中圖分類號：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1001-2222（2025）03-0054-06

輕型汽車是我國產(chǎn)銷量和保有量最大的道路交通工具，年均增長量達(dá)2000萬輛，由于其具有污染物排放總量大、運行區(qū)域廣等特點，已成為國家在機(jī)動車減污降碳領(lǐng)域管控的重點[1]。隨著輕型汽車污染物排放控制技術(shù)的升級，整車/發(fā)動機(jī)企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)中主要開展平原環(huán)境下排放標(biāo)定驗證，而“三高\"（高溫、高原、高寒）標(biāo)定則重點圍繞整車和發(fā)動機(jī)性能開展，不涉及排放性能，因此，平原地區(qū)的排放已得到較全面的控制，而高海拔環(huán)境下輕型汽車的排放未得到有效控制[2。我國海拔 1000m 以上地區(qū)約占國土面積的 58% ，海拔 2 000m 以上的地區(qū)占 33%^[3] 。由于不同海拔地區(qū)的道路路況和環(huán)境條件差異較大，車輛的排放性能隨海拔環(huán)境等條件變化呈現(xiàn)不同程度的惡化[4-5]。為有效控制不同海拔條件下輕型汽車的污染物排放，我國輕型車第六階段排放標(biāo)準(zhǔn)首次將實際駕駛排放納入型式核準(zhǔn)，海拔范圍為 0～2400m^[6] 。

國內(nèi)外學(xué)者對不同海拔條件下輕型汽車污染物排放已開展相關(guān)研究。鄭豐等在北京和昆明使用便攜式車載排放測試系統(tǒng)對一輛國六混合動力車進(jìn)行實際道路行駛排放測試，結(jié)果表明，與在北京相比，該車在昆明行駛時，CO和 CO₂ 排放因子均有所上升，而 NO_x 和PN的排放因子則有所降低。王欣等[8]以一輛符合國六排放標(biāo)準(zhǔn)的缸內(nèi)直噴輕型汽油車作為研究對象，測試分析了不同環(huán)境溫度和海拔對RDE試驗常規(guī)污染物排放的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在30^°C 下，測試海拔的升高降低了車輛的道路阻力需求，導(dǎo)致CO和PN排放呈現(xiàn)隨海拔升高而降低的趨勢。程亮[9]、馬志磊等[10]對不同海拔條件下輕型汽油車、柴油車和汽油-天然氣車開展了實際道路排放測試，研究發(fā)現(xiàn)， NO_x 排放與排氣溫度在大部分試驗中呈較好的線性相關(guān)關(guān)系，燃用汽油時，排氣溫度在高VSP區(qū)間上升較快，導(dǎo)致 NO_x 排放高于燃用天然氣時。各海拔試驗中，燃用天然氣時的CO和 CO₂ 排放因子分別較燃用汽油時平均降低了77.18% 和 22.32% ，且海拔越高，燃用天然氣的 CO₂ 減排效果越明顯。汪曉偉等[11]、靖春勝等[12]、周猛等[13]、禹文林等[14]在實際道路和實驗室條件下對輕型混合動力汽車開展排放測試。T.SELLERI等[15]在全球統(tǒng)一輕型車輛測試循環(huán)工況（worldlightvehicletestcycle，WLTC）下利用實際行駛排放（realdriveemission，RDE）測試程序?qū)?種插電式混合動力汽車進(jìn)行排放測試發(fā)現(xiàn)，與混合動力汽車電量保持模式相比，電量消耗階段污染物和 CO₂ 排放均明顯減少。Z.J.YANG等[16]研究發(fā)現(xiàn)，混合動力車在實際道路行駛時，由于頻繁的再起動，顆粒物數(shù)量有所升高。M.S.GRABOSKI等[17]對比海平面和高海拔條件下柴油機(jī)顆粒物排放，發(fā)現(xiàn)海拔升至 1774m 時，PM排放增加 50%～67% 。盡管輕型汽車產(chǎn)品和技術(shù)日益豐富，但國內(nèi)外尚未在高原整車實驗室環(huán)境下對不同燃料和動力類型輕型汽車污染物排放進(jìn)行系統(tǒng)性測試。

本研究選取10輛國六b階段輕型汽在國家高原機(jī)動車質(zhì)量檢驗檢測中心（海拔 1914m; 開展整車轉(zhuǎn)轂WLTC工況排放測試，研究分析高原環(huán)境下不同燃料和動力類型輕型汽車污染物排放特性，為下階段輕型汽車排放標(biāo)準(zhǔn)的制定及高原地區(qū)輕型汽車污染物排放綜合管控提供支撐。

1材料與方法

1.1 試驗車輛

試驗選取10輛搭載不同燃料和動力類型的國六b階段輕型汽油車，包括插電式混合動力汽車（plug-inhybridelectricvehicle，PHEV）、增程式混合動力汽車（rangeextendelectricvehicle，REEV）、單一燃料輕型汽油車和輕型柴油車以及汽油-天然氣雙燃料輕型汽車（以下簡稱輕型天然氣車）。其中，01號車未進(jìn)行高原排放標(biāo)定， 02～10 號車均完成高原排放標(biāo)定，具體車輛參數(shù)及配置如表1所示。

1.2 試驗方案

本研究在國家高原機(jī)動車質(zhì)量檢驗檢測中心輕型整車環(huán)境模擬排放實驗室進(jìn)行排放測試，模擬海拔為 1914m ，環(huán)境溫度為 -40～60^°C ，可全光譜模擬陽光照射。輕型車排放測試系統(tǒng)主要由風(fēng)機(jī)、AIP底盤測功機(jī)、HORIBA排放分析儀、定容取樣系統(tǒng)（constant volume sampling，CVS）等組成。CVS流量測試范圍為 6～12m³/min ，稀釋后的尾氣通過常規(guī)污染物測試設(shè)備進(jìn)行實時測量。采用非分光紅外法（NDIR）測量CO和 CO₂ 濃度，采用化學(xué)發(fā)光法（CLD）測量 NO_x 濃度，采用氫火焰離子化分析儀（FID）測量總碳?xì)浜浚═HC），采用MEXA-2300SPCS凝結(jié)粒子計數(shù)CPC原理測量PN23濃度。具體的試驗設(shè)備及參數(shù)見表2。

測試中，預(yù)處理和正式試驗均采用GB18352.6—2016標(biāo)準(zhǔn)中WLTC工況循環(huán)，在（ 25±2 ）℃環(huán)境溫度下開展排放測試，正式排放試驗前，車輛需在相應(yīng)的環(huán)境溫度下浸車 6～12h 。WLTC分為4個階段：P1低速段（589s）、P2中速段（433s）、P3高速段（455s）和P4超高速段電 （323s） 。試驗燃料采用符合國六標(biāo)準(zhǔn)的92號基準(zhǔn)車用汽油、0號基準(zhǔn)車用柴油和市售天然氣。插電式混合動力汽車采用電量保持模式（CS模式）進(jìn)行排放測試，該模式下車輛行駛過程中REESS系統(tǒng)（車載可充電儲能系統(tǒng)）的能量保持平衡狀態(tài)，且試驗開始時電量已經(jīng)處于平衡狀態(tài)。電量保持模式試驗用于評估電池在饋電情況整車的排放水平。

為研究高原與平原環(huán)境及排放標(biāo)定策略對污染物排放的影響，選取01號試驗車輛在中汽研汽車檢驗中心（寧波）有限公司的輕型整車環(huán)境模擬排放實驗室開展常溫環(huán)境下的排放測試，平原和高原整車排放測試中的滑行阻力均采用平原環(huán)境實際道路滑行的阻力，測試工況、環(huán)境溫濕度設(shè)置及測試設(shè)備與表2保持一致。

2 結(jié)果與討論

2.1高原和平原環(huán)境下污染物排放特征差異

01號試驗車輛首次開展平原和高原測試時，僅完成了平原環(huán)境排放標(biāo)定。首次高原排放測試后，在中汽研汽車檢驗中心（昆明）有限公司輕型整車環(huán)境模擬排放實驗室開展高原排放標(biāo)定，僅對ECU控制策略進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，未更換或調(diào)整硬件系統(tǒng)。當(dāng)整車企業(yè)標(biāo)定結(jié)果達(dá)到工程目標(biāo)（即完成高原排放標(biāo)定）后，分別進(jìn)行第二次高原和平原環(huán)境下的排放測試，測試結(jié)果見表3。

由表3可以看出：試驗車輛完成平原排放標(biāo)定后，平原實驗室內(nèi)的各項污染物排放測試結(jié)果僅為GB18352.6—2016b階段標(biāo)準(zhǔn)限值的 3.3%～ 52.7% ；但在高原實驗室內(nèi)，污染物排放顯著升高，THC， NO_x ，CO，NMHC， N₂O ，PM，PN污染物排放分別增加 61.99% ， 18.75% ， 26.33% ， 79.32% ，103.03%，170.27%，29.77% 。由此可以看出，高原環(huán)境對輕型汽車污染物排放影響較大，特別是THC，NMHC和PN排放分別達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限值的75.0%，94.5% 和 63.2% 。當(dāng)試驗車輛完成高原排放標(biāo)定后，各項污染物排放得到有效改善，呈現(xiàn)不同程度的下降：THC， NO_x ，CO，NMHC， N₂O ，PM，PN污染物排放分別下降 36.93% ， 10.53% .17.74%，42.43%，50.75%，66.50%，34.65% 。與第一次平原排放測試結(jié)果相比，第二次高原排放結(jié)果的差異范圍為 -15.2%～6.25% ，說明車輛分別完成高原和平原標(biāo)定后，兩者污染物占標(biāo)準(zhǔn)限值的比例相近，高原和平原排放標(biāo)定的效果均較好。為對比高原排放標(biāo)定前后平原環(huán)境下污染物排放差異，開展了第二次平原排放測試，結(jié)果顯示，污染物增減幅度為 -51.1%～103.03% 。盡管 NO_x 和 N₂O 污染物排放分別增長了 62.5% 和 103.03% ，但其實際排放值僅為排放標(biāo)準(zhǔn)限值的 52.0% 和 6.7% ，表明排放控制仍非常有效。

2.2高原環(huán)境下不同類型輕型汽車污染物排放特征分析

選取 01～10 號試驗車輛在中汽研汽車檢驗中心（昆明）有限公司輕型整車環(huán)境模擬排放實驗室開展常溫WLTC工況排放測試，其中01號試驗車輛在完成高原排放標(biāo)定后開展測試，結(jié)果見表4。

由表4可以看出，高原環(huán)境下不同燃料和動力類型的輕型汽車污染物排放存在較大差異，插電式混合動力汽車和增程式混合動力汽車的各污染物排放普遍低于輕型汽油車、輕型柴油車和輕型天然氣車，這主要是因為高原標(biāo)定后通過控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)“動力電池-發(fā)動機(jī)\"間的電量平衡，使車輛保持在較好的排放狀態(tài)，體現(xiàn)了插電式混合動力和增程式混合動力在“減排”方面的技術(shù)優(yōu)勢。

此外，輕型天然氣車的各項污染物排放普遍高于其他類型輕型汽車，特別是THC， NO_x 4 CH₄ 。其原因是天然氣車主要采用稀薄燃燒技術(shù)，而天然氣以 CH₄ 成分為主，其分子結(jié)構(gòu)簡單且有利于碳原子的完全氧化；同時天然氣 C/H 比較低，抑制了碳氧化物和顆粒物的生成。相比汽油燃料，天然氣燃燒更充分、溫度更高，導(dǎo)致 NO_x 排放增加。

2.3不同類型輕型汽車瞬態(tài)排放特性分析

為進(jìn)一步研究不同類型輕型汽車瞬態(tài)排放與車速工況間的關(guān)系，選取1號、3號、5號、7號和9號等5輛試驗車輛，分析WLTC工況下CO， CO₂ .THC， NO_x ，PN等5種排放物的排放特征。

2.3.1 CO排放

圖1示出常溫WLTC工況下不同類型輕型汽車CO排放特征。

由圖1可以看出，不同燃料和動力類型的輕型汽車CO排放主要集中在冷起動階段，主要原因是起動階段噴油加濃，但TWC尚未起燃，導(dǎo)致CO排放增加。插電式和增程式混動汽車在WLTC工況的中速段加速過程中出現(xiàn)CO排放突增現(xiàn)象，主要是在此階段車輛功率輸出增加導(dǎo)致發(fā)動機(jī)加濃噴射。此外，插電式和增程式混動汽車的排放受發(fā)動機(jī)與動力電池間匹配和電量保持（簡稱保電）策略的影響較大。輕型汽油車在超高速階段加速過程中出現(xiàn)CO排放急劇上升現(xiàn)象，主要是高原環(huán)境下空氣稀薄、氧含量下降，導(dǎo)致汽油發(fā)動機(jī)動力不足，空燃比偏離當(dāng)量空燃比，為彌補動力損失并提升動力性能，發(fā)動機(jī)采取加濃噴射策略，混合氣相對較濃，甚至出現(xiàn)開環(huán)控制情況，燃料燃燒不充分，導(dǎo)致CO排放升高。

2.3.2 CO₂ 排放

圖2示出常溫WLTC工況下不同類型輕型汽車的 CO₂ 排放特征。

由圖2可以看出，不同燃料和動力類型輕型汽車的 CO₂ 排放量與車輛運行狀態(tài)直接相關(guān)。WLTC工況中各加速階段的 CO₂ 排放均呈上升趨勢，特別是在超高速階段更加顯著，其中低速、中速、高速階段的 CO₂ 排放速率位于 0～10g/s 范圍，而超高速階段的 CO₂ 排放速率達(dá)到 15～19g/s 。其主要原因是車輛在加速過程中，為提高動力性能，發(fā)動機(jī)會采用加濃噴射策略，使燃油消耗量增加，直接表現(xiàn)為 CO₂ 排放增加。

從WLTC全工況來看，插電式和增程式混合動力汽車的 CO₂ 排放速率均明顯低于輕型汽油、柴油和天然氣試驗車輛，這表明插電式和增程式混合動力汽車“節(jié)能\"效果顯著。輕型柴油車在低速和中速階段 CO₂ 排放普遍較高，而輕型汽油車在高速和超高速階段的 CO₂ 排放普遍較高，這主要是該試驗車輛未采用增壓技術(shù)，在高原空氣稀薄、氧含量下降的環(huán)境下，汽油發(fā)動機(jī)動力不足，為彌補動力損失、提升動力性能，發(fā)動機(jī)出現(xiàn)加濃噴射，從而增加了燃油消耗量。

2.3.3 THC排放

圖3示出常溫WLTC工況下不同類型輕型汽車的THC排放特征。

由圖3可以看出，不同燃料和動力類型輕型汽車的THC排放主要集中在冷起動階段，其主要原因是起動階段噴油加濃，但TWC尚未起燃，導(dǎo)致THC排放增加。在冷起動階段，輕型汽油車的THC排放速率峰值達(dá)到 0.095g/s 。插電式和增程式混合動力汽車起動階段采用電動機(jī)驅(qū)動，未直接生成污染物排放，而輕型柴油車因燃燒特點也未生成THC污染物排放。此外，輕型天然氣車的THC排放明顯高于其他類型輕型汽車，其主要原因是天然氣主要成分為甲烷（ CH₄ ），高原環(huán)境下，輕型天然氣車需根據(jù)實際道路工況和環(huán)境動態(tài)調(diào)整進(jìn)氣量和天然氣噴射量，由于高原空氣稀薄，發(fā)動機(jī)內(nèi)天然氣燃料不能充分燃燒，導(dǎo)致甲烷氣體排出，造成測試全程輕型天然氣車的THC排放增加。

2.3.4 NO_x 排放

圖4示出常溫WLTC工況下不同類型輕型汽車的 NO_x 排放特征。

由圖4可以看出：不同燃料和動力類型輕型汽車的 NO_x 排放主要集中在冷起動階段。其中輕型汽油車排放速率峰值達(dá)到 0.044g/s ，其主要原因是該試驗車輛未采用增壓技術(shù)，在起動階段為保證動力性，發(fā)動機(jī)加濃噴射且進(jìn)氣量也急劇增加，在發(fā)動機(jī)缸內(nèi)形成高溫富氧環(huán)境，但此時TWC尚未起燃，導(dǎo)致 NO_x 排放升高。除低速階段外，與其他類型輕型汽車相比，輕型天然氣車在中速、高速和超高速階段的 NO_x 排放更加顯著，排放速率為 0～ 0.035g/s ，約為其他類型輕型汽車的10倍。輕型天然氣車 NO_x 排放普遍較高的主要原因是該試驗車輛采用稀薄燃燒技術(shù)。此外，輕型天然氣車的NO_x 排放與排氣溫度呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系：天然氣汽化潛熱比汽油和柴油低，在低速和中速階段，燃用天然氣的燃燒起始溫度比汽油高，因此輕型天然氣汽車的 NO_x 排放較高；在高速和超高速階段，由于輕型天然氣車動力性下降，需要增加天然氣噴射量以滿足動力性需求，新鮮進(jìn)氣充量增加，燃燒溫度相對較高，導(dǎo)致 NO_x 排放生成量增加。

2.3.5 PN排放

圖5示出常溫WLTC工況下不同類型輕型汽車的PN排放特征。

由圖5可以看出，不同燃料和動力類型輕型汽車的PN排放主要集中在冷起動階段，其主要原因是起動階段噴油加濃導(dǎo)致PN原始排放增加。插電式/增程式混動汽車、輕型汽油/柴油試驗車輛采用

GPF或DPF后處理裝置，盡管冷起動階段后處理裝置未達(dá)到起燃溫度，但GPF和DPF能通過載體捕集顆粒物從而降低冷起動階段的PN排放。輕型天然氣車僅采用TWC后處理裝置，冷起動階段無法有效降低PN排放，因此其PN排放尤為顯著，排放速率峰值達(dá)到 9.7E+11 個/s，為其他輕型汽車的2.1～7.5 倍。冷起動結(jié)束后，增程式混合動力車輛在低速階段PN排放隨加速過程呈現(xiàn)顯著升高趨勢。在超高速階段，PN排放速率均小幅升高，主要原因是在此階段因高原環(huán)境下空氣稀薄、氧含量下降等因素導(dǎo)致發(fā)動機(jī)出現(xiàn)加濃噴射現(xiàn)象，進(jìn)而增加顆粒物排放量。

3結(jié)論

a）以輕型插電式混合動力汽車為研究對象，與標(biāo)定前相比，完成了高原排放標(biāo)定后在電量保持（CD）模式下各項污染物排放呈現(xiàn)不同程度的下降，且能滿足GB18352.6—2016b階段限值要求；

b）高原環(huán)境下不同燃料和動力類型輕型汽車的污染物排放存在較大差異；

c）不同燃料和動力類型輕型汽車的CO， CO₂ ，THC， NO_x ，PN排放主要集中在冷起動階段，輕型天然氣車在中速、高速和超高速階段 NO_x 排放顯著，插電式和增程式混動汽車在WLTC工況中速階段加速過程中出現(xiàn)CO排放突增，主要受車輛控制策略中保電策略影響；

d）不同燃料和動力類型輕型汽車的 CO₂ 排放與車輛運行狀態(tài)直接相關(guān)，WLTC工況中，各加速階段 CO₂ 排放均呈增加趨勢，插電式和增程式混合動力汽車全程 CO₂ 排放速率均明顯低于輕型汽油/柴油/天然氣試驗車輛，說明其“節(jié)能\"效果顯著。

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