高原环境下修正的道路阻力对轻型汽车排放及油耗影响研究.pdf

Study on the Influence of the Correction of RoadResistance on the Emission and Fuel Consumption ofLight-Duty Vehicles in Plateau EnvironmentGU Wangwen1;WANG Meng2;XU Qingyun3;WANG Jiguang11-CATARC Automotive Test Center(Kunming)Co.,Ltd.(Kunming,Yunnan,651700,China)2-Yunnan Communications Vocational and Technical College3-Honghe Hani and YiAutonomous Prefecture Quality and Technical Supervision Comperhensive Testing CenterAbstract：According to the resistance correction method recommended in GB/T 19233-2020 standard,the road load resistance coefficient of light-duty vehicles in plain environment is corrected to the roadload resistance coefficient in plateau environment at an altitude of 1 900 m.The vehicle emission and fuelconsumption test is conducted under the plain road load resistance and the corrected plateau road load re原sistance.Compared with the plain road load resistance coefficient,the vehicle emission and fuel consump原tion results with the corrected plateau road load resistance have the following main changes:the nitrogenoxide NOxincreases by 8.5%,the total hydrocarbon THC decreases by 20.1%,the carbon monoxide COdecreases by 26.6%,the particle number PN decreases by 14.3%,and the fuel consumption decreases by10.7%.This result shows that the plateau conditions have obvious effects on vehicle emissions and fuelconsumption.Keywords：Plateau;Light-duty vehicle;Road resistance;Emission;Fuel consumption;Test摘要：根据GB/T 19233-2020标准中推荐的高原阻力修正方法，将轻型汽车平原环境下的道路阻力系数修正为海拔1 900 m的高原环境下的道路阻力系数。在平原道路阻力和修正后的高原道路阻力下对车辆排放和油耗进行了测试。结果表明，相比于平原道路阻力，在修正后的高原道路阻力下，NOx排放升高了8.5%，THC排放下降了20.1%，CO排放下降了26.6%，PN排放下降了14.3%，油耗下降了10.7%。可知，高原条件对车辆排放及油耗影响比较明显。关键词：高原轻型汽车道路阻力排放油耗测试中图分类号：TK417文献标识码：A文章编号：2095-8234（2024）01-0068-04高原环境下修正的道路阻力对轻型汽车排放及油耗影响研究顾王文1王猛2许卿云3王计广1（1-中汽研汽车检验中心（昆明）有限公司云南昆明6517002-云南交通职业技术学院3-红河州质量技术监督综合检测中心）作者简介：顾王文（1991-），男，工程师，主要研究方向为轻型汽车节能减排技术。通讯作者：王猛（1984-），男，高级工程师，主要研究方向为新能源汽车技术。引言截止2020年底，高原省区民用汽车保有量为3 477.84万辆1。大量的汽车保有量必然伴随着大量的机动车排放污染。以往关于高原机动车整车排放及油耗测试研究的主要手段有海拔舱环境模拟、车小 型 内 燃 机 与 车 辆 技 术SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND VEHICLE TECHNIQUE第53卷第1期圆园24年2月Vol.53 No.1Feb.2024第1期载排放测试系统随车测试、发动机台架模拟以及纯粹的软件模拟研究2-3，其中海拔舱环境模拟费时费力且成本高，车载排放测试系统随车测试受整车排放及油耗测试的试验条件限制很难验证重复性。而GB18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）4中明确要求车载RDE（RealDriving Emission）测试需要扩展到海拔2 400 m，因此，对轻型汽车在高原条件下的排放及油耗研究对保护生态环境、逐步完善排放标准有重大意义。本文基于海拔1 900 m的高原实际条件下的轻型汽车排放实验室，利用稳定的环境控制条件（使用高原地区的环境舱，在真实的海拔环境下，精确控制温度和湿度），对轻型汽车高原排放及油耗进行研究。1研究方法采用同一辆轻型增压汽油乘用车，在高海拔实验室内的相同温度、湿度条件下，利用平原道路阻力和修正后的高原道路阻力分别在底盘测功机上进行WLTC循环测试，然后对不同阻力下的排放及油耗测试结果进行对比。高原道路阻力修正方法按照GB/T 19233-2020轻型汽车燃料消耗量试验方法5中C.3.2规定，参照GB 18352.6-2016标准中附件CC确定的0 m海拔和20 益条件下滑行数据拟合出的行驶阻力常数项系数a0和二次项系数b0，按照如下公式计算得到海拔1 900 m和23 益条件下行驶阻力的常数项系数a1和二次项系数b1，作为设定用替代的道路行驶阻力系数5。a1=1-8.6 伊 10-3伊（23-20）伊 a0（1）b1=0.81伊（b0-1.9伊10-5伊a0）+1.9伊10-5伊a1（2）将利用a1和b1计算得到的道路阻力作为海拔1 900 m的高原条件下的道路阻力（简称修正后的高原道路阻力），在底盘测功机上进行调整后，进行阻力加载，按照轻型汽车常温冷起动的测试流程进行试验。测试环境温度为（23依2）益，相对湿度为（45依5）%。得到两种道路阻力下的排放及油耗测试结果，进行结果对比分析和瞬态排放数据分析。2试验2.1试验用车试验用车为一辆轻型多功能汽油乘用车，主要参数/特性见表1。2.2试验循环修正后的高原道路阻力与平原道路阻力均采用WLTC循环进行试验，循环分为4个阶段：低速、中速、高速和超高速阶段。WLTC循环曲线图如图1所示。2.3试验设备测试用主要设备有：德国AIP公司的底盘测功机、德国WEISS公司的气候环境舱、日本HORIBA公司的MEXA-ONE分析采样系统和SPCS-2000颗粒计数系统。3试验结果3.1道路阻力修正结果在底盘测功机上，采用平原道路阻力和修正后的高原道路阻力对车辆进行调整，得到两组不同车速下的底盘测功机加载阻力曲线，如图2所示。从图2可以发现，随着车速增加，特别是车速超过70 km/h后，修正后的高原道路阻力明显小于平原道路阻力。车速越高，相比于平原道路阻力，修正后表1试验车辆主要参数/特性名称参数/特性排量/L1.5额定功率/kW130（5 000 r/min）进气方式增压中冷燃油供给方式缸内直喷燃油类型92#市售汽油驱动形式前置前驱变速器形式DCT起停装置关闭催化器型式三效氧化还原型颗粒捕集装置GPF有图1WLTC循环曲线图140120100806040200时间/s图2不同海拔下的车辆加载阻力曲线1 2009006003000车速/（kmh-1）平原道路阻力修正后的高原道路阻力顾王文等：高原环境下修正的道路阻力对轻型汽车排放及油耗影响研究69小型内燃机与车辆技术第53卷的高原道路阻力减小明显，减小幅度最多达18.5%。3.2排放和油耗测试结果对同一辆试验车，在相同环境温度、湿度下进行常温冷起动排放测试试验。测试A代表平原道路阻力，测试B代表修正后的高原道路阻力。两种道路阻力下的排放和油耗测试结果见表2。项目CO/（mgkm-1）THC/（mgkm-1）NOx/（mgkm-1）NMHC/（mgkm-1）PN/（#km-1）油耗/（L100km-1）测试A84.6023.2013.9020.402.83E+117.67测试B62.1118.5515.0816.422.42E+116.85测试B相对于测试A/%-26.6-20.18.5-19.5-14.3-10.7表2两种道路阻力下的排放和油耗测试结果图4两种道路阻力下THC瞬态排放情况0.003 00.002 50.002 00.001 50.001 00.000 50时间/s140120100806040200图3两种道路阻力下CO瞬态排放情况0.0080.0070.0060.0050.0040.0030.0020.0010时间/s140120100806040200平原道路阻力修正后的高原道路阻力车速平原道路阻力修正后的高原道路阻力车速图5两种道路阻力下NOx瞬态排放情况0.005 00.004 50.004 00.003 50.003 00.002 50.002 00.001 50.001 00.000 50时间/s140120100806040200平原道路阻力修正后的高原道路阻力车速4试验结果分析从表2可知，在修正后的高原道路阻力下，除了NOx排放升高了8.5%以外，其他污染物排放和油耗均呈现不同程度的下降趋势，特别是CO和THC排放下降明显，分别下降了26.6%和20.1%；而PN排放下降了14.3%；油耗则下降了10.7%。1）两种道路阻力下CO瞬态排放情况如图3所示。从图3可以看出，平原道路阻力对CO排放的影响主要在中高速及超高速阶段。车速超过60 km/h以后，较高的行驶阻力导致每一次加速过程均有CO排放峰值出现。特别是行驶至1 200 s左右的高速阶段加速过程，较大的平原道路阻力导致CO排放急剧升高。超高速阶段的加速过程也出现类似情况。行驶阻力加大，必然要求发动机加浓混合气。提高动力的同时，导致燃烧不充分。急加速工况，短时间内还可能导致发动机控制变为开环控制，CO排放急剧升高。2）两种道路阻力下THC瞬态排放情况如图4所示。从图4可以看出，起步阶段，两种道路阻力下，因冷起动过程燃烧不充分，均出现TCH排放峰值。在较大的平原道路阻力下，150 s左右，车辆低速阶段加速过程中，出现第二次THC排放峰值。主要原因是该阶段加速过程有较大的动力需求，而发动机缸内温度不够高，迫使混合气加浓，出现THC氧化不完全，THC排放出现第二次峰值。高速和超高速阶段加速过程中，在较大的行驶阻力下，需加浓混合气以提高动力输出，导致燃烧不充分，THC排放升高。由于修正后的高原道路阻力较小，热车后的THC排放峰值明显低于较大平原道路阻力下的THC排放峰值。3）两种道路阻力下NOx瞬态排放情况如图5所示。从图5可以看出，两种道路阻力下，起步冷车阶段，三元催化器还处于较凉的状态，工作效果不佳，使得NOx排放较高。发动机和三元催化器热车以后，两种道路阻力下，NOx排放趋势几乎保持一致。在较大的平原道路阻力下，THC和CO排放升高还有抑制NOx生成、降低NOx排放的功能。4）两种道路阻力下颗粒物数量PN瞬态排放情况如图6所示。70第1期顾王文等：高原环境下修正的道路阻力对轻型汽车排放及油耗影响研究要强化研究型大学建设同国家战略目标、战略任务的对接，加强基础前沿探索和关键技术突破，努力构建中国特色、中国风格、中国气派的学科体系、学术体系、话语体系，为培养更多杰出人才作出贡献。习近平总书记在中国科学院第二十次院士大会、中国工程院第十五次院士大会、中国科协第十次全国代表大会上的讲话图6两种道路阻力下PN瞬态排放情况1E+118E+106E+104E+102E+100时间/s140120100806040200平原道路阻力修正后的高原道路阻力车速从图6可以看出，PN排放主要集中在起步冷车阶段。此时车速较低，两种道路阻力对PN的排放影响不大。在超高速阶段，由于阻力增大，导致混合气加浓，在平原道路阻力下，伴随着加速过程出现较高的PN排放峰值，导致平原道路阻力下的PN排放高于修正后的高原道路阻力下的PN排放。5）两种道路阻力下CO2瞬态排放情况如图7所示。CO2排放直接决定了车辆的油耗水平。从图7可以看出，由于高速条件下，修正后的高原道路阻力明显小于平原道路阻力，整个高速过程，修正后的高原阻力下的CO2排放均比平原道路阻力下的CO2排放低，使得油耗下降10.7%。5结论采用同一辆试验样车，在修正后的高原道路阻力和平原道路阻力下，进行了GB18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）中I型试验。高原条件对测试结果的影响主要有以下几点：1）海拔从0 m上升到1 900 m，车辆道路阻力随车速增加呈现减小趋势。车速从70 km/h开始，行驶阻力产生较大的减小幅度，最多减小了18.5%。2）在海拔1 900 m的高原条件下，由于车辆行驶阻力减小，使得THC排放下降了20.1%，CO排放下降了26.6%，PN排放下降了14.3%，NOx排放升高了8.5%。3）在海拔1 900 m的高原条件下，在WLTC循环，车辆行驶阻力的减小使油耗降低了10.7%。参考文献1国家统计局.中国统计年鉴2021M.北京：中国统计出版社，2021.2徐小六.高海拔条件下轻型柴油车油耗及排放特性研究D.北京：北京理工大学，2018.3郭晓年.高海拔下轻型汽油车油耗及排放特性研究D.北京：北京理工大学，2017.4环境保护部，国家质量监督检验检疫总局.GB 18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）S.北京：中国环境科学出版社，2020.5国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.GB/T19233-2020轻型汽车燃料消耗量试验方法S.北京：中国标准出版社，2020.（收稿日期：2022-10-13）图7两种道路阻力下CO2瞬态排放情况20181614121086420时间/s140120100806040200平原道路阻力修正后的高原道路阻力车速71