苏 盛（厦门环境保护机动车污染控制技术中心，福建厦门 361023）

重型客货车排放特性的研究

苏 盛
（厦门环境保护机动车污染控制技术中心，福建厦门 361023）

采用GB/T 27840-2011《商用车燃料消耗量测量方法》推荐的重型柴油车整车综合油耗测量所使用的工况（C-WTVC循环），分别选取一辆在用的国III阶段的重型客车和重型货车在转鼓上进行试验，研究客车和货车的排放特性。试验重复性较好，试验结果以排放因子为指标，显示了客车和货车排放水平的巨大差异，并研究了不同工况对气态污染物的影响。文章还分析提出了进一步提高重型底盘测功机排放测试方法测量准确性的研究方向。

重型车；排放；底盘测功机

进入21世纪，环境污染类型逐渐发生变化，特别是大气环境污染已由工业型转呈城市型、复合型、区域性的污染特征，以机动车为主的新型大气污染问题日益凸显［1］。近年来，我国用车保有量的增长迅猛，机动车辆的排气污染正日益成为我国，尤其是大城市大气污染的重要来源。据介绍，城市道路车流量在每小时1 000～2 000辆时，一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）三种排放气体占总有害气体的80%～90%以上，己成为这些城市空气污染的第一大污染源。而重型商用车作为我国道路客货运输的主体，由于其燃烧特性以及排量等客观因素，且技术发展相对滞后，燃油经济性与国际先进水平有较大差距，这些因素都使得重型车辆的排放，尤其是颗粒物的排放在机动车排气污染物中占据了很大比重。

为了控制重型车辆有害排放物对大气环境的影响，世界各国相继以法规形式出台一系列政策进而对发动机排放物给予强制性限制，无论是欧洲还是美国排放法规的制定，都是依据当地实际使用的循环工况来限制发动机有害气体的排放量。对于重型车辆的排放控制，目前我国对新车的管理是通过对发动机的性能测试来对发动机排放水平进行判定，即只对发动机进行排放认证，而不从整车角度进行法规试验。因此对于重型车来说，传统的评价方法主要是相对于功率的排放和燃油消耗率，单位是g/kWh或L/kWh，即做功排放因子。对于在用车的排放符合性需要将发动机从整车上拆除后进行试验，从技术和成本角度都带来了一定的难度。

基于整车的排放测试方法，引入相对于里程的排放，单位是g/km，即整车排放因子，考虑了整车的特性、发动机和传动系的性能、整车的质量以及行驶距离，能够直接反映整车排放的大小。重型整车排放测试的方法主要有三种：1）车辆在底盘测功机上按指定工况行驶并测试；2）车辆在试验场道路上按指定工况测试；3）车辆在道路上按正常驾驶工况测试。基于底盘测功机测试技术考虑了整车性能和实际道路情况，模拟准确性和一致性较好这些特点［3］，本文研究采用第一种方法进行测试。本文研究内容为分别选取国III排放阶段的在用重型客车和重型货车，采用重型柴油车整车综合油耗测量所使用的工况（C-WTVC循环）进行底盘测功机试验［4］，研究客车和货车的排放特性区别，并提出重型整车在用符合性检验方法。

1　试验方案

1.1试验车辆

分别选取了一辆在用的国III阶段的重型客车和国III阶段的重型货车进行试验。车辆参数如表1所示：

表1　试验车辆主要技术参数

1.2试验设备

图1　底盘测功机测试系统简图

本试验采用的系统如图1所示，由于测试是基于动态循环，因此对于整车底盘测功机测试和ETC发动机瞬态测试排放，二者的测量方法基本上是相同的。将转鼓与满足排放法规精度要求的排放分析系统相连，排气通过稀释通道进入分析仪进而测量和分析车辆排放的气态污染物和颗粒污染物，同时还可以与转鼓实时数据相通讯，从而得到车辆行驶里程、比排放等数据。此外，在该试验中，车辆油耗是通过碳平衡来计算的。系统设备参数如表2所示：

表2　底盘测功机排放测量系统设备参数

1.3测试采用的循环

本次试验中所采用的循环为GB/T 27840 - 2011《商用车燃料消耗量测量方法》推荐的重型柴油车整车综合油耗测量所使用的工况（C-WTVC循环），循环曲线如图2所示，该工况的特征参数如表3所示：

图2　C-WTVC循环曲线

表3　C-WTVC循环工况的特征参数

2　试验结果及分析

2.1循环曲线的跟随及复现

使用试验车辆在转鼓上对所选曲线进行模拟，曲线如图3、图4所示，说明客车和货车均能很好的跟随速度变化曲线，为了验证试验的重复性，每辆车重复了2次试验，从曲线上可以看出2次实验的重复性较好。

图3　货车试验循环的跟随性及重复性曲线

图4　客车试验循环的跟随性及重复性曲线

2.2排放结果分析

表4　重型货车两次重复试验结果

图5　重型货车两次重复试验排放结果对比

表5　重型客车两次重复试验结果

图6　重型客车两次重复试验排放结果对比

从图5及图6中可以看出，从行驶曲线及排放结果来看，重型客车及货车两次试验结果均能保持很好的一致性。两辆车所搭载的发动机排量相近，试验中车辆的负荷均为100%。由于载重量差别明显，导致货车的比排放显著高于客车，尤其是氮氧化物（NOx）和二氧化碳（CO2）的排放，在颗粒和其他气态污染物的排放水平上，货车的排放也要高于客车的排放，同样，货车的油耗也远远高于客车的油耗。

2.3排放过程分析

如前文所述，C-WTVC工况实际上分为三个部分：市区部分、公路部分和高速部分。为了研究不同工况下，排气污染物对整个阶段排放的贡献程度，在此引入了分担率［5］的概念，以更加清晰地分析各个不同工况对最后排放因子的影响。其定义如下：

通过对试验中CO、CO2、HC和NOx的瞬时排放数据进行积分处理，得到不同工况下的气态污染物的分担率。其中重型货车各个工况下的分担率分析如表6、图7所示。

表6　重型货车各工况下污染物的分担率

图7　重型货车各工况下各种污染物的分担率对比

重型客车各个工况下的分担率分析如表7、图8所示：

表7　重型客车各工况下污染物的分担率

图8　重型客车各工况下各种污染物的分担率对比

由以上图表可以看出，在三个工况下，除了HC，其余三种气态污染物的分担率基本一致。在市区工况部分，其工况比较恶劣，低速段的加减速较多，发动机工作状态不好，相比于其他两个阶段，由于处于整个循环最开始的阶段，发动机燃烧温度相对较低，因此CO和HC的分担率较高。高速部分工况较为平稳，发动机工作状态良好，且处于高速段，因此CO2排放量也较大，油耗也随之增大；而在市区部分由于工况复杂，发动机起停较为频繁，造成了CO2和油耗的升高。对比图7和图8可以看到，在公路工况下，客车HC的分担率是货车的2倍，认为这可能是由于在该工况下，由于其工况时间短，客车需要急加速，其发动机恰好处于局部缺氧区间，燃烧不充分，造成其HC排放偏高。NOx大量生成的条件是高温、富氧和高温下燃烧的滞留时间，因此市区和高速部分导致了NOx排放的增加。

3　试验方法讨论

本文研究是基于重型整车底盘测功机方法的比较性研究，该方法的道路模拟、采样分析系统测量准确性已经得到验证并在相应的整车燃料消耗测量和发动机排放标准中采用，但用于定量测试的整车排放测试程序，还需要进一步的研究。目前正在制订过程中的国家第六阶段排放标准也在进行相应的验证工作，这也是今后该领域的重点研究方向之一，其中包括几个主要方面。

1）车辆冷却风机对排放结果的影响。由于重型车的发动机及后处理布置位置差异较大，热管理措施各不相同，冷却风机模拟实际道路车辆热流场会对发动机性能及后处理效率产生影响。因此除了定义车辆冷却风机的风速与车速相同外，还应研究风机的出风面积、均匀性等对试验结果的影响；

2）重型车种类多，管路一般考虑软管而且管路较长，这会使PM、HC等污染物测量受到影响，如因管路长度过长低负荷出冷凝水NOx测量也会受到影响。排气采样管路除了要求保温外必要时还需要采取加热措施，同时由于管路导致的发动机背压影响应限定在一定范围内；

3）为了提高测试精度，整车应在道路试验场进行滑行试验，以确定相应车辆的实际道路阻力，用于底盘测功机模拟；

需要进一步研究整车底盘测功机试验方法与道路实际测量方法PEMS的相关性。

结论：（1）采用C-WTVC循环分别对客车、货车进行试验，由于载重量的差别，二者的排放水平也差别巨大，此外为了验证试验的重复性，每辆车重复2次试验，结果证明重复性较好。试验中客车和货车的试验曲线与设定的工况曲线均能实现较好的跟随，说明了试验的有效性。（2）对C-WTVC循环不同特征工况进行独立分析，市区部分由于其工况恶劣，对污染物的贡献较大；公路工况下由于发动机的运行特点可能会导致HC的排放较高，这点还有待进一步证实；高速部分由于工况本身高速且稳定的特性，对CO2和NOx的贡献较大。（3）本文采用的基于底盘测功机的重型车排放测试方法要进一步提高模拟实际道路排放条件还应进一步进行研究。

［1］ 高章.基于底盘测功机的公交车整车排放和油耗测试研究［D］.武汉：武汉理工大学，2011:5.

收稿日期：2016-05-12

作者简介： 廖秀珺（1978—），女，广东佛山人，工程师，主要事环境监测统计和综合分析工作。

Study on Emission Characteristics of Heavy Vans

Su Sheng

GB/T 27840-2011 “commercial vehicle fuel consumption measurement methods” conditions recommended for heavy diesel vehicles combined fuel consumption of the vehicle used for measuring（C-WTVC cycle），were selected in a Phase III country with heavy buses and heavy goods vehicles on a drum test，study emission characteristics buses and trucks.Test reproducible test results with an emission factor of indicators showing the huge difference passenger and freight emission levels，and the effects of different conditions on the gaseous pollutants.The article also presents analysis of research to further improve the heavy chassis dynamometer emission test method for measuring accuracy.

heavy-duty vehicle；emission；chassis dynamometer

U467.48

A

1003-6490（2016）05-0221-03

2016-05-10

苏盛（1983—），男，福建泉州人，博士研究生在读，总工程师，主要从事机动车污染控制技术、检测方法等工作。