京Ⅴ轻型汽油车排放测试影响因素的研究

2013-04-11秦宏宇陆红雨鲍晓峰王益民郭红松

车用发动机 2013年6期

秦宏宇，陆红雨，鲍晓峰，王益民，郭红松

（1.中国汽车技术研究中心，天津 300300；2.中国环境科学研究院，北京 100012）

随着我国汽车保有量的不断增长，汽车排放污染已经成为一个日益突出的问题。为缓减环境压力，我国相继出台了一系列汽车污染物排放标准［1］。目前，我国已经施行国Ⅳ排放标准，从2013年2月1日起，北京已正式实施京Ⅴ排放标准，将氮氧化物排放限值进一步降低，并首次规定了直喷汽油车的PM排放限值。汽车污染物排放标准的不断加严对汽车排放测试及测试的准确度提出了更高要求［2］，因此，分析研究各种影响排放测试的因素显得极其重要。

影响车辆排放测试的因素有很多，如试验环境温度和湿度、驾驶员的操作、浸车时间、车辆阻力设定方式选择等，这些因素中有些是可以进行人为控制的，如环境温度、湿度和浸车时间，但有些因素的影响是无法避免的，如驾驶员的变化、车辆阻力设定方式的选择。本研究对阻力方式设定和驾驶员对京Ⅴ轻型汽油车排放测试的影响进行了研究。

1 试验方案

1.1 不同阻力设定方式下的排放试验

选取1台基准质量为1 360kg，排量为1.6L，符合京Ⅴ排放标准的轻型自然吸气汽油车进行排放测试。试验在底盘测功机上进行，采用 MEXA－7200H排放分析仪对收集到的尾气进行分析。底盘测功机和排放分析仪在试验前均进行了标定。

首先按照《轻型汽车（点燃式）污染物排放限值及测量方法（北京Ⅴ阶段）》中规定的查表法对车辆进行阻力设定，按照Ⅰ型试验的工况循环［3］对其进行排放测试。然后采用法规中规定的滑行法对该车辆进行阻力设定，再次进行排放测试。试验前均对车辆进行预处理，两次试验过程中的试验室温度、湿度、驾驶员及浸车时间等试验条件均保持一致，分析阻力设定方式对车辆排放测试的影响。京Ⅴ排放标准要求对缸内直喷汽油车进行PM排放量测试，但在以往的工作中发现阻力设定方式对PM排放的影响规律性不是很明显，还有待在今后的工作中进一步研究，因此，在研究阻力设定方式对排放的影响时没有对PM排放进行测试，选择了更为普遍的多点电喷汽油车进行排放测试。

1.2 不同驾驶员操作下的排放试验

选取了1台基准质量为1 700kg、排量为2.0L、符合京Ⅴ排放标准的轻型缸内直喷汽油车，按照《轻型汽车（点燃式）污染物排放限值及测量方法（北京Ⅴ阶段）》对其进行排放测试。试验用底盘测功机、排放分析仪及二者的标定程序同第1.1节。

按照滑行法对该车辆进行阻力设定，在其他试验条件均保持一致的情况下，选用两位驾驶员分别对其进行排放测试，分析驾驶员对车辆排放测试的影响。考虑到驾驶员因素对PM排放的影响，选择了京Ⅴ标准中要求测试PM排放的缸内直喷汽油车进行排放测试。

2 结果与讨论

2.1 阻力设定方式对排放测试的影响

试验车辆采用的阻力设定方式见图1。从图1可以看出，按照查表法和滑行法设定的车辆阻力是不同的，在车速较低的情况下，按照两种方法设定的阻力大小较为接近，随着车速的不断增加，两种方法设定的阻力差距不断增大，在车速较高的市郊工况，按照查表法设定的阻力远大于滑行法，当车速为120km／h时，前者比后者大41.2%。

试验车辆在查表法和滑行法阻力设定方式下的排放结果见表1。

表1 两种阻力设定方法下的排放结果

从表1可以看出，查表法设定阻力时的排放结果高于滑行法。按照查表法设定阻力时，THC，CO，NOx，CO2和NMHC排放结果比滑行法分别高25%，41.5%，9.1%，9.4%和32.4%。在市区工况，查表法阻力设定方式下的THC，CO，CO2和NMHC排放结果比滑行法分别高20%，37.6%，3.6%和22.2%，而NOx排放值相同；在市郊工况，查表法阻力设定方式下的THC和NMHC排放结果远高于滑行法，CO和CO2排放结果比滑行法分别高75%和14.3%，NOx排放值相同。分析认为，在车速较低的市区工况，阻力差别不大，两种阻力设定方法下的排放结果差别较小。但在市郊工况，阻力差别较大，排放结果具有较大的差异，按照查表法设定阻力时的排放结果明显高于滑行法，综合排放水平的高低主要是由市郊阶段的阻力差别导致的［4］。

试验车辆按照查表法和滑行法设定阻力时的THC瞬态排放见图2。从图2可以看出，在完整的Ⅰ型试验工况循环内，随着时间的变化，两种阻力下的THC体积分数变化基本保持一致。从整体上来看，查表法阻力下产生的THC排放峰值要高于滑行法。为了更加清晰地看到两种阻力下的排放差别，分别选取了低速工况（15～25s）和高速工况（1 048～1 078s）进行分析，结果见图3。从图3可以看出，在15～25s的低速工况，两种阻力下车辆的THC排放值相差较小；在1 048～1 078s的高速工况，两种阻力下的THC体积分数差别明显，在1 068s时查表法设定阻力下的排放值是滑行法的2倍。

图4和图5分别示出两种阻力设定方式下的CO瞬态排放和低速工况、高速工况排放。从图中可以看出，阻力设定方式对CO排放的影响与THC基本一致。

2.2 驾驶员对排放测试的影响

表2列出不同驾驶员操作下的试验车辆排放结果。从表2可以看出，对于同一台车，在其他试验条件均保持一致的情况下，驾驶员不同对测试结果具有一定程度的影响。在驾驶员1的操作下，THC，NMHC和PM排放值均高于驾驶员2，而CO和NOx排放值则低于驾驶员2，CO2排放基本没有变化。在各类污染物中，变化较大的是CO和THC，驾驶员2操作下的CO排放结果比驾驶员1高16.7%，THC 排放则低 12.1%；变化较小的是NOx，NMHC和PM，驾驶员2操作下的NOx排放结果比驾驶员1高7.1%，NMHC和PM则分别低6.7%和7.5%。

图6示出2名驾驶员操作下的CO瞬态排放。从图6可以看出，CO排放主要集中于试验起始工况和高速工况，试验开始后产生的第一个CO排放峰值差别很大，其他工况的排放差别不大。

图7示出试验开始后12～17s车速的变化情况及CO瞬态排放结果。从图7可以看出，2名驾驶员的驾驶习惯不太相同，驾驶员1在试验车辆加速过程中速度稳定上升，速度曲线较为平滑，而驾驶员2在车辆加速过程中速度不是很稳定，在标准允许的误差范围内来回波动，速度曲线较为曲折。驾驶员2操作下的试验车辆的CO排放远高于驾驶员1，15s时前者的CO瞬间排放值是后者的3倍。分析认为，由于12～17s车辆处于刚起动阶段，后处理系统还没有达到适宜的工作温度［5－6］，此时车辆污染物的排放量是最高的，驾驶行为对车辆排放的影响也更加明显。