基于耐久老化車輛的實際道路行駛NOx排放控制方法研究

徐勝龍，宋 軍，袁 偉

（上汽大眾汽車有限公司驅(qū)動系統(tǒng)研發(fā)部，上海 201805）

前言

國六排放法規(guī)GB18352.6中規(guī)定了實際道路駕駛排放（real driving emission，RDE）將于2023 年7 月正式實施，同時定義了RDE 測試的環(huán)境條件，最大擴(kuò)展區(qū)間為：環(huán)境溫度-7～35 ℃，海拔0～2 400 m；對檢查環(huán)節(jié)，定義了新生產(chǎn)車輛的生產(chǎn)一致性檢查及在用車正常壽命內(nèi)（16 萬km）的在用符合性檢查［1］。相比于國六原有的WLTC 循環(huán)排放，RDE 帶來的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在：（1）實際道路駕駛，沒有固定的駕駛方式及循環(huán)曲線，隨機(jī)性較強；（2）環(huán)境條件擴(kuò)展區(qū)間較大；（3）要求對16 萬km 以內(nèi)的在用車RDE 進(jìn)行抽查。基于這些新的挑戰(zhàn)可以總結(jié)出RDE特殊的極限工況：老化車輛（包含老化的發(fā)動機(jī)及排氣系統(tǒng)）、苛刻的環(huán)境條件、激進(jìn)的駕駛。結(jié)合法規(guī)中定義的環(huán)境溫度和海拔的擴(kuò)展條件，對環(huán)境溫度在-7～0 ℃和30～35 ℃兩個區(qū)間，或海拔高于700 m的RDE結(jié)果需除以擴(kuò)展系數(shù)1.6，因此在RDE開發(fā)時限值挑戰(zhàn)最大的環(huán)境條件是1 ℃和低海拔區(qū)域。

關(guān)于RDE 及其極限工況的應(yīng)對方法，當(dāng)前國內(nèi)公開的研究主要集中在兩方面：（1）對試驗實施方法及路徑規(guī)劃方面進(jìn)行了大量的研究，如CO2平均窗口法、累積平均法等［3-5］和帶車載排放測試系統(tǒng)（portable emission measurement system，PEMS）設(shè)備的道路試驗法、轉(zhuǎn)轂?zāi)M實際道路試驗法［6-7］等；（2）對RDE 排放特性方面進(jìn)行分析研究，如PN、NOx、CO等排放物與不同駕駛激烈程度、不同試驗環(huán)境條件下的RDE 循環(huán)曲線的關(guān)系［8-11］。這些基礎(chǔ)研究對RDE 試驗的實施及排放物的分布與比較提供了指導(dǎo)，但圍繞RDE 極限工況下排放物控制與優(yōu)化方法方面的總結(jié)相對較少，使實際工程應(yīng)用中缺少可借鑒的經(jīng)驗。

為探索排放物控制的有效方法，整車企業(yè)在開發(fā)RDE 車型項目時，通常在排氣側(cè)加裝顆粒捕集器（gasoline particulate filter，GPF）來降低PN，并提高三元催化器中貴金屬含量及增加目數(shù)以降低NOx等氣態(tài)排放物，這使得單車硬件成本明顯增加，同時需要較長的預(yù)研時間來比較不同硬件組合下的排放合規(guī)性。ECU（electronic control unit）作為發(fā)動機(jī)電控單元，可以基于前后氧等傳感器的參數(shù)值對發(fā)動機(jī)的基本燃燒及催化器的催化反應(yīng)條件進(jìn)行反饋控制，以降低燃燒產(chǎn)生的原始排放物，并提高催化器的轉(zhuǎn)化效率，使整車在不同運行工況及老化里程下的排放水平得到改善。合適的ECU 控制可以充分挖掘排放相關(guān)硬件的極限能力，尤其對于RDE 極限工況，一套較優(yōu)的排放控制方法不僅能降低硬件堆疊的必要性，也有利于實現(xiàn)整個項目開發(fā)成本及開發(fā)周期的最優(yōu)化。

本文選用兩輛國六 RDE 項目車輛，在底盤測功機(jī)上完成國六b 法規(guī)Ⅴ型試驗——污染控制裝置耐久性試驗要求的20 萬km 等效耐久性試驗。然后基于轉(zhuǎn)轂?zāi)M實際道路行駛試驗的方法，對來自國內(nèi)外主流整車及零部件企業(yè)的3條轉(zhuǎn)轂RDE循環(huán)曲線（包含冷起動階段）進(jìn)行比較，使用比較出來最激進(jìn)的曲線，在轉(zhuǎn)轂上對兩輛耐久車進(jìn)行1 ℃環(huán)境溫度下的排放試驗，并通過調(diào)整ECU 控制軟件及標(biāo)定，對試驗中排放量偏高的NOx進(jìn)行優(yōu)化，總結(jié)出一套針對RDE 極限工況的NOx排放控制方法，最后在新鮮排氣系統(tǒng)車輛及20 萬km 耐久車輛上，使用優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了多種轉(zhuǎn)轂循環(huán)及實際道路行駛排放對比試驗，驗證了方法的有效性。

1 測試車輛與試驗循環(huán)信息

1.1 測試車輛信息

本試驗選用兩個不同車型的項目車輛，但動力總成及排氣系統(tǒng)相同，相關(guān)信息如表1 和表2 所示。車型A 和B 各有一輛車用于實車耐久老化試驗及耐久完成后的排放試驗（耐久完成車輛下文簡稱耐久車輛），同時使用帶新鮮排氣系統(tǒng)（磨合里程小于3 000 km）的A和B車型車輛（下文簡稱新鮮車輛）進(jìn)行排放對比試驗。

表1 試驗車輛信息

表2 排氣系統(tǒng)信息

1.2 試驗設(shè)備信息

本試驗所用設(shè)備信息如表3所示。

表3 耐久及排放試驗設(shè)備信息

1.3 耐久老化信息

在底盤測功機(jī)上所使用的耐久老化循環(huán)為企業(yè)自定義的一種替代耐久性試驗循環(huán)，該循環(huán)最大車速約160 km/h，平均車速約100 km/h，完整循環(huán)里程約55 km，運行時長約2 000 s。使用該循環(huán)進(jìn)行的總耐久試驗里程為等效20 萬km 標(biāo)準(zhǔn)道路循環(huán)（standard road cycle，SRC）耐久試驗結(jié)果的里程數(shù)。試驗開始前須監(jiān)控全循環(huán)的催化器溫度，避免耐久過程中因溫度過高而損壞催化器。圖1 為較重的車型B 在循環(huán)中催化器溫度的表現(xiàn)，可見整體控制在900 ℃以下。試驗過程中選取特定里程點，對排氣系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查，催化器儲氧量（oxygen storage capacity，OSC）測量，及轉(zhuǎn)轂激進(jìn)RDE 循環(huán)排放。圖2 和圖3 所示為20 萬km 耐久試驗結(jié)束時車型B的內(nèi)窺鏡檢查結(jié)果，狀態(tài)正常。

圖1 耐久試驗循環(huán)中催化器溫度表現(xiàn)

圖2 車型B 20萬km催化器前端面圖

圖3 車型B 20萬km GPF前端面圖

1.4 RDE試驗循環(huán)曲線信息

在進(jìn)行轉(zhuǎn)轂試驗前，對比不同的激進(jìn)RDE（RDE MAX）循環(huán)曲線，通過速度加速度乘積v·apos（m2/s3）評判駕駛激烈程度。表4 列出了來自不同企業(yè)3 條曲線的基本參數(shù)，曲線1 的循環(huán)時間、距離最短，最高車速最高。表5對比了這3條曲線的行程動力學(xué)參數(shù)，可見曲線1 的市區(qū)、郊區(qū)、高速3 個階段95%分位的v·apos值為3者中最高，均超過了相應(yīng)的法規(guī)限值，表明其駕駛激烈程度最高。為探索RDE極限工況下的排放控制方法，選擇曲線1 作為本研究使用的RDE MAX試驗循環(huán)。

表4 不同RDE MAX循環(huán)基本參數(shù)對比

表5 不同RDE MAX循環(huán)行程動力學(xué)參數(shù)對比

2 測試結(jié)果

2.1 OSC測試結(jié)果

OSC是催化器涂敷中的儲氧成分氧化鈰（Ce）由Ce2O3被氧化為CeO2過程中吸收的氧氣質(zhì)量。氧化鈰在發(fā)動機(jī)燃燒偏稀時儲氧，燃燒偏濃時釋放氧，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)催化器中的空燃比窗口，對提高催化器轉(zhuǎn)化效率并改善整車排放至關(guān)重要。在整車耐久試驗過程中，為監(jiān)測排氣系統(tǒng)的老化程度，每特定里程下對OSC 進(jìn)行一次測量。圖4 所示為每5 萬km、發(fā)動機(jī)負(fù)荷50%、催化器溫度500 ℃以上時測得的OSC 變化趨勢。由圖可知，車型A 和B 在耐久過程中OSC 持續(xù)下降，下降趨勢一致，20 萬km 結(jié)束時，兩車型的OSC都在500 mg左右。

圖4 車型A和B耐久過程中OSC變化趨勢

2.2 排放試驗結(jié)果

由于實際駕駛中冷起動階段NOx等排放物的占比較大［12］，對包含該階段的RDE 極限工況進(jìn)行分析研究，可為后續(xù)RDE 法規(guī)加嚴(yán)情況下的整車項目開發(fā)提供指引。基于此，本文所涉及的轉(zhuǎn)轂RDE MAX及實際道路PEMS 試驗結(jié)果均包含冷起動和冷機(jī)運行階段。圖5 和圖6 是在0、10、20 萬km 時所進(jìn)行的包含冷起動的1 ℃ RDE MAX排放試驗結(jié)果。

圖5 和圖6 顯示，隨著耐久里程的增長，車型A和車型B 在Urban（市區(qū)）及Total（總循環(huán)）兩個計算階段的NOx均有所惡化，惡化趨勢較為一致，兩輛車10-20 萬km 期間相比0-10 萬km 惡化速度加快；20 萬km時，NOx的符合性因子（conformity factor，CF）值，相比0 km 增長超過100%；兩圖中PN 沒有隨耐久里程的增長而明顯惡化，這說明GPF 的顆粒捕集效果沒有隨耐久里程的增長而明顯下降。下文將基于20 萬km 的耐久老化車輛對排放風(fēng)險更大的NOx展開針對性分析。

圖5 車型A耐久過程中1 ℃ RDE MAX排放結(jié)果

圖6 車型B耐久過程中1 ℃ RDE MAX排放結(jié)果

3 耐久老化車輛NOx控制方法研究

3.1 RDE MAX循環(huán)NOx偏高問題工況分析

對圖5 和圖6 中所展示的耐久20 萬km 后的1 ℃ RDE MAX 排放結(jié)果進(jìn)行模態(tài)分析，見圖7，車型A 和B 在全循環(huán)內(nèi)NOx峰值所在的時間點完全相同，主要出現(xiàn)在冷起動后的前100 s 和1 600～1 800 s 之間的超高速階段。

對整備質(zhì)量更重的車型B 進(jìn)行NOx偏高的具體工況分析。圖8和圖9對比了1 ℃ RDE MAX 試驗中不同里程車輛在這兩個NOx峰值時段的表現(xiàn)。其中圖8 為冷起動急加速階段的工況分析，在起動后3 s左右即掛擋并急加速，發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩快速升至221 N·m。此時發(fā)動機(jī)水溫仍低于3 ℃，催化器中心溫度低于200 ℃，催化器仍處在加熱過程中，催化轉(zhuǎn)化效率比較低。圖中變量名稱前綴為［2］所代表的試驗2 為耐久車輛NOx結(jié)果，［4］代表的試驗4 為新鮮車輛NOx結(jié)果。可見，耐久車輛的NOx要差于新鮮車輛，幾乎為新鮮車輛的兩倍以上。

圖8 前100 sNOx偏高工況分析

圖9 1 600～1 800 s NOx偏高工況分析

圖9 為超高速階段的工況分析，車輛從靜止快速加速到145 km/h，發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩長時間位于200 N·m以上，最大238 N·m。轉(zhuǎn)速因變速器升降擋而大幅波動，最高轉(zhuǎn)速超過4 000 r/min。對應(yīng)于轉(zhuǎn)速峰值的是兩個發(fā)動機(jī)排氣流量尖峰，試驗2 所用的耐久車輛在此時出現(xiàn)兩個NOx排放速率較高的區(qū)域，最高速率為0.032 6 g/s，但試驗3 所用的新鮮車輛在整個超高速階段NOx排放速率都較低，最高值0.000 12 g/s，僅為耐久車輛的3.7‰。這說明耐久車輛在發(fā)動機(jī)排氣流量過大時，其老化的三元催化器可能存在催化轉(zhuǎn)化能力不足現(xiàn)象。

對于圖8 和圖9 所反映的耐久車輛在冷起動后急加速、熱機(jī)超高速兩個極端工況下的NOx排放特征，應(yīng)是催化器在老化至一定程度后出現(xiàn)的共同趨勢，可能只是因整車及催化器軟硬件設(shè)計等方面的不同，顯現(xiàn)這一特征所需要的耐久老化里程會有差異。面對市場中車輛使用過程的多樣性，為更好地確保不同老化程度在用車RDE抽查時NOx結(jié)果的符合性，僅靠催化器硬件性能升級這種固有方式可能有一定的局限性。在ECU 控制方面，可以基于老化程度高的車輛及催化器，通過軟件及標(biāo)定優(yōu)化來針對性地改善極端工況下的燃燒條件及催化轉(zhuǎn)化條件，可以較大程度上降低NOx排放，達(dá)到輔助甚至完全替代硬件升級的目的，同時擁有更高的適應(yīng)性和靈活性。

3.2 VVT 狀態(tài)對冷機(jī)極端工況NOx 影響的對比分析

圖10 基于兩次1 ℃ RDE MAX 排放試驗對比了車型B 在冷機(jī)大負(fù)荷階段，VVT 分別為開啟與關(guān)閉狀態(tài)下的NOx排放差異。對比NOx排放的瞬態(tài)值（g/s）可以看出，進(jìn)排氣VVT 開啟后的NOx排放水平整體低于VVT 關(guān)閉時的，同時結(jié)合該階段的NOx積分值對比可見，VVT 開啟后其冷起動及起步急加速階段的NOx總量（圖10 中NOx積分值偏低的曲線）相比關(guān)閉時下降19%左右。

圖10 VVT開啟與關(guān)閉狀態(tài)下冷機(jī)NOx排放對比

3.3 過量掃氣系數(shù)對冷機(jī)極端工況NOx影響的對比分析

過量掃氣系數(shù)表示每循環(huán)由進(jìn)氣口流入的新鮮充量質(zhì)量與進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積所需新鮮充量質(zhì)量的比值，在沒有掃氣時該系數(shù)為1，有掃氣時大于1，且隨著氣門重疊角的增大，該系數(shù)也會增加［13］。掃氣發(fā)生時，部分從進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸的新鮮空氣沒有參與燃燒，被直接從排氣門排出，使排氣含氧量增加［14］。這一方面降低了缸內(nèi)溫度，有利于降低NOx原始排放；另一方面催化器內(nèi)部出現(xiàn)的瞬時富氧，可能導(dǎo)致催化轉(zhuǎn)化過程中生成較多的NOx排放物。這種雙向作用給尾氣中的NOx帶來了不穩(wěn)定的影響，表現(xiàn)出時高時低現(xiàn)象。

圖11 展示了一個典型的不穩(wěn)定結(jié)果，同一輛耐久車在兩次1 ℃ RDE MAX 排放試驗的冷機(jī)極端工況下，試驗2 和試驗4 的過量掃氣系數(shù)都達(dá)到1.02以上，且比較接近，但試驗2 的NOx峰值排放速率相比試驗4 高近一倍。這種不穩(wěn)定現(xiàn)象在耐久車輛上顯得較為明顯，在整個Urban 階段，偏高的NOx排放量相比偏低時高出35%以上，但在新鮮車輛上卻幾乎相同。通過在耐久車輛上多次重復(fù)試驗，統(tǒng)計得到該工況下NOx偏高次數(shù)占總試驗次數(shù)的比例約為50%。

圖11 過量掃氣系數(shù)＞1時NOx排放的不穩(wěn)定結(jié)果

為可靠地降低冷機(jī)極端工況下的NOx排放，對比驗證了兩種方法：加濃空燃比λ及減小重疊角。在ECU 控制邏輯中，可以實現(xiàn)當(dāng)識別到過量掃氣系數(shù)＞1時，即進(jìn)行目標(biāo)空燃比λ加濃，加濃大小通過λ/過量掃氣系數(shù)進(jìn)行計算，這樣當(dāng)系數(shù)越大，目標(biāo)空燃比λ就越小，噴油量就越大。減小重疊角可以直接將過量掃氣系數(shù)降到1。雖然一定大小的掃氣率可以達(dá)到降低缸內(nèi)溫度從而減少爆震，加快廢氣渦輪增壓器的動態(tài)響應(yīng)速度，增加轉(zhuǎn)矩輸出等效果，但針對該冷機(jī)運行階段，發(fā)動機(jī)缸內(nèi)溫度仍較低，不易產(chǎn)生爆震，反而降低發(fā)動機(jī)原始排放，使催化器快速起燃才是控制上的主要考慮方向，因此將過量掃氣系數(shù)降到1的方法是值得驗證的。

圖12 所示為基于同一輛耐久車使用不同控制策略進(jìn)行的1 ℃ RDE MAX 循環(huán)NOx排放對比試驗。試驗2、4、6 分別對應(yīng)過量掃氣系數(shù)＞1、過量掃氣系數(shù)＞1 且基于過量掃氣系數(shù)進(jìn)行目標(biāo)λ加濃、過量掃氣系數(shù)=1。由圖可知，整個過量掃氣系數(shù)＞1 期間，加濃相比不加濃的NOx積分值下降31%；而過量掃氣系數(shù)=1 相比＞1 且不加濃的情況，NOx積分值下降50%，相比＞1 且加濃的情況，NOx積分值仍下降27%。因此，適量加濃空燃比λ及過量掃氣系數(shù)降到1對該冷機(jī)極端工況下的NOx排放都有明顯改善，過量掃氣系數(shù)降到1的方法NOx優(yōu)化效果更好。

圖12 空燃比、重疊角對過量掃氣系數(shù)＞1時NOx的影響

3.4 空燃比λ 加濃對冷機(jī)極端工況NOx 影響的驗證

圖13 所示為基于同一輛耐久車，通過兩次1 ℃RDE MAX 試驗對比了λ=0.96（試驗4）與λ=1（試驗2）控制下的NOx及CO 排放，從兩條NOx排放瞬時曲線看，相差不太明顯，但從NOx積分值曲線上看，λ=0.96 相比λ=1時的NOx排放量下降了7%左右，同時CO 的排放量增加了30%。在實際工程項目應(yīng)用過程中，需要結(jié)合整個排放循環(huán)的NOx和CO 排放量高低，來權(quán)衡是否采取空燃比加濃的控制方法。

圖13 空燃比λ對耐久車在冷機(jī)極端工況下的排放影響對比

3.5 催化器窗口對熱機(jī)極端工況NOx影響的分析

老化催化器由于儲氧量降低，對空燃比的濃稀變化更為敏感，需要加強對催化器中空燃比的控制，以改善催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)條件，使極端工況下的排放量實現(xiàn)綜合最優(yōu)。有研究表明，催化器老化后排放物變差，一方面是來自于催化器內(nèi)部活性成分的下降，這部分是不可逆的物理化學(xué)變化；而另一方面是因為儲氧量降低之后，催化器最佳的催化轉(zhuǎn)化λ窗口發(fā)生了微小改變［15］，這種變化可以通過ECU 軟件標(biāo)定進(jìn)行針對性的調(diào)整，使催化器中的實際λ與變化后的窗口進(jìn)行匹配，從而有效提高老化催化器的轉(zhuǎn)化效率。

圖14 對比了老化催化器窗口優(yōu)化前后的兩次1 ℃ RDE MAX 試驗結(jié)果，圖中所示為超高速極端工況下的發(fā)動機(jī)參數(shù)及NOx尾氣排放值。試驗2 為窗口優(yōu)化前結(jié)果，試驗4 為窗口優(yōu)化后結(jié)果。反映催化器中空燃比濃稀狀態(tài)的后氧傳感器電壓值，在試驗2的持續(xù)急加速過程中出現(xiàn)震蕩下跌，相應(yīng)的NOx排放速率及積分值均明顯高于試驗4，說明試驗2的催化器中有逐漸偏稀跡象，這就是因催化器窗口發(fā)生改變導(dǎo)致的。在ECU 控制邏輯中，設(shè)置針對老化催化器的窗口預(yù)設(shè)值，即使在排氣流量大的工況下，也可以盡量使后氧電壓穩(wěn)定在催化轉(zhuǎn)化效率較高的λ窗口附近。試驗4在該極端工況下，后氧電壓控制穩(wěn)定，最終NOx排放速率及積分值都明顯降低，在圖示光標(biāo)1 和2 之間的NOx積分值相比試驗2 下降45%。

圖14 不同后氧電壓下熱機(jī)大負(fù)荷NOx排放對比

通過3.2-3.5 節(jié)的分析，對耐久車輛在1 ℃RDE MAX 循環(huán)中兩個極端工況下的NOx排放進(jìn)行了對比分析，得出有明顯優(yōu)化效果的控制方法。在ECU 數(shù)據(jù)中集成這些控制方法后，進(jìn)一步驗證多組合下的轉(zhuǎn)轂排放及實際道路行駛排放。

4 驗證結(jié)果

4.1 耐久車輛RDE MAX循環(huán)排放驗證結(jié)果

在兩輛耐久車上使用優(yōu)化后數(shù)據(jù)進(jìn)行1 ℃RDE MAX 排放，與優(yōu)化前的排放結(jié)果進(jìn)行對比。圖15 所示為車型A 的全循環(huán)NOx排放速率對比結(jié)果，可見優(yōu)化后NOx瞬態(tài)排放量明顯下降，在兩個極端工況下的NOx瞬態(tài)峰值下降近50%。

圖15 耐久車型A在1 ℃ RDE MAX循環(huán)中的NOx結(jié)果

圖16 對比了優(yōu)化前后耐久車輛在-7、1 和23 ℃3 種環(huán)境溫度RDE MAX 循環(huán)中NOx排放的CF 值。可以看出，優(yōu)化后1 ℃排放中的NOx在Urban 和Total兩個階段下降超40%，23 ℃排放的Urban 及Total 階段NOx在優(yōu)化后分別下降20%和10%，-7 ℃排放中兩個階段的NOx在優(yōu)化前后幾乎無變化。這說明，基于1 ℃ RDE MAX 循環(huán)進(jìn)行的軟件標(biāo)定優(yōu)化，使1 ℃排放改善最大，23 ℃也有明顯降低，但對-7 ℃沒有影響，這可能與-7 ℃溫度過低沒有開啟VVT、原始排放更多且溫度低導(dǎo)致催化器起燃時間長等因素有關(guān)，而23 ℃因VVT 原本已正常工作，也沒有采取1 ℃ 類似的空燃比λ加濃措施，因此優(yōu)化效果不如1 ℃明顯。

圖16 耐久車輛在不同溫度RDE MAX循環(huán)中的NOx結(jié)果

4.2 耐久及新鮮車輛的多種排放循環(huán)驗證結(jié)果

圖17 展示了數(shù)據(jù)優(yōu)化前后耐久車輛的國六Ⅰ型常溫排放對比結(jié)果。可見4 種主要氣態(tài)排放物在優(yōu)化后都有一定程度的下降，其中優(yōu)化前排放量偏高的CO 排放物下降最明顯，優(yōu)化后的4 種氣態(tài)排放物整體排放水平接近，與上文講述的老化催化器窗口匹配理論相符，即合適的窗口控制可以使催化器處在對幾種排放物而言都相對較佳的轉(zhuǎn)化效率區(qū)間。由于Ⅰ型試驗相比RDE MAX 循環(huán)的激進(jìn)程度低，因此優(yōu)化前后的NOx排放下降不明顯。

圖17 耐久車輛國六Ⅰ型常溫排放對比驗證結(jié)果

圖18 展示了優(yōu)化前后耐久車輛的國六Ⅵ型低溫排放驗證結(jié)果。圖19 展示了優(yōu)化前后新鮮車輛在不同溫度RDE MAX 循環(huán)中的NOx結(jié)果。圖20 和圖21 分別展示了優(yōu)化前后新鮮車輛的Ⅰ型及Ⅵ型排放對比結(jié)果。從這幾張圖可以看出，使用優(yōu)化前數(shù)據(jù)進(jìn)行的新鮮車輛排放整體已較好，基于耐久車輛優(yōu)化的數(shù)據(jù)不僅使耐久車輛排放下降到一個均衡水平，也使新鮮車輛排放有不同程度的改善。

圖18 耐久車輛國六Ⅵ型低溫排放驗證結(jié)果

圖19 新鮮車輛在不同溫度RDE MAX循環(huán)中的NOx結(jié)果

圖20 新鮮車輛國六Ⅰ型常溫排放驗證結(jié)果

圖21 新鮮車輛國六Ⅵ型低溫排放驗證結(jié)果

4.3 耐久及新鮮車輛的實際道路行駛排放驗證結(jié)果

圖22 匯總了耐久及新鮮車輛，使用優(yōu)化前后數(shù)據(jù)完成的0 海拔常溫環(huán)境下實際道路行駛PEMS 測試結(jié)果。可見優(yōu)化后新鮮及耐久車輛NOx排放物在Urban 及Total 兩個階段CF 值均較低，數(shù)據(jù)優(yōu)化對新鮮車輛的Total 階段NOx改善明顯，也使耐久車輛兩個階段的NOx都穩(wěn)定在較好的水平。

圖22 不同狀態(tài)車輛實際道路行駛PEMS測試結(jié)果

5 結(jié)論

本文通過使用對排放考驗較為苛刻的20 萬km耐久老化車輛、1 ℃環(huán)境下包含冷起動的轉(zhuǎn)轂RDE MAX 循環(huán)進(jìn)行排放試驗，對試驗中冷起動后急加速及熱機(jī)起步急加速至超高速兩個極端工況下排放偏高的NOx進(jìn)行對比分析，并采用優(yōu)化發(fā)動機(jī)ECU 控制策略的方法，使得耐久車在1 ℃ RDE MAX 循環(huán)NOx下降超過40%，同時驗證了其他類型排放，均有不同程度的改善，說明該優(yōu)化方法的有效性。基于本文的研究，可以得到如下結(jié)論。

（1）整車經(jīng)20 萬km 的轉(zhuǎn)轂?zāi)途迷囼灷匣螅呋鞯膬ρ趿肯陆导s40%，GPF 的顆粒捕集效率反而略微上升，NOx排放物明顯惡化，其中10萬-20萬km期間NOx惡化速度快于0-10 萬km 期間，20 萬km 時的NOx值較0 km時增長超過100%。

（2）耐久老化車輛在進(jìn)行包含冷起動的RDE MAX 排放試驗時，NOx排放量最高的區(qū)間位于催化器未完全起燃時的冷起動后急加速階段，及排氣流量過大的熱機(jī)超高速階段。合理控制VVT、過量掃氣系數(shù)等，可以明顯改善催化器未完全起燃狀態(tài)下的NOx排放量；恰當(dāng)應(yīng)用老化催化器窗口，可以降低排氣流量過大時的NOx排放，同時還能將其他氣態(tài)排放物控制在相對均衡的水平。

（3）使用帶老化排氣系統(tǒng)的車輛，先基于轉(zhuǎn)轂RDE MAX 循環(huán)進(jìn)行排放控制相關(guān)的控制策略開發(fā)及優(yōu)化，再進(jìn)行實際道路行駛排放驗證，是一種有效且能充分挖掘軟件潛力的RDE開發(fā)方法。

鑒于國六第2 階段及后續(xù)國七階段的排放法規(guī)，對實際道路行駛排放的要求將漸趨嚴(yán)苛，本文所述包含冷起動階段的RDE 開發(fā)方法，及NOx排放控制方法，可為行業(yè)內(nèi)純汽油發(fā)動機(jī)及混合動力RDE開發(fā)項目、催化器降本項目等提供參考。