增压直喷汽油车在不同海拔地区的RDE 排放特性研究

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心 安徽 合肥 230601）

引言

随着汽车保有量的持续增长，汽车尾气排放给环境带来越来越大的压力。美国、欧盟等发达国家和地区为了减少汽车尾气排放，均制定了更为严格的排放标准。相比于之前的排放标准，新标准对如何真实反映实际道路驾驶排放情况部分做了较大改动。我国于2016 年年底发布了GB18352.6-2016 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）[1]（简称国Ⅵ排放标准），对实际驾驶排放部分，重新定义Ⅱ型试验，将原标准中的双怠速试验或自由加速烟度试验变更为实际行驶污染物排放（real driving emission，RDE）试验。要求使用RDE 试验来评估汽车在实际道路上的排放情况。

目前，国内对RDE 的研究较少。汪晓伟等人[2]及李岳兵等人[3]分别研究了驾驶行为激烈程度对RDE排放和评判有效性分析的影响；郑思凯等人[4]研究了CO2移动平均窗口法与功率等级分组法的排放分析结果的区别。

我国海拔700 m 以上的国土面积占全国陆地总面积的70%，海拔1 300 m 以上的国土面积占全国陆地总面积的50%[5]。目前，针对高海拔地区RDE 的研究主要集中在驾驶习惯对排放的影响，如程亮等人[6]研究了在高原地区RPA（relative positive acceleration，相对正加速度）参数对排放的影响，但并没有探讨海拔高度和RDE 排放的关系[7]。目前，国内外对不同海拔地区RDE 窗口符合性和污染物趋势相关的研究鲜有报道。基于此，本文在不同的海拔下，使用便携式车载排放测量系统（portable emission measurement system，PEMS），按照国Ⅵ排放标准要求的RDE 测试循环，对一辆满足国Ⅴ排放标准的轻型汽油车进行了实际行驶排放测试，以探寻不同海拔对RDE 排放的影响。

1 试验资源与试验方案

1.1 试验车辆

选用一辆满足国Ⅴ排放标准的轻型增压直喷自动挡汽油车，在不同海拔地区进行RDE 试验。试验车辆生产于2018 年，其主要技术参数如表1 所示。

1.2 便携式排放测试设备

国Ⅵ排放标准对于测试过程、需要测量和记录的数据、测试设备相关参数等进行了比较详细的规定，本文所使用的便携式排放测试设备为日本HORIBA 公司的PEMS，其所包括的组成部分[8]有分析仪模块、PN 模块、流量计模块、GPS 模块、环境传感器、OBD 连接设备、电池模块、计算机控制单元等。

表1 车辆主要技术参数

测试设备各模块之间的工作关系如图1 所示。

图1 RDE 测试设备总体关系图

1.3 试验方案

本文对装有PEMS 设备的试验车辆在合肥整车排放实验室进行WLTC 试验工况测试，以得到RDE试验输入参数，并验证PEMS 的试验结果是否在国Ⅵ排放标准要求的允许误差内。测试方法为：通过PEMS 设备与实验室排放CVS 测试系统同步测试，对PEMS 设备测试精度进行系统验证。验证结果表明，各模块测试精度符合国Ⅵ排放标准的附件DC 中DC.2.3 条款规定的允许误差要求。具体结果如表2所示。

表2 PEMS 精度确定表

然后按照国Ⅵ排放标准中Ⅱ型试验的规定，选择试验地点。国Ⅵ排放标准中对于扩展情况定义为，满足扩展情况时，排放限值可乘以大于1 的扩展系数，以应对扩展情况对排放的影响。海拔高度为扩展情况考察的重要项目，国Ⅵ排放标准规定，海拔高度≤700 m 时，为普通海拔条件；海拔高度≥700 m且≤1 300 m 时，为扩展海拔条件；海拔高度≥1 300 m时，为进一步扩展海拔条件。为此，本文试验选择了4个典型地区，分别是安徽省合肥市、甘肃省敦煌市、甘肃省张掖市临泽县、甘肃省张掖市山丹县，分别代表3 种环境条件，对应不同的扩展情况。4 个地区的情况具体见表3。

表3 不同海拔地区简介

对所选择的4 个地区，在3 种环境条件下，使用试验车辆进行RDE 试验，每个地区有效试验次数必须≥2 次。对试验排放结果进行评估，并就测试窗口符合性以及排放结果进行统计和分析。

RDE 试验过程中规定了3 种工况，分别是城市工况、郊区工况、高速工况。RDE 试验必须在实际道路上开展，路面不可控因素较多，例如堵车、出现交通事故等情况都会导致试验无效作废。所以，为了减小试验无效的概率，在不同地区，试验人员先进行多次摸索，寻找最优路线。所制定的试验路线如表4所示。

2 RDE 试验验证

2.1 试验概述

对试验车辆进行车辆检查，确认车辆的状况良好。在进行试验前，按车辆使用说明书中的规定，选用对应牌号的燃油、机油、齿轮油、冷却液等，检查蓄电池状态。确认车辆进排气系统无堵塞与漏气现象，确认车辆OBD 系统无警告信号和故障指示信号。

根据试验需求进行加载，一般使用假人进行加载，加载和设备安装完成后，按照试验时整车状态使用地磅或轴荷计计量整车质量，并记录称重质量。整车加载完成后，质量应不超过其最大总质量的90%。

使用整车排放实验室进行WLTC 试验工况测试，以得到RDE 试验输入参数，即基于里程的CO2排放值（g/km），是进行移动平均窗口法的CO2窗口符合率计算的基础，该参数为该车辆进行WLTC 试验时测得的市区、市郊、高速等3 个工况的CO2排放值。

本文共进行了18 次有效试验，对试验排放结果取算术平均值来进行数据分析，具体如表5、表6、表7 所示。

表5 各地区RDE 测试CO 排放结果

表6 各地区RDE 测试NOx排放结果

表7 各地区RDE 测试PN 排放结果

使用表5、表6、表7 的结果，取平均值和排放结果进行比对，判定是否满足国Ⅵ排放标准要求，并得到不同海拔下试验车辆的实际污染物排放情况。具体如图2、图3、图4 所示。

图2 为测试结果平均值及符合性判定，图3 为调整后的测试结果平均值及符合性判定。

图2 测试结果平均值及符合性判定

图3 调整后的测试结果平均值及符合性判定

图4 为污染物排放随海拔的变化关系图。

图4 污染物排放随海拔变化关系图

通过上述地区的试验统计和汇总分析，可得出如下结论：

1）试验车辆为国Ⅴ排放标准车辆，以国Ⅵb 阶段排放限值作为评价指标。结果表明，以合肥市为代表的普通海拔条件地区（平原）的NOx排放不符合国Ⅵ排放标准，其他海拔条件地区的污染物排放测试结果均符合国Ⅵ排放标准。

2）随着海拔升高，CO 排放值较平原地区有升高趋势，NOx排放较平原地区有下降趋势，PN 排放变化不明显。

3）对于国Ⅵ排放标准的Ⅱ型试验，需对扩展系数重新考量。从本文的试验来看，扩展系数明显偏大。在高海拔地区，试验车辆的NOx排放甚至出现了下降的趋势。

将扩展系数由国Ⅵ排放标准规定的1.6 调整为1.4，将进一步扩展系数由国Ⅵ排放标准规定的1.8调整为1.6，扩展海拔地区和进一步扩展海拔地区的排放结果仍旧满足调整后的阀值。此部分国内同行有相似的试验测试，使用多车在高原地区进行试验发现，NOx的排放和海拔的关系并不明显[9]。

2.2 CO2 平均窗口移动法结果评估

RDE 试验使用CO2平均窗口移动法进行测试窗口符合性判定，本文对符合性进行了统计和分析，各地区均选取最接近上述平均值的数据进行判定，具体分析结果如表8 所示。

表8 移动平均窗口符合性数据%

通过分析表8 可得出如下结论：

各地区窗口均满足国Ⅵ排放标准要求，且市区、市郊、高速等3 工况窗口的完整性分布数量比例相差不大。同时，随着海拔升高，窗口正常性数量比例有下降趋势。原因在于：RDE 试验使用CO2平均窗口移动法时，是在平原地区应用WLTC 测试循环进行试验。而在高原地区，对于汽油机而言，由于环境气压的变化，导致发动机瞬态工况油耗发生改变[10-11]，进而影响多窗口的判定。张掖市的窗口正常性数量比例已接近国Ⅵ排放标准要求的50%，而张掖市山丹县的海拔为1 773 m，远未到进一步扩展要求的2 400 m，建议国Ⅵ排放标准中高海拔地区的符合性要求进行修改。

3 结论

1）在不同海拔地区进行RDE 试验，试验车辆的排放未出现随海拔升高而恶化的现象。相比于平原地区，随着海拔升高，CO 排放有升高趋势，NOx排放有下降趋势，PN 排放变化不明显。对于国Ⅵ排放标准中的扩展系数，建议重新考量修改。

2）随着海拔升高，窗口正常性数量比例有下降趋势。在海拔为1 773 m 地区，窗口正常性数量比例最低的已经为52.6%，距离国Ⅵ排放标准限值的50%很接近。而国Ⅵ排放标准要求的进一步扩展海拔上限为2 400 m。对于国Ⅵ排放标准中的符合性要求，建议重新考量修改。

3）对于增压直喷汽油发动机，随着海拔的升高，CO 排放升高。这是海拔升高时低转速瞬态工况所导致，对发动机开发而言，需要多关注瞬态工况下CO排放的控制。