运动模式下车辆排放和燃油经济性分析

温溢 罗佳鑫 田冬莲 朱庆功

摘  要：按照轻型车国五和国六标准中常温冷启动排放和实际行驶污染物排放（Real Driving Emission）試验规程，使用定容稀释排放测试系统和便携式车载排放设备（PEMS）对9辆样车进行了运动模式和普通模式下排放和油耗测试。结果表明：运动模式下THC排放结果要低于普通模式;NOx在两种模式下排放结果无规律性;NEDC工况下CO的结果变化不大，WLTC工况下运动模式明显大于普通模式，且一些车辆会出现运动模式下CO排放剧烈增加的现象;运动模式下油耗结果均大于普通模式，平均增加30%，NEDC工况比WLTC工况表现明显，低速工况比高速工况表现明显;两种模式在WLTC工况上的差异更接近实际道路。建议重点关注车辆运动模式下CO排放以及低速工况下的油耗。

关键词：运动模式;排放;油耗;实际行驶

中图分类号：U471.23    文献标识码：A    文章编号：1005-2550（2020）03-0002-07

Abstract： In accordance with the test regulation of Real Driving Emission and cold start emission in China 5 and China 6 of Light Vehicles， the emission and fuel consumption of nine prototypes were tested by using constant volume dilution emission testing system and portable vehicle emission equipment （PEMS）. The results show that， in the sport mode， the test result of THC is lower than the normal mode; the result of NOx emission is irregular under the two modes; in NEDC cycle the CO results under the two modes change little， while in WLTC cycle， the CO emission under sport mode is obviously larger than that under the normal mode， and some vehicles had the phenomenon of drastic increase of CO emission under the sport mode; the fuel consumption under the sport mode is larger than that under the normal mode， with an average increase of 30%， and the NEDC cycle is more obvious than the WLTC cycle， the low-speed condition is more obvious than the high-speed condition， and the difference between the two modes in the WLTC condition is closer to the actual road. It is suggested that attention should be paid to CO emission and fuel consumption at low speed under sport mode.

Key Words： Sport Driving Mode; Emission; Fuel Consumption; Actual driving

前    言

为了满足客户驾驶时对车辆动力性的追求，越来越多的汽车配备了运动行驶模式（SPORT MODE），运动模式在使用过程中能够提高发动机转速，增大动力输出，给驾驶者带来更多的驾驶乐趣[1]。然而运动模式下的环保及燃油经济性如何，能否满足现行排放法规等问题值得人们关注。

对于主模式外的行驶模式下的排放和油耗结果，在第五阶段及之前的排放标准中并未进行相关要求，型式核准试验也只要求在普通模式下进行测试[2]。在2016年12月份颁布的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）标准中，对排放测试中的行驶模式进行了明确的规定。C1.2.6.5.2中对自动变速器进行了规定，关于排放的要求为：所有换挡模式下污染物排放都应该满足限值要求;关于燃油经济性的要求为：如果车辆没有主模式，或者生产企业提出的主模式没有获得环境保护主管部门允许，车辆应在最好和最差的换挡模式下分别进行污染物排放和CO2排放试验，CO2排放应为两种模式的算术平均值。这也就明确要求了包括运动模式测试结果也需要达到标准要求的限值[3]。

由于这项要求为国六新增，且之前的标准中从未涉及到行驶模式的测试要求，所以对行驶模式方面的系统研究很少，尤其是国六标准中WLTC工况以及RDE试验的研究更是未见报道。目前行业内对车辆运动行驶模式下排放和油耗关注度很高，且在今后国六标准即将开始实施，为了全面深入的研究运动行驶模式下的排放及油耗，本文对9辆带有运动模式的样车，其中八辆在试验室按照国五标准的NEDC工况及国六标准的WLTC工况，开展常温排放及油耗测试，一辆样车在实际道路行驶下，使用便携式排放测试系统（portable emission measurement system， PEMS），按RDE规程进行试验研究。

1    试验设计

1.1   试验车辆与设备

试验选取了状态稳定的样车共9辆，均达到国五排放水平。所有试验样车均可以选用运动模式进行驾驶，具体参数见表1：

试验室内的排放和油耗试验均在带有底盘测功机和尾气分析仪的试验室进行，通过定容取样系统将车辆尾气稀释后取样收集到气袋里分析污染物浓度[2] [3]。实际道路下的排放和油耗试验是将PEMS设备安装在车辆后备箱，通过实时测量瞬态浓度和排气流量进行累积得到[3]。试验所用排放分析系统设备如表2所示：

1.2   试验方法

上述9辆样车在不同工况下，分别采用普通行驶模式和运动模式进行测试，试验得到每辆样车在这两种模式下的排放及油耗试验结果。具体试验计划如表3所示：

本文中试验工况主要有三种，分别为国五标准中的NEDC工况、国六标准中的WLTC工况、国六标准中RDE规程中的实际道路工况。

国五标准中的NEDC（New European Driving Cycle）工况是一种稳态工况，分为ECE（市区工况）和EUDC（市郊工况）两部分，市区工况全长4.052km，时长780s，最高车速50km/h，市郊工况全长6.955km，时长400s，最高车速120km/h[4][5]。

国六标准中的WLTC（World Light Test Cycle）工况为瞬态循环，是基于美国、瑞士、印度、欧盟、韩国及日本六个国家或地区实际路况开发的，分为四个阶段，全长23.27km，时长1800s，最高车速131.3km/h。其中低速段（第一阶段）589s，中速段（第二阶段）433s，高速段（第三阶段）455s，超高速段（第四阶段）323s[6]。

国六标准中的RDE试验是在实际道路中进行测试的一种试验。本文中的RDE试验在北京市开展，其中市区工况：博兴六路-旧头路-博兴路-荣昌西街-荣昌东街-宏达中路-兴盛街-文昌大道-地盛东街-荣京西街-西环中路-博兴八路-星海路-星海二街-博兴路，里程约26公里，行驶时间约60分钟;

市郊工况：太和桥（六环路）-新河二桥（京津高速）-于家务桥，里程约22公里，行驶时间约20分钟;

高速工况：于家务桥（京津高速）-新河二桥（六环路）-太和桥[7]，全程约24公里，行驶时间约20分钟。

1.3   试验结果计算方法

（1）试验室排放污染物结果计算公式如下[2][3]：

油耗试验中油耗计算方法为碳平衡法，公式为：

（2）實际行驶污染物排放结果处理方法

污染物CO、NOx、PN均按移动平均窗口法来处理，数据处理中剔除冷启动。CO2排放和油耗的数据处理按照大排放的方式处理，即RDE试验中从取样开始到取样结束期间总的排放质量与总里程的比值，大排放结果包含冷启动排放，且数据没有经过扩展系数处理，能够反映车辆全部的污染物排放及燃油经济性[8][9]。

2    结果及分析

2.1   排放结果

2.1.1  CO

图1是NEDC和WLTC工况下，运动模式和普通模式CO排放结果对比。从图中可以看出，两种工况下运动模式CO排放结果均高于普通模式，且WLTC工况下的差异要大于NEDC工况，其中6#车在WLTC工况下结果差异最明显，在运动模式下CO的排放结果是普通模式下的14.6倍，且使用运动模式后的结果超出了国六标准阶段a限值。

为进一步分析6#车的试验结果，图2a中给出了WLTC工况前三个阶段下两种驾驶模式的CO瞬态数据。可以看出两种行驶模式下CO瞬态排放趋势较为一致，运动模式下CO整体排放要略高于普通模式，在冷启动和加速工况下表现的更为明显。

图2.2b中给出了超高速工况下两种驾驶模式的CO瞬态排放，其中横坐标表示超高速总时长323s，副纵坐标表示车速，其中超高速最高车速为130.1km/h。从图中可以看出两种驾驶模式在超高速阶段下的排放差异较大，运动模式下的瞬态数据出现了两次很明显的超高排放，瞬态排放值均超过5000ppm，这也是造成CO排放结果最终超标的重要原因。

2.1.2 THC

图3是NEDC和WLTC工况下，运动模式和普通模式THC排放结果。从图可以看出，除了6#样车外，其它7辆样车运动模式下THC的排放结果均要低于普通模式。且样车在NEDC工况下运动模式结果均低于普通模式，平均低23%，其中1#车THC结果偏差最大，比普通模式结果低37.1%。

WLTC工况下3辆车在运动模式下THC的排放结果低于普通模式，其中8#车THC结果偏差最大，运动模式下结果低于普通模式达到34.7%。只有6#车在运动模式下THC结果高于普通模式，超过比例达到24.5%。

为深入分析原因，选取了偏差较大的4#车带进行分析，采集每次试验过程中催化器的温度变化。图4为NEDC工况下分别使用两种模式时的催化器温度对比，可以明显看出运动模式下的催化器起燃温度要明显高于普通模式，尤其在车辆最容易生成THC污染物的ECE阶段，催化器更早的起燃能有效加强尾气中污染物的氧化反应，降低THC污染物排放。

图5是NEDC工况下，三种行驶模式下排放THC污染物的瞬时浓度数据。从前100秒数据可以看出，在冷启动阶段运动模式下的THC污染物排放要明显低于另外两种模式，这与催化器更早的起燃有很大关系。从100秒后瞬态数据可以看出，运动模式下THC瞬态排放最低，ECO模式下瞬态排放最高，主要原因是因为在工况的前阶段，激烈的模式能使得催化器温度更高，有助于污染物进行充分的氧化反应。

2.1.3 NOx

表4是8辆样车在运动模式与普通模式下的NOx结果。从表中可以看出，5辆车在运动模式下的结果更大，其中差异最大的是4#车，在运动模式下结果比普通模式高出了67.8%。

2.2   油耗结果对比

图6是NEDC和WLTC工况下，运动模式和普通模式的油耗结果。从图中可以看出8辆样车使用运动模式的油耗均要高于普通模式，其中NEDC工况下使用运动模式后油耗平均增加12.1%，1#样车变化最大，增加22.6%;WLTC工况下使用运动模式后油耗平均增加7.7%，8#样车变化最大，增加13.9%。可以得出NEDC工况下，使用运动模式的油耗变化更大。

图7是3#样车在NEDC工况下，使用运动模式和普通模式的CO2瞬态排放对比，从中可以看出，在ECE（市区工况）阶段，运动模式下CO2的排放明显要大于普通模式，在EUDC（市郊工况）下的区别要小一些。这说明运动模式下油耗的差异主要体现在低速阶段，也就是低速段使用运动模式，燃油经济性更差。

图8是3#样车在NEDC工况下，使用运动模式和普通模式的发动机转速，从图中可以看出，运动模式下的发动机转速明显高于普通模式，所以运动模式下油耗会更高一些。另外，车辆在普通模式下，发动机的启停功能都正常工作，出现了发动机转速为0的情况，但在运动模式下，发动机的一些节能装置不能正常工作，这也造成了运动模式下油耗偏高的原因。

2.3   實际道路测试结果

对9#样车实际道路行驶排放结果进行了分析。采用RDE试验规程分析得到的试验结果中，运动模式与普通模式下结果差异较大。其中运动模式下CO排放结果是普通模式的1.7倍，NOx排放结果是普通模式的0.6倍，油耗是普通模式的1.1倍。

为了对比分析实际道路下结果与试验室WLTC、NEDC两种工况下结果的差异，将运动模式与普通模式下结果的变化量（L）结果进行统计如表2.2所示。

其中，变化量计算公式为：

从表中可以看出，实际道路下车辆使用运动模式后，CO排放量和油耗值都会比普通模式增大，NOx则会降低。这与试验室中WLTC工况下的测试结果相吻合，尤其是油耗的变化量，在实际道路与WLTC工况下的变化量都是7%。这也说明了WLTC工况更能反映出真实道路排放。

3    结论

（1）由于催化器起燃更早，车辆在运动行驶模式下THC排放试验结果比普通模式下更低，并且在NEDC和WLTC两种工况下的结论一致。但两种模式下NOx排放试验结果无规律性。

（2）WLTC工况下，运动模式的CO试验结果比普通模式更高，最大结果变大了14倍，主要差异体现在超高速工况。但NEDC工况下两种行驶模式的CO试验结果变化不大。

（3）在燃油经济性方面，车辆在运动模式下的油耗比普通模式高，最高涨幅接近30%。不同工况下也表现出了不同的差异：NEDC工况比WLTC工况更明显，低速工况比高速工况更明显。

（4）通过实际道路测试，对比了运动模式与普通模式的排放和油耗变化，其变化趋势与WLTC工况下的测试结果更为相近，即运动模式下CO排放和油耗结果更大，NOx结果变小。

（5）在国六车型的前期开发中，车辆运动模式下的CO排放以及低速工况下的燃油经济性应该重点关注。

参考文献：

[1]Jeon， B.， Kim， S.， Jeong， D.， and Chang， J.， "Development of Smart Shift and Drive Control System based on the Personal Driving Style Adaptation，" SAE Technical Paper 2016-01-1112， 2016， doi：10.4271/2016-01-1112.

[2]环境保护部. GB 18352.5—2013 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）[S].北京：中国环境科学出版社，2013.

[3]环境保护部. GB 18352.6—2016 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）[S].北京：中国环境科学出版社，2016.

[4]李晨贞，徐月云. 不同运转循环下轻型汽车排放特性研究[J]小型内燃机与车辆技术 第44卷 第5期 2015年10月：21-25.

[5]Piotr Bielaczyc， Joseph Woodburn， and Andrzej Szczotka. A comparisonof Carbon Dioxide Exhaust Emissions andFuel Consumption for Vehicles Tested over the NEDC， FTP-75 and WLTC Chassis Dynamometer Test Cycles SAE 04/14/2015.

[6]叶松，李玲，石则强.轻型车排放试验循环对比研究[J]交通节能与环保 2014年3期：6-9.

[7]徐志寅、赵治国 真实驾驶排放测试试验线路规划及优化[J]上海汽车2018.09;54-58.

[8]付秉正，杨正军，尹航等轻型汽油车实际行驶污染物排放特性的研究[J]汽车工程2017年（第39卷）第四期 376-388.

[9]郑思凯  数据处理方法对RDE试验结果的影响研究J]汽车工程 2018年第5期 220-245.