张鹏宇， 张新宇， 郝利君， 王雪松

(1. 北京现代汽车有限公司，北京101300；2. 北京理工大学 机械与车辆学院，北京 100081)

不同测试循环工况下的轻型车污染物排放特性分析

张鹏宇1， 张新宇1， 郝利君2， 王雪松1

(1. 北京现代汽车有限公司，北京101300；2. 北京理工大学 机械与车辆学院，北京 100081)

欧盟6c阶段轻型车排放测试循环(WLTC工况)和美国轻型车排放测试循环(FTP-75工况)均为瞬态工况，与NEDC工况相比，更接近实际行驶状况.行驶工况对车辆的排放特性具有至关重要的影响.为了对比各排放测试循环，选用4种不同车型分别进行WLTC工况、NEDC工况和FTP-75工况的排放试验，分析不同循环工况下污染物的排放特性，对比试验结果发现WLTC工况对污染物排放控制要求更加严苛，为车辆生产企业应对排放标准变化升级提供参考.

排放标准，行驶工况，污染物，排放特性

近几年，我国经济发展正处于持续提升阶段，机动车保有量稳步增长.与此同时，机动车尾气排放带来的环境污染问题日益加剧，以PM10、PM2.5为特征污染物的区域性环境问题日益突出[1].中国自2001年起开始实施轻型汽车污染物排放标准[2]，2016年5月12日，国家环保部发表国Ⅵ标准征求意见稿[3]，首次提出使用WLTC工况(World Light Vehicle Test Cycle)取代NEDC工况(New European Driving Cycle)进行排放试验，并分阶段加严限值，增加颗粒物数量(PN)要求.

行驶工况对车辆的排放特性具有至关重要的影响.本文选取多辆不同配置，状态良好的在售轻型车进行工况对比试验，通过分析车辆排放试验结果，总结出不同工况下污染物的排放特性，并对污染物的排放特性进行分析.

1 试验方案

试验在专门的排放试验室进行，试验设备同时满足GB18352.5-2013国Ⅴ标准，EPA美国标准，及EURO欧Ⅵ标准的所有要求.

1.1 试验设备

试验所使用的排放测试系统包括如下设备.

(1)AVL-48英寸底盘测功机系统

由控制计算机(MMI)、电力测功机、转鼓、迎面风机、测量控制柜等设备构成，可用于进行前驱车、后驱车、四驱车的排放试验.

(2)Horiba-7000系列气体分析仪

气体分析仪由排气稀释系统、气体排放物测量系统、颗粒物质量测量系统和主控系统组成.气体测量系统包括CO/CO2分析单元、THC分析单元、CH4分析单元和NOx分析单元.

1.2 试验方法

试验车辆均采用国Ⅴ排放标准的在售轻型车型，基本参数如表1所示.考虑到影响车辆排放结果的因素很多，车辆状态、设备条件、环境条件、标准物质因素、驾驶员因素等[4].本试验过程在同一驾驶员，相同燃料汽油，保证试验条件稳定，车辆状态良好的条件下进行排放试验.同一车辆分别进行NEDC工况(国Ⅴ标准)，WLTC工况(欧洲标准)和FTP-75工况(Federal Test Procedure -75，美国标准)的排放试验，通过试验结果分析比较，总结出不同工况下的污染物排放特性.

(1)试验车辆参数

试验车辆均选用市场在售轻型车，驱动轮轮胎压力控制在230kPa，燃油加注到油箱的40%，排放水平达到国Ⅴ标准要求，车辆状态稳定.试验中选定的试验车型信息如表1所示.

表1 试验车辆基本信息表

(2)工况特性分析

试验中分别采用3种不同工况进行车辆排放试验，其中NEDC工况由匀速行驶、匀加速/减速和怠速行驶组成.而WLTC和FTP-75工况在整个试验循环周期内车速不断发生变化，加减速频繁，又称为瞬态工况.工况特性分析如下表2所示.

表2 NEDC、FTP-75、WLTC 工况对比

2 试验结果与分析

选择4种不同在售车型分别进行三种测试循环工况排放试验，对比排放污染物中一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)的含量，分析不同工况下的车辆排放特性，并说明原因.

2.1 CO排放特性

CO是汽油中烃类燃料燃烧的中间产物，当O2不充足时，易造成部分燃料燃烧不充分而生成CO.从图1中结果可以看出，WLTC工况下，CO排放量最高，NEDC次之，FTP工况下CO排放量最低.在排放循环中，CO的生成主要集中在3个部分：启动开环阶段、闭环暖机阶段、急加速过渡工况和高转速阶段.

图1 不同工况下CO排放结果对比

分析图2中不同工况下的CO瞬态排放数据发现，3种工况下CO排放的峰值主要发生在冷启动阶段，主要由于发动机冷启动燃料加浓导致CO排放增加.WLTC工况下的冷启动和高速阶段，是造成CO排放明显高于其他工况的主要原因.FTP工况下，虽然冷启动阶段CO排放高于NEDC，但其计算方法与WLTC和NEDC不同，冷启动和热启动阶段采用不同加权系数计算最终结果，其热启动阶段几乎不产生CO排放，因此最终排放结果低于NEDC工况.

图2 不同工况下CO瞬时排放

2.2 HC排放特性

尾气中HC的来源有很多可能，缸壁激冷反应及不完全燃烧等.图3中结果表明，NEDC工况下HC排放量最高，相比NEDC工况，WLTC工况HC排放下降20%，FTP工况HC排放降低50%.在排放循环中，HC的生成主要集中在启动、开环和暖机循环阶段以及高速阶段.

图3 不同工况下HC排放结果对比

图4中，不同工况下的HC瞬时排放结果表明，冷启动阶段，发动机还未充分热机，3工况下的HC排放都很高，其中FTP-75与WLTC工况的排放峰值基本持平，均高于NEDC工况.WLTC工况的高速阶段仍有一定的HC生成，此阶段急加速较多，喷油量增加，燃烧不充分导致HC增加，但催化器的储氧能力有限不足以释放足够的氧气，HC排放恶化.虽然NEDC工况下瞬时排放并不是最高，但其全工况运行距离不足WLTC工况的一半，导致其按km计算排放结果最高，而FTP则依然因为加权系数计算方法导致结果最低.

2.3 NOx排放特性

NOx是指NO、NO2、N2O、N2O3等氮氧化物的总称，其生成的机理主要是高温、富氧以及足够的反应时间.图5中结果表明，NEDC工况下NOx排放量最低，相比NEDC工况，FTP工况NOx排放量增加120%，WLTC工况NOx排放量增加180%.在排放循环中，NOx的生成主要集中在过渡急加速和高速阶段.

图4 不同工况下HC瞬时排放

图5 不同工况下NOx排放结果对比

图6中，NOx的瞬时排放结果表明：不同工况下，在车辆急加速和高速运行阶段条件下，NOx排放较高.NEDC工况为稳态工况，共有加速16次，减速18次，且均为匀加/减速，因此NOx排放最低.WLTC和FTP-75工况为瞬态工况，具有频繁的速度变化，且非匀速变化，导致各阶段的NOx排放都明显高于NEDC.WLTC工况的平均速度及最大加/减速均高于FTP工况，这可能是导致WLTC工况NOx排放最高的原因，也是应对排放标准需要重点调整的方面.

图6 不同工况下NOx瞬时排放

3 结 论

综合以上分析，通过对比WLTC工况、NEDC工况和FTP-75工况结果，行驶工况对排放结果产生较大影响，结论如下.

1)WLTC工况下，由于车速的频繁变化以及较高的平均车速，导致CO和NOx排放量最高.

2)FTP工况下，各污染物瞬时排放也较高，但由于冷启动与热启动阶段的加权系数的计算方式，最终计算结果并不明显.

3)NEDC是稳态工况，污染物排放水平相对较低，且均集中在冷启动阶段，但由于其工况距离较短，导致HC排放最高.

因此，采用WLTC工况将对车辆的污染物排放控制要求更加严苛，各车辆生产企业应及时做好调整应对，使车辆满足新标准要求.

[1] 谢生伟.机动车尾气污染现状与对策研究[J]. 大众汽车,2013,4(2):18-19.

[2] GB 18352.3-2001, 轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第Ⅰ阶段)[S].北京:环境保护部,2001.

[3] 轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国第Ⅵ阶段)(征求意见稿). 北京: 环境保护部, 2016.

[4] 崔正来,高俊华,陆红雨.影响法规试验的试验条件[C].上海:2005中国汽车工程学会制造年会, 2005,11.

Analysis of Pollutant Emission Characteristics for Light-dutyVehicles under Different Test Cycles

ZHANG Peng-yu1， ZHANG Xin-yu1， HAO Li-jun2， WANG Xue-song1

(1. Beijing Hyundai Motor Co., Ltd.，Beijing 101300，China； 2. School of Mechanical Engineering，Beijing Institute of technology，Beijing 100081，China)

A transient driving cycle used in EU6c (WLTC driving cycle) and U.S. standards (FTP-75 driving cycle), compared with the New European Driving Cycle (NEDC), is much closer to the actual driving situations, which has a significant influence on the vehicle emission characteristics. Four different light-duty vehicles are chosen to carry out the emission tests under the driving cycles of WLTC, NEDC and FTP-75 respectively, and the pollutants emission characteristics is analyzed. The results from comparative tests show that there are more stringent requirements for the pollutant emission control in WLTC cycles, providing reference for manufacturers to respond to the upgrades in emissions standards.

emission standards；driving cycle；pollutant；emission characteristics

1009-4687(2016)04-0010-03

2016-9-6

张鹏宇(1983 - )，男，工程师，硕士.

TK417

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