国六混合动力客车排放特性试验研究

王晓辉

摘要：在一台插电式混合动力城市客车上分别进行了基于CCBC、CHTC-B和PEMS的排放试验研究，验证了不同载荷下的CO、NOX、PN等排气污染物的情况。结果表明：搭载满足国六排放标准的发动机，在不同的测试循环均可满足国六整车排放测试标准，由于不同测试循环的车速要求不一致，使得发动机的运行工况和运行时间略有差异，这样导致排气温度的不同，在排气温度较低的情况下，催化器的转化效率较低，会导致排气污染值略高一些。

关键词：插电式混合动力;国六发动机;排放限值;排气污染物

中图分类号：X701                                      文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）10-0007-02

0  引言

国务院颁布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）》明确推进纯电动汽车和插电混合动力汽车产业化[1]。其中，插电式混合动力因其具有零排放的EV模式和长续驶里程低燃油消耗的HEV模式，被认为是新能源汽车发展中不可或缺的一部分，越来越受高校和企业重视。根据中国汽车工业协会统计数据显示，自 2012 年来，我国插电式混合动力汽车销量增长迅速，2018 年销量达 27.1万辆，同比增长118%[2]。

混合动力整车作为动力总成相比传统柴油机具有巨大的优势，在启停频繁，车速较低的应用场景下，其节能效果优势明显，但由于频繁启停，会造成催化器载体的温度变化较为频繁，但国六的技术路线中后处理的性能表现与排放关联性较大。

为了保证混合动力的节能优势的同时，能更好的满足排放法规，对混合动力的排放特性做进一步的研究。本文以一款混合动力客车为研究对象，探索混合动力整车的排放特性，为未来进一步降低整车的燃油经济性提供支撑。

1  试验装置及试验方法

1.1 试验样机及机构

本研究工作基于一台12m的插电式混动动力城市客车进行研究，该车的混合动力系统为功率分流式行星排结构，搭载5.132L的柴油发动机，排放技术路线为EGR+DOC+DPF+SCR+ASC。试验整车技术参数如表1所示。

1.2 试验台架

本次试验研究工作在底盘测功机上进行，台架硬件配置如表2所示。

1.3 试验方案

本次试验研究工况按照《GB/T 19754-2005重型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》中建议的中国典型的城市公交测试循环CCBC，以及《GB 17691—2018重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》中附录K推荐的道路行驶测量方法PEMS以及中国客车行驶工况（CHTC-B）三种测试循环对整车进行排放测试，并对排放结果进行分析。

2  试验结果及分析

2.1 基于CCBC循环的的排放结果分析

本次试验研究按照对车辆施加10%、50%、100%的负载。试验开始前对车辆进行充分预处理，按照图1所示控制车速进行试验，试验过程中记录CO、PN、NOX等排放物，同时通过OBD串口读取发动机的转速、扭矩百分比、排气流量等参数。

通过对试验过程中记录的数据进行整理，处理最终形成不同载荷下基于CCBC循环的排放结果，其结果如表3所示。

从排放结果来看，不同载荷下均可以满足法规要求，但主要排放污染物NOX和CO在10%负荷均比其它两种载荷下的高，这主要由于发动机载荷越低，其运行过程中的发动机输出的功低，排氣温度低，后处理器的转化效率在低温情况下效率低造成。

2.2 基于CHTC-B测试循环的排放结果分析

同样按照10%、50%、100%对整车进行加载，按照图2所示控制车速进行试验，试验过程中记录CO、PN、NOX等排放物，同时通过OBD串口监控发动机的转速、扭矩百分比、排气流量等参数。

通过对试验过程所记录的数据进行整理和处理，最终形成不同载荷下基于CHTC-B公交车循环的排放结果如表4所示。

从试验结果得汇总来看不同载荷下的排放结果均满足法规的要求，在10%负荷时，NOX排放和CO比排放量排放值较大，这主要因为基于CHTC-B循环运行，车速较低，停车频繁，整个运行过程中发动机的运转的频率较低，催化器排温温度低，催化器的转化效率低，使得在10%负荷时排放污染物较高。 50%、100%负荷下其排放物均为接近，这主要是因为负荷率上升后，发动机的运行频率增加，催化器的温度处于一个较高的水平，转化效率在高排温的情况较为稳定。PN排放随负荷率的变化不明显，较为稳定。

2.3 基于道路PEMS试验的排放结果分析

为全面探索基于实际道路情况的排放情况，参考《GB 17691—2018重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》中附录K推荐的道路行驶测量方法的具体要求开展相关试验验证。

从试验结果统计的结果，如表5所示，车辆的运行特征（功倍数、车速比例、车速平均值）均满足PEMS试验实施细节的要求，整个试验有效。

对试验结果进行统计分析，不同载荷下的排放结果如表6所示，均满足法规的要求。从单一污染物分析，CO排放大幅度的降低，PN与CCBC循环、CHTC-B循环结果基本一致，处于相同的数量级。NOX排放维持较高的水平，但也满足法规的限值要求。在实际道路驾驶循环，发动机的需求功明显高于CCBC、CHTC-B循环，发动机的负荷率和运行时间相比都较高，在发动机长时间的运行且负荷率较高的情况下，空燃比增加，同时发动机一直处于水温较高的情况，使得CO排放降低。NOX排放的上升主要是实际道路情况下，受交通管制、道路车辆的拥挤影响，加剧了整车运行过程中的减速和制动过程，减速和制动过程的增加，增加了发动机的启停次数，在发动机启动过程，由于催化器的温度较低，转化效率较低，因此使得在整个运行过程中的NOX排放相比CCBC和CHTC-B循环在50%、100%负载下增加约1.5倍。

3  结论

①满足国六排放法规的发动机搭载插电式混合动力在不同的测试循环下排放污染物均可以满足整车试验的法规限值要求;②在实际道路运行过程中，受到交通管制和交通的拥挤程度的影响，使得实际道路的NOX排放物相比转榖测试循环CCBC、CHTC-B增加约1.5倍，道路PEMS测试循环，更能体现整车的实际运行时的排放污染物的情况;③基于不同的测试循环，PN的排放结果受测试循环影响较小，这主要是因为PN的测试结果主要与后处理的DPF的捕集效率相关，与催化器的温度关系不大;④插电式混合动力客车在相比传统车节能的情况下，排放污染物也可以满足法规的要求，但实际道路中的NOX排放裕度较小，在未来的车型的开发过程中还需要针对混合动力的实际使用情况进行针对性的标定，以便排放的一致性控制。

参考文献：

[1]中华人民共和国国务院. 国发 [2012] 22 号 节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）[S].北京：2012.

[2]徐超.重型载货混合动力汽车构型分析与能效优化[D].清华大学，2019.

[3]GB 17691-2018，重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）[S].

[4]GB/T 19754-2005，重型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法[S].