國六混合動力客車排放特性試驗研究

王曉輝

摘要：在一臺插電式混合動力城市客車上分別進行了基于CCBC、CHTC-B和PEMS的排放試驗研究，驗證了不同載荷下的CO、NOX、PN等排氣污染物的情況。結果表明：搭載滿足國六排放標準的發動機，在不同的測試循環均可滿足國六整車排放測試標準，由于不同測試循環的車速要求不一致，使得發動機的運行工況和運行時間略有差異，這樣導致排氣溫度的不同，在排氣溫度較低的情況下，催化器的轉化效率較低，會導致排氣污染值略高一些。

關鍵詞：插電式混合動力;國六發動機;排放限值;排氣污染物

中圖分類號：X701? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）10-0007-02

0? 引言

國務院頒布的《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012-2020）》明確推進純電動汽車和插電混合動力汽車產業化[1]。其中，插電式混合動力因其具有零排放的EV模式和長續駛里程低燃油消耗的HEV模式，被認為是新能源汽車發展中不可或缺的一部分，越來越受高校和企業重視。根據中國汽車工業協會統計數據顯示，自 2012 年來，我國插電式混合動力汽車銷量增長迅速，2018 年銷量達 27.1萬輛，同比增長118%[2]。

混合動力整車作為動力總成相比傳統柴油機具有巨大的優勢，在啟停頻繁，車速較低的應用場景下，其節能效果優勢明顯，但由于頻繁啟停，會造成催化器載體的溫度變化較為頻繁，但國六的技術路線中后處理的性能表現與排放關聯性較大。

為了保證混合動力的節能優勢的同時，能更好的滿足排放法規，對混合動力的排放特性做進一步的研究。本文以一款混合動力客車為研究對象，探索混合動力整車的排放特性，為未來進一步降低整車的燃油經濟性提供支撐。

1? 試驗裝置及試驗方法

1.1 試驗樣機及機構

本研究工作基于一臺12m的插電式混動動力城市客車進行研究，該車的混合動力系統為功率分流式行星排結構，搭載5.132L的柴油發動機，排放技術路線為EGR+DOC+DPF+SCR+ASC。試驗整車技術參數如表1所示。

1.2 試驗臺架

本次試驗研究工作在底盤測功機上進行，臺架硬件配置如表2所示。

1.3 試驗方案

本次試驗研究工況按照《GB/T 19754-2005重型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法》中建議的中國典型的城市公交測試循環CCBC，以及《GB 17691—2018重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》中附錄K推薦的道路行駛測量方法PEMS以及中國客車行駛工況（CHTC-B）三種測試循環對整車進行排放測試，并對排放結果進行分析。

2? 試驗結果及分析

2.1 基于CCBC循環的的排放結果分析

本次試驗研究按照對車輛施加10%、50%、100%的負載。試驗開始前對車輛進行充分預處理，按照圖1所示控制車速進行試驗，試驗過程中記錄CO、PN、NOX等排放物，同時通過OBD串口讀取發動機的轉速、扭矩百分比、排氣流量等參數。

通過對試驗過程中記錄的數據進行整理，處理最終形成不同載荷下基于CCBC循環的排放結果，其結果如表3所示。

從排放結果來看，不同載荷下均可以滿足法規要求，但主要排放污染物NOX和CO在10%負荷均比其它兩種載荷下的高，這主要由于發動機載荷越低，其運行過程中的發動機輸出的功低，排氣溫度低，后處理器的轉化效率在低溫情況下效率低造成。

2.2 基于CHTC-B測試循環的排放結果分析

同樣按照10%、50%、100%對整車進行加載，按照圖2所示控制車速進行試驗，試驗過程中記錄CO、PN、NOX等排放物，同時通過OBD串口監控發動機的轉速、扭矩百分比、排氣流量等參數。

通過對試驗過程所記錄的數據進行整理和處理，最終形成不同載荷下基于CHTC-B公交車循環的排放結果如表4所示。

從試驗結果得匯總來看不同載荷下的排放結果均滿足法規的要求，在10%負荷時，NOX排放和CO比排放量排放值較大，這主要因為基于CHTC-B循環運行，車速較低，停車頻繁，整個運行過程中發動機的運轉的頻率較低，催化器排溫溫度低，催化器的轉化效率低，使得在10%負荷時排放污染物較高。 50%、100%負荷下其排放物均為接近，這主要是因為負荷率上升后，發動機的運行頻率增加，催化器的溫度處于一個較高的水平，轉化效率在高排溫的情況較為穩定。PN排放隨負荷率的變化不明顯，較為穩定。

2.3 基于道路PEMS試驗的排放結果分析

為全面探索基于實際道路情況的排放情況，參考《GB 17691—2018重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》中附錄K推薦的道路行駛測量方法的具體要求開展相關試驗驗證。

從試驗結果統計的結果，如表5所示，車輛的運行特征（功倍數、車速比例、車速平均值）均滿足PEMS試驗實施細節的要求，整個試驗有效。

對試驗結果進行統計分析，不同載荷下的排放結果如表6所示，均滿足法規的要求。從單一污染物分析，CO排放大幅度的降低，PN與CCBC循環、CHTC-B循環結果基本一致，處于相同的數量級。NOX排放維持較高的水平，但也滿足法規的限值要求。在實際道路駕駛循環，發動機的需求功明顯高于CCBC、CHTC-B循環，發動機的負荷率和運行時間相比都較高，在發動機長時間的運行且負荷率較高的情況下，空燃比增加，同時發動機一直處于水溫較高的情況，使得CO排放降低。NOX排放的上升主要是實際道路情況下，受交通管制、道路車輛的擁擠影響，加劇了整車運行過程中的減速和制動過程，減速和制動過程的增加，增加了發動機的啟停次數，在發動機啟動過程，由于催化器的溫度較低，轉化效率較低，因此使得在整個運行過程中的NOX排放相比CCBC和CHTC-B循環在50%、100%負載下增加約1.5倍。

3? 結論

①滿足國六排放法規的發動機搭載插電式混合動力在不同的測試循環下排放污染物均可以滿足整車試驗的法規限值要求;②在實際道路運行過程中，受到交通管制和交通的擁擠程度的影響，使得實際道路的NOX排放物相比轉榖測試循環CCBC、CHTC-B增加約1.5倍，道路PEMS測試循環，更能體現整車的實際運行時的排放污染物的情況;③基于不同的測試循環，PN的排放結果受測試循環影響較小，這主要是因為PN的測試結果主要與后處理的DPF的捕集效率相關，與催化器的溫度關系不大;④插電式混合動力客車在相比傳統車節能的情況下，排放污染物也可以滿足法規的要求，但實際道路中的NOX排放裕度較小，在未來的車型的開發過程中還需要針對混合動力的實際使用情況進行針對性的標定，以便排放的一致性控制。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國務院. 國發 [2012] 22 號 節能與新能源汽車產業發展規劃（2012—2020年）[S].北京：2012.

[2]徐超.重型載貨混合動力汽車構型分析與能效優化[D].清華大學，2019.

[3]GB 17691-2018，重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）[S].

[4]GB/T 19754-2005，重型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法[S].