磨合对国Ⅵ新车排放及油耗的影响分析

温溢，李珂，尹黛霖，岳志刚

（1.中国汽车技术研究中心有限公司，天津 300300；2.北京市生态环境保护综合执法总队，北京 100176）

0 引言

随着机动车排放法规的日益严格，环保部门也在各环节加大了对车辆的监管力度[1]，新车生产一致性的抽查成为车辆投入使用前尤为重要的一个环节[2]。新车刚出厂时未经磨合，排放情况与磨合后的车辆有着显著差异[3-4]。GB 18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及测试方法（中国第六阶段）》[5]标准中提出，生产企业提出书面申请后，可对仅使用三元催化器作为后处理装置的车辆进行磨合，试验前最多磨合300 km，采用其他排放后处理技术的，如有特殊需要，可适当延长磨合里程，但不得超过3000 km。因此，为改善车辆的排放状态，大部分制造商会对生产一致性的车辆进行试验前的磨合，但是目前少有研究说明磨合对国Ⅵ车辆排放及油耗的具体影响。因此，本文选用两款不同排量的生产一致性车辆进行磨合前后的试验对比，探究磨合对各类污染物排放的影响程度，以此为企业在应对生产一致性抽查中提供参考。

1 试验设备与方法

1.1 试验车辆和设备

测试车辆选用满足国Ⅵ标准的两款车型的新车各3辆，其中编号1～编号3为同一车型的较小排量轻型汽油车，编号4～编号6为同一车型的较大排量轻型汽油车，两款试验车的主要技术参数如表1所示。

表1 试验车辆主要技术参数

试验车辆均在转鼓上进行磨合和排放测试。试验用到的主要设备如表2所示，其中包括底盘测功机、定容稀释系统、排放分析系统及环境试验舱。所有车辆的排放试验均按国Ⅵ标准中I型试验的要求进行。排放试验在底盘测功机上驾驶车辆，并将测试车辆排放的尾气通入定容稀释系统中对车辆尾气进行稀释。在稀释通道内经过充分混合后的稀释气体进入排放分析系统，测量各种污染物的浓度。

表2 试验设备型号

1.2 试验方案

为了研究车辆磨合对各类污染物、油耗等试验结果的影响，必须在车辆磨合前后各开展一次排放试验。本试验中选取的6台车均仅使用三元催化器作为后处理装置，因此分别对6辆车按照标准道路循环（standard road cycle，SRC）各进行300 km的磨合，排放测试循环采用全球统一轻型车测试循环（World wide Harmonized Light Vehicles Test Cycle，WLTC），工况曲线如图1、图2所示。

图1 SRC循环工况曲线

图2 WLTC循环工况曲线

2 磨合对排放和油耗的影响分析

2.1 磨合对气态污染物的影响

如图3所示，对比了第一组的3辆车在磨合前后各类气态污染物排放差异，图中左上角的标注为试验车辆的8.05%、9.55%、1.67%，3辆车的排放差异均较小。

图3 磨合前后气态污染物排放值

如图5、图6所示，对比了第二组中3辆车在磨合前后各类气态污染物的排放差异，并给出了磨合前后车辆排放值的偏差大小。从图中可以看出，第二组车辆磨合前后的排放差异比第一组车辆更为明显，各类污染物不再呈现单一的增长或降低的趋势。其中，5号车辆的所有气态污染物都比磨合前有了大幅度的提升，增长幅度最大的为N2O，提高了88.11%；4号车辆磨合后的HC、NMHC排放较编号；图4中给出了磨合前后车辆排放值的偏差大小，偏差计算方式为：磨合后排放值减去磨合前排放值的差然后除以磨合前的排放值。从图3、图4中可以看出，各类气态污染物的排放在磨合前后均有较大的变化。整体上看，在经过了300 km的磨合后，3辆车的HC、NOX、NMHC、N2O四种污染物都呈现出下降趋势，其中1号车的HC、NOX、NMHC下降趋势最为明显，磨合前后的偏差分别为-25.86%、-20.73%、-26.65%，2号车的N2O下降趋势最为明显，磨合前后的偏差为-24.43%。而CO的排放在车辆磨合后比磨合前有一定程度的增长，1、2、3号车分别增长了磨合前有小幅度的提高，提升率都在10%以下，其余气态污染物均降低；6号车辆磨合后的N2O排放较磨合前增加了35.80%，其余气态污染物均降低。整体上看，4、5、6 号车辆未呈现一致性规律。

图4 第一组试验车气态污染物偏差

图5 磨合前后气态污染物排放值

图6 第二组试验车气态污染物偏差

通过对比第一组、第二组磨合车辆数据可知，对于排量更大的第二组车辆，磨合对于车辆气态污染物排放的影响更大，磨合前后排放数据的差异更加明显。

2.2 磨合对颗粒物排放的影响

图7是6辆车磨合前后PM排放结果的对比，图8是6辆车磨合前后PN排放结果的对比，图9给出了磨合前后车辆颗粒物排放值的偏差大小。从图中可以看出，对于第一组（1、2、3号）车辆，磨合后的PM比磨合前均有大幅度的降低，前后偏差均在-60%以上，磨合后的PN比磨合前均增加，其中2号车增加最多，偏差为45.62%。对于第二组（4、5、6号）车辆，4 号、6 号车辆磨合后的PM比磨合前降低，5号车辆磨合后的PM比磨合前增加，5号、6 号车辆磨合后的PN比磨合前降低，4号车辆磨合后的PN比磨合前增加。

图7 磨合前后PM排放对比

图8 磨合前后PN排放对比

图9 磨合前后颗粒物偏差

通过对比第一组、第二组磨合车辆颗粒物排放数据可知，对于排量更小的第一组车辆，磨合对于车辆颗粒物排放的影响更大，磨合前后排放数据的差异更加明显。

2.3 磨合对油耗的影响

图10、图11分别为6辆车磨合前后油耗结果的对比和油耗偏差。从图中可以看出，除6号车磨合后的油耗比磨合前有小幅度的增加外，其余车辆的油耗均呈现下降趋势。对于第一组（1、2、3号）车辆磨合后的油耗比磨合前下降较少，3辆车的偏差均小于-2%，3 辆车的前后变化较为一致，而对于第二组车辆，4号、5号车辆油耗的前后偏差比第一组车辆提高，3辆车的变化差异较大。

图10 磨合前后百公里油耗对比

图11 磨合前后油耗偏差

通过对比第一组、第二组磨合车辆油耗数据可知，对于排量更大的第二组车辆，磨合对于车辆油耗的影响更大，但是总体上看，车辆磨合前后的油耗变化均较小，由此说明油耗大小对于车辆是否磨合的反应程度不敏感。

3 瞬时排放分布特征

为了更加直观地分析各种气态污染物、颗粒物在车辆磨合前后不同速度段的分布特征，选取了第一组试验车中的1号车和第二组试验车中的5号车，分别绘制了两辆车磨合前后各种污染物随时间变化的瞬时排放量，如图12～图16所示，图中灰色面积表示瞬时车速的变化。

图12 CO瞬时排放分布

如图12所示，对于CO来说，磨合对车辆冷启动段中的CO排放影响较大，1号车和5号车都呈现出磨合后的车辆比磨合前的车辆在冷启动段排放更多CO的现象，对于大排量的5号车，冷启动段CO高排的时间持续更长。此外，磨合后的车辆在某些加速过程也会产生比磨合前更高的CO排放，例如1号车辆的第1200 s和5号车的第860 s的时刻。

如图13所示，对于HC排放来说，1号车和5号车在磨合后的低速段均产生了比磨合前更多的HC排放，排量更大的5号车磨合前后的差异更大。1号车在中速段和高速段磨合前后的排放较一致，在超高速段呈现出磨合后的排放比磨合前降低的变化；而对于5号车，在中速、高速、超高速段中，车辆磨合后的HC排放都略高于磨合前的排放。总体来说，磨合对于小排量车辆的HC减排效果更明显，可以在磨合过程清除排气管路、后处理等装置存在的一些杂质，而对于排量较高的车辆，反而可能会增加HC排放。

图13 HC瞬时排放分布

NOX的瞬时排放如图14所示，从图中可以看出，1号车在磨合后的NOX排放比磨合前有大幅度的降低，部分速度区间几乎接近零排放，对于磨合前中速段出现NOX排放峰值的情况也有较大的改善，此外较小排量的1号车更容易在高速段高温富氧的环境下产生NOX排放，高速段的NOX集聚更加明显。对于5号车，磨合后的车辆在冷启动段比磨合前的车辆产生了更多的NOX排放，随后NOX排放保持较稳定的排放状态，但排放值普遍高于磨合前的车辆，在超高速段出现了较小的排放峰值。总体上来说，磨合对于排量较小的1号车有更好的NOX减排效果，对于排量较高的车辆，磨合反而使NOX排放有一定程度的升高。

图14 NOX模态瞬时排放分布

N2O的瞬时排放如图15所示，从图中可以看出，N2O均只在速度较高的区间产生，且N2O的排放具有周期性。对于1号车和5号车，磨合前后的N2O相差不大，在中速段磨合后的N2O比磨合前的N2O在时间上有较小的位移。但由2.1节可知，1号车、5号车磨合后的N2O比磨合前分别有-8.03%、88.11%的偏差，因为N2O排放值基数较小，因此显示出的偏差较大，但是从实际瞬时排放中看出，磨合对于N2O的影响并不大。

图15 N2O瞬时排放分布

PN的瞬时排放如图16所示，从图中可以看出，1号车磨合后的PN排放在低速区域比磨合前的车辆有一定程度的降低，但是在高速区域PN排放反而升高，在610 s和1600 s的急加速、急减速区出现了明显的排放峰值，导致磨合后的车辆最终的PN排放结果大于磨合前的车辆。5号车磨合后的PN排放比磨合前有很大幅度的下降，尤其是在低速段和中速段，PN排放峰值大大降低，高速段的PN排放更加稳定，排放量较少。总体来说，磨合对于排量更大的车辆PN的减排效果更好，对于排量较小的车辆，在低速段降排，在中高速段反而有增排的效果。

图16 PN瞬时排放分布

4 生产一致性验证

国Ⅵ标准中对I型试验的生产一致性判定准则如下：

1）若3辆车的各种污染物排放结果均小于限值的1.1倍，且其平均值小于限值，则判定Ⅰ型试验生产一致性检查合格。

2）若3辆车中有任一辆车的某种污染物排放结果不小于限值的1.1 倍，或其平均值不小于限值，则判定Ⅰ型试验生产一致性检查不合格。

表3～表6中给出了第一组和第二组新车的生产一致性验证，可以看出，随着排放技术升级，对于两组国Ⅵ车辆，无论是磨合前还是磨合后均能满足生产一致性的要求，但是总体来说，车辆磨合对排量较小的第一组车辆的减排效果较好。

表3 第一组磨合前生产一致性验证

表5 第二组磨合前生产一致性验证

表6 第二组磨合后生产一致性验证

随着排放法规的不断加严，各大车企应根据不同车型的基础排放状态，以及磨合对各污染物的影响情况，来选择是否对车辆进行磨合。

5 结论

1）对于排量更大的车辆，磨合对于车辆气态污染物排放的影响更大，磨合前后排放数据的差异更加明显。

2）对于排量更小的车辆，磨合对于车辆颗粒物排放的影响更大，磨合前后排放数据的差异更加明显。

3）对于排量更大的车辆，磨合对于车辆油耗的影响更大，但是总体上看，车辆磨合前后的油耗变化均较小，油耗对于车辆是否磨合的反应程度不敏感。

4）从瞬时排放情况来看，磨合对车辆冷启动段中和某些加速过程的CO排放影响较大；对于小排量车辆的HC、NOX减排效果更明显，对于排量更大车辆PN的减排效果更好，对于N2O的影响并不大。