高海拔實驗室內(nèi)的相同溫度、濕度條件下，利用平原道路阻力和修正后的高原道路阻力分別在底盤測功機(jī)上進(jìn)行WLTC 循環(huán)測試，然后對不同阻力下的排放及油耗測試結(jié)果進(jìn)行對比。

高原道路阻力修正方法按照GB/T 19233-2020《輕型汽車燃料消耗量試驗方法》[5]中C.3.2 規(guī)定，參照GB 18352.6-2016 標(biāo)準(zhǔn)中附件CC 確定的0 m 海拔和20 ℃條件下滑行數(shù)據(jù)擬合出的行駛阻力常數(shù)項系數(shù)a0和二次項系數(shù)b0，按照如下公式計算得到海拔1 900 m 和23 ℃條件下行駛阻力的常數(shù)項系數(shù)a1和二次項系數(shù)b1，作為設(shè)定用替代的道路行駛阻力系數(shù)[5]。

將利用a1和b1計算得到的道路阻力作為海拔1 900 m 的高原條件下的道路阻力（簡稱修正后的高原道路阻力），在底盤測功機(jī)上進(jìn)行調(diào)整后，進(jìn)行阻力加載，按照輕型汽車常溫冷起動的測試流程進(jìn)行試驗。測試環(huán)境溫度為（23±2）℃，相對濕度為（45±5）%。得到兩種道路阻力下的排放及油耗測試結(jié)果，進(jìn)行結(jié)果對比分析和瞬態(tài)排放數(shù)據(jù)分析。

2 試驗

2.1 試驗用車

試驗用車為一輛輕型多功能汽油乘用車，主要參數(shù)/特性見表1。

表1 試驗車輛主要參數(shù)/特性

2.2 試驗循環(huán)

修正后的高原道路阻力與平原道路阻力均采用WLTC 循環(huán)進(jìn)行試驗，循環(huán)分為4 個階段：低速、中速、高速和超高速階段。WLTC 循環(huán)曲線圖如圖1 所示。

圖1 WLTC 循環(huán)曲線圖

2.3 試驗設(shè)備

測試用主要設(shè)備有：德國AIP 公司的底盤測功機(jī)、德國WEISS 公司的氣候環(huán)境艙、日本HORIBA公司的MEXA-ONE 分析采樣系統(tǒng)和SPCS-2000 顆粒計數(shù)系統(tǒng)。

3 試驗結(jié)果

3.1 道路阻力修正結(jié)果

在底盤測功機(jī)上，采用平原道路阻力和修正后的高原道路阻力對車輛進(jìn)行調(diào)整，得到兩組不同車速下的底盤測功機(jī)加載阻力曲線，如圖2 所示。

圖2 不同海拔下的車輛加載阻力曲線

從圖2 可以發(fā)現(xiàn)，隨著車速增加，特別是車速超過70 km/h 后，修正后的高原道路阻力明顯小于平原道路阻力。車速越高，相比于平原道路阻力，修正后的高原道路阻力減小明顯，減小幅度最多達(dá)18.5%。

3.2 排放和油耗測試結(jié)果

對同一輛試驗車，在相同環(huán)境溫度、濕度下進(jìn)行常溫冷起動排放測試試驗。測試A 代表平原道路阻力，測試B 代表修正后的高原道路阻力。兩種道路阻力下的排放和油耗測試結(jié)果見表2。

表2 兩種道路阻力下的排放和油耗測試結(jié)果

4 試驗結(jié)果分析

從表2 可知，在修正后的高原道路阻力下，除了NOx排放升高了8.5%以外，其他污染物排放和油耗均呈現(xiàn)不同程度的下降趨勢，特別是CO 和THC 排放下降明顯，分別下降了26.6%和20.1%；而PN 排放下降了14.3%；油耗則下降了10.7%。

1）兩種道路阻力下CO 瞬態(tài)排放情況如圖3所示。

圖3 兩種道路阻力下CO 瞬態(tài)排放情況

從圖3 可以看出，平原道路阻力對CO 排放的影響主要在中高速及超高速階段。車速超過60 km/h以后，較高的行駛阻力導(dǎo)致每一次加速過程均有CO 排放峰值出現(xiàn)。特別是行駛至1 200 s 左右的高速階段加速過程，較大的平原道路阻力導(dǎo)致CO 排放急劇升高。超高速階段的加速過程也出現(xiàn)類似情況。行駛阻力加大，必然要求發(fā)動機(jī)加濃混合氣。提高動力的同時，導(dǎo)致燃燒不充分。急加速工況，短時間內(nèi)還可能導(dǎo)致發(fā)動機(jī)控制變?yōu)殚_環(huán)控制，CO 排放急劇升高。

2）兩種道路阻力下THC 瞬態(tài)排放情況如圖4所示。

圖4 兩種道路阻力下THC 瞬態(tài)排放情況

從圖4 可以看出，起步階段，兩種道路阻力下，因冷起動過程燃燒不充分，均出現(xiàn)TCH 排放峰值。在較大的平原道路阻力下，150 s 左右，車輛低速階段加速過程中，出現(xiàn)第二次THC 排放峰值。主要原因是該階段加速過程有較大的動力需求，而發(fā)動機(jī)缸內(nèi)溫度不夠高，迫使混合氣加濃，出現(xiàn)THC 氧化不完全，THC 排放出現(xiàn)第二次峰值。高速和超高速階段加速過程中，在較大的行駛阻力下，需加濃混合氣以提高動力輸出，導(dǎo)致燃燒不充分，THC 排放升高。由于修正后的高原道路阻力較小，熱車后的THC 排放峰值明顯低于較大平原道路阻力下的THC 排放峰值。

3）兩種道路阻力下NOx瞬態(tài)排放情況如圖5所示。

圖5 兩種道路阻力下NOx 瞬態(tài)排放情況

從圖5 可以看出，兩種道路阻力下，起步冷車階段，三元催化器還處于較涼的狀態(tài)，工作效果不佳，使得NOx排放較高。發(fā)動機(jī)和三元催化器熱車以后，兩種道路阻力下，NOx排放趨勢幾乎保持一致。在較大的平原道路阻力下，THC 和CO 排放升高還有抑制NOx生成、降低NOx排放的功能。

4）兩種道路阻力下顆粒物數(shù)量PN 瞬態(tài)排放情況如圖6 所示。

圖6 兩種道路阻力下PN 瞬態(tài)排放情況

從圖6 可以看出，PN 排放主要集中在起步冷車階段。此時車速較低，兩種道路阻力對PN 的排放影響不大。在超高速階段，由于阻力增大，導(dǎo)致混合氣加濃，在平原道路阻力下，伴隨著加速過程出現(xiàn)較高的PN 排放峰值，導(dǎo)致平原道路阻力下的PN排放高于修正后的高原道路阻力下的PN 排放。

5）兩種道路阻力下CO2瞬態(tài)排放情況如圖7所示。

圖7 兩種道路阻力下CO2 瞬態(tài)排放情況

CO2排放直接決定了車輛的油耗水平。從圖7可以看出，由于高速條件下，修正后的高原道路阻力明顯小于平原道路阻力，整個高速過程，修正后的高原阻力下的CO2排放均比平原道路阻力下的CO2排放低，使得油耗下降10.7%。

5 結(jié)論

采用同一輛試驗樣車，在修正后的高原道路阻力和平原道路阻力下，進(jìn)行了GB18352.6-2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》中I 型試驗。高原條件對測試結(jié)果的影響主要有以下幾點：

1）海拔從0 m 上升到1 900 m，車輛道路阻力隨車速增加呈現(xiàn)減小趨勢。車速從70 km/h 開始，行駛阻力產(chǎn)生較大的減小幅度，最多減小了18.5%。

2）在海拔1 900 m 的高原條件下，由于車輛行駛阻力減小，使得THC 排放下降了20.1%，CO 排放下降了26.6%，PN 排放下降了14.3%，NOx排放升高了8.5%。

3）在海拔1 900 m 的高原條件下，在WLTC 循環(huán)，車輛行駛阻力的減小使油耗降低了10.7%。

要強(qiáng)化研究型大學(xué)建設(shè)同國家戰(zhàn)略目標(biāo)、戰(zhàn)略任務(wù)的對接，加強(qiáng)基礎(chǔ)前沿探索和關(guān)鍵技術(shù)突破，努力構(gòu)建中國特色、中國風(fēng)格、中國氣派的學(xué)科體系、學(xué)術(shù)體系、話語體系，為培養(yǎng)更多杰出人才作出貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在中國科學(xué)院第二十次院士大會、中國工程院第十五次院士大會、中國科協(xié)第十次全國代表大會上的講話