驾驶行为对轻型车实际行驶污染物排放特性的影响_李树宇.pdf

试验研究柴油机设计与制造Design and Manufacture of Diesel Engine2023 年第 2 期 第29 卷（总第183 期）驾驶行为对轻型车实际行驶污染物排放特性的影响李树宇（奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241007）摘要：为研究在不同驾驶行为下某轻型车的实际行驶污染物排放（RDE）特性，采用便携式车载排放分析设备，分别在激烈驾驶行为、正常驾驶行为、柔和驾驶行为3种条件下对某电控增压进气道喷射（PFI）发动机进行了RDE试验研究（试验时未对发动机进行任何改动）。结果表明：激烈驾驶行为在市区工况影响最大；CO和氮氧化物（NOx）排放结果与加速行为呈现正相关，即激烈驾驶行为排放正常驾驶行为排放柔和驾驶行为排放，其中CO的总体符合性因子在激烈驾驶行为下超过符合性因子限值（2.1），而NOx的符合性因子在激烈驾驶行为下市郊工况明显增加，且在限值以内；激烈驾驶行为下所排放的颗粒数（PN）远高于柔和驾驶行为，且郊区工况颗粒物（PM）排放最多，高速次之，整体排放结果远超过符合性因子限值（2.1）。国六车型开发时应重点优化整车的 CO和PM排放。关键词：轻型车；排放特性；驾驶行为；实际行驶污染物排放（RDE）Influence of driving behavior on real drive emission characteristics of light vehiclesLI Shuyu（Chery Automobile Co.，Ltd.，Wuhu 241007，Anhui，China）Abstract：In order to study the real drive emission（RDE）characteristics of a light vehicle under different driving behaviors，a portable emission measurement system was used to carry out RDE test research on an electronically controlled port fuel injection（PFI）engine under intense driving behavior，normal driving behavior and soft driving behavior，without any changes to the engine during the test.The results show that the driving behavior affects positive acceleration，and the urban driving conditions under intense driving behavior have the greatest impact.CO and NOx emission results are positively correlated with acceleration behavior，the result is intense driving behaviornormal behaviorsoft driving behavior，in which the overall compliance factor of CO exceeds compliance factor limit（2.1）under intense driving behavior，while the compliance factor of NOx significantly increases in suburban driving conditions under intense driving behavior，and is within the limit.The particulate number（PN）under intense driving behavior is far higher than that under soft driving behavior，and the particulate matter（PM）emission under suburban conditions is the largest，followed by highspeed conditions，and the overall emission result is far more than compliance factor limit（2.1）.It is suggested that in the development of China vehicles，attentions should be focused on the CO and PM emissions of the whole vehicle.Key words：light vehicle；emission characteristic；driving behavior；real drive emission（RDE）DOI：10.3969/j.issn.1671-0614.2023.02.006作者简介：李树宇（1992），男，硕士，工程师，主要研究方向为整车电控标定及策略研究。-29柴油机设计与制造Design and Manufacture of Diesel Engine2023 年第 2 期 第29 卷（总第183 期）0前言截至 2022年，我国机动车总保有量已近4亿辆；机动车的增加带来了更多的能源消耗 1-2、环境污染加剧等问题。为此，我国参与制定了更加严苛的全球统一轻型车辆测试循环（WLTC）排放法规。但该排放法规的制定场景与实际道路存在一定的差距，并不能完全覆盖实际道路行驶工况。实际行驶污染物排放（RDE）法规最早诞生于欧洲，至今已进行了多轮修订和大量试验验证，虽然该法规细则还在进一步验证和完善中，但是欧盟制定的欧六d排放法规（EU 6d）已确定引入RDE检测。我国在国六b排放法规中也已引入RDE检测，其中轻型车国六排放法规参考了欧洲法规对测试过程和结果评估的规范，引入了RDE检测作为轻型车排放法规的型试验，并规定了实施日期和相关污染物的符合性因子。随着检验检测技术水平的提高，我国各主机厂也在不断探索试验地点 3-8，研究RDE特性。本文针对某轻型乘用车，研究了在不同驾驶行为下的RDE水平，以期得到不同驾驶行为对车辆污染物排放的影响。1试验部分1.1 试验对象及设备试验车辆的发动机技术参数见表1。该车配备了三元催化后处理装置，WLTC排放摸底结果已达到国六b排放法规要求。为避免影响RDE检测结果，每次试验前，车辆电瓶应处于电量保持状态；每次试验后至下次试验开始前，车辆不能断电，防止车辆RDE自学习结果丢失。RDE 测 试 采 用 便 携 式 车 载 排 放 测 试 设 备（PEMS），包括气体采样测量单元和颗粒物（PM）采样测量单元，分别测量氮氧化物（NOx）、CO、CO2的排放量和颗粒数（PN）。流量计测量排气的实时流量，用于检测设备供电单元和控制单元。PEMS采样频率为1 Hz，通常放置在车辆的后备箱内；流量计通过车辆后拖钩和排气尾管固定。试验开始前应保证整个测试设备安装稳固。试验人员包括驾驶员和测试工程师。PEMS采用AVL公司的M.O.V.E检测仪，试验燃料使用试验当地市售92号汽油。1.2 试验路线RDE测试与WLTC测试相比，测试周期更长，边界条件不可控制因素增加。RDE工况与WLTC工况的车速对比曲线如图1所示。WLTC工况由低速段、中速段、高速段和超高速段4个部分组成，持续时间共1 800 s，其中，低速段的持续时间为589 s，中速段的持续时间为433 s，高速段的持续时间为455 s，超高速段的持续时间为323 s。RDE工况覆盖市区、市郊和高速路段，且测试过程考虑到了包括驾驶工况、交通状况、驾驶风格、环境温度和海拔高度等影响RDE结果的因素，能够更真实地反映汽车在实际使用过程中的污染物排放水平。试验路线设置为从安徽芜湖的排放实验室出发，经衡山路、凤鸣湖路、九华北路、九华中路、赭山表1试验车辆发动机技术参数结构与参数型式燃油喷射系统排量/L压缩比最大扭矩/（Nm）最高功率/kW最高功率转速/（rmin1）点火顺序排放水平指标与参数值直列4缸电控增压进气道喷射（PFI）1.4977.92101105 5001342国六图1RDE工况与WLTC工况的车速对比曲线-30柴油机设计与制造Design and Manufacture of Diesel Engine2023 年第 2 期 第29 卷（总第183 期）中路、文化路、北京中路、红光支路、仓津路、马仁山路、弋江路、马饮立交、峨山东路、三环路、九华南路、山深线、高坝村、山神线和奎湖，完成RDE测试。2试验结果分析2.1 驾驶行为对加速度的影响图2和图3分别为在实际道路上不同驾驶行为时车辆的正向加速度和瞬时加速度测试结果。由图2和图3可知：在市区、市郊和高速路段，正向加速度与驾驶行为呈现正向分布，正向加速度的变化趋势为激烈驾驶行为正常驾驶行为柔和驾驶行为，而在激烈驾驶行为下市区路段的正向加速度最大，市郊路段的正向加速度次之；正向加速度与CO、NOx、PM的产生息息相关，即驾驶行为在很大程度上会影响污染物的排放。2.2 驾驶行为对CO排放量的影响图4和图5分别为在实际道路上不同驾驶行为时车辆的CO排放测试结果及CO瞬时排放测试结果。由图4和图5可知：在实际道路下条件，CO符合性因子从大到小为激烈驾驶行为、正常驾驶行为、柔和驾驶行为；在激烈驾驶行为下，高速段CO符合性因子超过7，总体CO符合性因子超过2.1，而正常驾驶行为和柔和驾驶行为下CO符合性因子均在2.1以下。激烈驾驶行为下，在高速段CO排放量瞬间上升，经分析，此时发动机负荷大，气缸喷油量增多，燃油未燃烧充分的概率增加，导致气缸内的燃油难以在短时间内达到最佳空燃比状态，从而导致混合气燃烧不充分，引起在发动机大转速高负荷状态的高速段车辆的CO排放量增加。而正常驾驶行为和柔和驾驶行为下，CO排放主要集中在启动工况，且在发动机冷却状态时明显增多，原因是发动机在冷机状态下，发动机水温和机油温度低，机油黏度大；图2不同驾驶行为下的正向加速度图3不同驾驶行为下的瞬时加速度图4不同驾驶行为下的CO排放测试结果图5不同驾驶行为下CO瞬时排放测试结果-31柴油机设计与制造Design and Manufacture of Diesel Engine2023 年第 2 期 第29 卷（总第183 期）为使发动机顺利启动并保持运转，采用启动加浓、暖机加浓的方法，导致燃油燃烧不充分，同时由于水温比较低，氧传感器达到露点时间慢，催化器温度还未达到尾气后处理装置的最佳工作温度，催化器效率低，从而导致CO排放量增加。2.3 驾驶行为对NOx排放量的影响图6和图7为在实际道路上不同驾驶行为时车辆的NOx排放测试结果及NOx瞬时排放结果。由图6和图7可知：实际道路下，NOx符合性因子从大到小为激烈驾驶行为、正常驾驶行为、柔和驾驶行为，说明激烈驾驶行为对NOx产生的影响较大；所有驾驶行为的符合性因子均未超过限值（2.1），说明实际道路行驶下NOx排放总体表现较好。在不同驾驶行为下，NOx排放量从大到小均为市郊路段、市区路段、高速路段。NOx生成的条件是高温、富氧，以及持续的高温环境。在试验中的市区、市郊工况下，由于停留时间长，再加上激烈的驾驶行为，负荷变化剧烈，过渡工况明显增多，导致发动机的喷油量增多，从而导致NOx明显增多，NOx生成的条件是NOx排放优化的关键所在。2.4 驾驶行为对PN的影响分析图8和图9为在实际道路上不同驾驶行为时车辆的PN测试结果及瞬时结果。由图8和图9可知：激烈驾驶行为下车辆排放的PN远高于柔和驾驶行为，正常驾驶行为次之；激烈驾驶行为下，市郊工况PN排