本文的主要作者为José M. Luján、Vicente Bermúdez、Vicente Dolz和Javier Monsalve-Serrano,隶属于西班牙瓦伦西亚理工大学(Universitat Politècnica de València)的CMT - Motores Térmicos研究团队。该研究成果刊登在期刊《Atmospheric Environment》(《大气环境》)第174期上,于2018年11月29日正式发表。
本研究主要聚焦于轻型柴油车在欧盟Euro 6(欧6排放标准)法规背景下的实际驾驶排放问题。随着机动车保有量的迅速增长,特别是内燃机(Internal Combustion Engine, ICE)仍然占据主流地位,其环境污染问题引发了广泛关注。过去的研究表明,车辆在实际驾驶条件下的排放常常高于实验室认证排放水平,尤其是柴油车的氮氧化物(Nitrogen Oxides, NOx)排放超标现象尤为严重。为此,欧盟在2017年9月正式引入“实际驾驶排放测试”(Real Driving Emissions, RDE)作为全球统一轻型车辆测试循环(Worldwide Harmonized Light Duty Test Cycle, WLTC)的补充,以缩小实验室测试与实际道路排放数据之间的差距。
该研究旨在评估一辆符合Euro 6标准的轻型柴油车在实际驾驶条件下的气态污染物排放水平,并以便携式排放测试系统(Portable Emissions Measurement System, PEMS)开展测试。研究重点分析车辆在城市、乡村和高速三个驾驶情景中的排放特性,探索不同分析方法对排放因子(Conformity Factor, CF)的影响。
实验车辆为一辆符合欧洲市场典型特性的轻型柴油车,搭载1.5升排量直列四缸涡轮增压柴油引擎,配备LEAN NOx Trap(LNT)和柴油颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter, DPF)后处理系统。车辆使用6速手动变速箱并装配自动启停装置(Start-Stop System),初始里程为9800公里。
测试在西班牙瓦伦西亚一条满足RDE法规要求的路线中进行。测试路线涵盖城市(0–60 km/h)、乡村(60–90 km/h)及高速(>90 km/h)三个路段,测试总里程为67.39公里,持续时间91分钟。路线设定在海拔高度差较小的区域(全程高程变化小于50m),以降低地形坡度对排放数据的干扰。测试过程中的环境温度在15°C–20°C之间。
为了确保数据精准性,所用的便携式排放测试系统为Horiba OBS-ONE-GS12型,其包括化学发光检测(Chemiluminescence Detection, CLD)和非分散红外线(Non-Dispersive Infrared, NDIR)技术,分别检测NOx、CO等气态排放物。仪器在测试前经过预热、零点和跨度(span)校准。
测试车配备了GPS定位系统,用于记录车辆速度及海拔变化,以及额外的电池组以避免额外负载影响尾气排放。此外测试中采样频率设定为10Hz,以确保捕捉实时排放波动。
根据RDE法规要求,分析过程包括两种方法: 1. 移动平均窗口法(Moving Averaging Window, MAW):将测试数据按参考的CO2质量进行分段处理,并根据车辆速度将数据归类为城市、乡村和高速路段。分析中需剔除异常窗口,仅考虑符合正常范围的有效窗口。 2. 标准功率频率法(Standard Power Frequency, SPF):按照车辆实际轮毂功率(Wheel Power)对排放数据进行分类。最终结果基于不同功率范围的时间分布权重,计算总排放值。
分析采用Horiba提供的软件工具,并依据RDE法规要求对冷启动数据(取测试开始的前300秒段)进行了排除。
研究获得的主要结果表明: 1. NOx与NO2排放: 城市路段的NOx和NO2排放量最高。城市路段驾驶速度较低且加速与减速频繁,使得发动机工作效率下降。数据表明,在冷启动期间(测试起始300秒内),由于排气后处理系统尚未达到最佳工作温度,NOx排放显著增加。此外,总NO2在各路段NOx中的占比分别为城市17%、乡村23%。
CO与HC排放: 一氧化碳(CO)和碳氢化合物(Hydrocarbon, HC)的排放峰值主要集中在高速路段,占总量的60%以上。这是因为高速路段发生了一次DPF再生过程(Regeneration),使排气温度急剧上升并导致HC排放增加。
CO2排放: 总平均CO2排放量为151g/km,超出实验室测试的NEDC测试标准值(94 g/km)。城市路段CO2排放尽管速度较低,但由于发动机多在低效工况(怠速、短促加速)下运行,排放并未明显减少。
在计算NOx排放因子(CF)时,不同分析方法的结果存在一致性差异: 1. 移动平均窗口法(MAW)的NOx排放因子较高,总测试CF为2.61,城市路段CF为3.91; 2. 标准功率频率法(SPF)的总测试CF为2.35,城市路段CF为3.25。
差异的原因在于,SPF方法对低功率工况的数据赋予了更高的时间权重,而这些工况下NOx排放较低。MAW方法中,工况范围在计算中被平均分配,导致结果相对较高。
冷启动期间的排放显著高于其他阶段。若移除冷启动数据,城市路段的排放量显著降低(CO减少42.5%,HC减少18%,NOx减少3.7%)。
该研究通过对Euro 6轻型柴油车实际驾驶排放的评估,揭示了实际工况与实验室排放测试的差异,证实了RDE测试的重要性。研究指出: 1. 城市工况下需重点优化后处理系统,尤其是提升LNT和DOC的冷启动效率。 2. 分析方法需进一步规范化,以减少排放计算中的偏差。 3. 高速工况中的DPF再生可能显著提升HC与CO排放,建议进一步研究其影响机制。
研究为未来改善排放控制技术、制定法规限值提供了数据支持,对环境保护及降低汽车尾气污染有实际意义。
通过本研究,作者提出了新发现及优化后续排放测量策略的建议,并为进一步测评不同车辆类型的尾气排放提供了宝贵参考。