歐洲實施實際行駛排放法規(guī)的結(jié)果分析意

V.V.MORALES M.CLAIROTTE J.PAVLOVIC B.GIECHASKIEL

空氣污染對人類的健康產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害。在歐洲，NO2和顆粒物（PM）排放量普遍都超出空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，尤其是在交通密集的城市地區(qū)。2017年，歐盟地區(qū)道路交通運輸排放的氮氧化物（NOx）和PM在空氣污染物中的占比分別達到了39%和11%。通過便攜式排放測量系統(tǒng)（PEMS）獲得的數(shù)據(jù)顯示，大多數(shù)滿足歐五和歐六b排放法規(guī)的柴油車在道路上的NOx排放量都超過了它們在試驗室認證試驗的允許限值。鑒于此，歐盟發(fā)布了歐盟實際行駛排放（EU-RDE）法規(guī)，宗旨在于確保輕型車在道路上正常行駛時產(chǎn)生更少的排放。對自2017年9月實施實際行駛排放（RDE）法規(guī)后，且已通過了型式認證的若干臺歐六d-TEMP汽油機乘用車和柴油機乘用車的排放性能進行評估，分析了實施RDE法規(guī)的結(jié)果。歐盟內(nèi)部的聯(lián)合研究中心（JRC）用AVL-MOVE型PEMS對這些車輛進行了RDE達標(biāo)試驗和非RDE達標(biāo)試驗。分析了綜合路段、城區(qū)路段、鄉(xiāng)村路段和高速路段等全部試驗路段的氣態(tài)排放物（NO、NO2、NOx、CO、CO2）和顆粒數(shù)（PN）排放情況，重點試驗了冷起動排放。闡述了排放量與車輛行駛動力學(xué)之間的相互關(guān)系。試驗結(jié)果表明，為了在RDE法規(guī)的寬廣行駛條件下滿足排放限值的要求，車輛制造商們必須采用更高效的排氣后處理系統(tǒng)，即必須采用選擇性催化還原（SCR）系統(tǒng)和顆粒過濾器來控制NOx和PM的排放?？梢灶A(yù)料，隨著歐洲車隊逐漸更換實施RDE法規(guī)，將有助于減少城市空氣污染和空氣質(zhì)量超標(biāo)的幾率。排放法規(guī);后處理系統(tǒng);實際行駛排放

0 前言

空氣污染對全球的環(huán)境、氣候、經(jīng)濟和人類健康是1個重大威脅[1]。在歐洲，每年大約有400 000人因嚴(yán)重的空氣污染而過早地死亡[2]。NO2和顆粒物（PM）若超出空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，會對大城市居民的健康產(chǎn)生更大的危害[2]。交通運輸，尤其是道路交通運輸?shù)呐欧盼锸菤W盟地區(qū)空氣污染物的主要來源之一，它們排放的NOx、PM和CO占比分別高達39%、11%和19%[2]。隨著歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)出臺，各國不斷收緊以實驗室試驗為基礎(chǔ)的有害污染物排放的限值。在2000—2017年期間，歐洲各國已促使道路交通運輸產(chǎn)生的NOx和PM排放量分別減少了50%，CO2排放量減少了80%[2]。然而，隨著能測量車輛在道路上實際排放量的便攜式排放測量系統(tǒng)（PEMS）的推廣，近年來有研究發(fā)現(xiàn)車輛實際行駛過程中的排放量與輕型車試驗室型式認證試驗的允許排放限值存在很大的差距。這種差距在柴油機車輛上體現(xiàn)最為明顯。有報道稱，就車輛在道路上的NOx排放量而言，符合歐三、歐四、歐五和歐六b排放法規(guī)的車輛已分別超過相應(yīng)限值的1.65倍、2～3倍、4倍和5～6倍。另一方面，也有文獻指出，符合歐三到歐六b階段排放法規(guī)的汽油機車輛在道路上的NOx排放量要比相應(yīng)的實驗室限值低，盡管有些汽油直噴車輛在道路上試驗時的排放量達到了80 mg/km。歐五b階段推出的柴油機車輛在實驗室試驗的顆粒數(shù)（PN）排放限值為6×1011/km，歐六b階段推出的汽油機車輛在實驗室試驗的PN排放限值為6×1012/km （僅適用于汽油直噴車輛分階段執(zhí)行）。采用顆粒數(shù)-便攜式排放測量系統(tǒng) （PN-PEMS）進行的最新研究顯示，配裝有柴油機顆粒過濾器（DPF）的滿足歐五和歐六b階段排放法規(guī)柴油機車輛在道路上的PN排放值均低于相應(yīng)的實驗室試驗限值。歐六b階段汽油機車輛在道路上的PN排放量范圍跨越好幾個數(shù)量級：氣道噴油汽油車的PN排放范圍為1×1011～1×1012/km;沒有配裝汽油機顆粒過濾器（GPF）的汽油直噴車輛的PN 排放為1×1012/km;配裝了GPF的汽油直噴車輛的PN排放范圍為1×1010～1×1011/km。

鑒于上述觀察到的實際行駛排放量與實驗室試驗之間存在的排放量差異，為了確保輕型車在道路上正常行駛時產(chǎn)生更少的排放，歐盟實施了實際行駛排放（RDE）法規(guī)。RDE法規(guī)是1種基于采用PEMS的道路試驗規(guī)程，它規(guī)定了NOx和PN排放的凈值不得超過（NTE）限值。RDE法規(guī)適用于2017年9月以后的所有新車型及2019年9月以后的所有在售新車。符合歐六d-TEMP排放標(biāo)準(zhǔn)的車輛都須按照RDE法規(guī)及新的實驗室試驗規(guī)程，即全球統(tǒng)一的輕型車試驗規(guī)程（WLTP）進行型式認證。本研究的目的是通過分析歐六d-TEMP車輛在實際行駛過程中的排放量來評估實施RDE法規(guī)后車輛尾管的排放情況。本次測試除了評定車輛在道路上的NOx和PN排放量以外，還將用PEMS來測定NO2、CO、CO2等其他氣體的排放量，因為這些成分也會對當(dāng)?shù)鼗蛉虻拇髿猸h(huán)境產(chǎn)生影響。NTE限值適用于那些在規(guī)定的環(huán)境、道路和行駛條件下進行的試驗，即RDE達標(biāo)試驗。試驗路段包括車速在60 km/h以下的城區(qū)路段、車速在60～90 km/h的鄉(xiāng)村路段，以及車速在90 km/h及以上的高速路段。在整個RDE達標(biāo)試驗和相應(yīng)的城區(qū)路段試驗中，NOx和PN的排放量必須低于NTE限值。自第3套RDE法規(guī)實施以來，冷起動過程中的排放量都被計入了試驗的最終排放量。因此，冷起動時的排放量關(guān)系到整個RDE試驗和城區(qū)路段試驗的RDE達標(biāo)與否。然而，有些文獻指出，冷起動產(chǎn)生的排放物會被距離大于16 km的長距離城區(qū)路段行駛時產(chǎn)生的排放物所稀釋。還有報道稱，歐六b/c車輛的冷起動排放量對道路上的總排放量有很大的影響。例如，汽油機車輛冷起動時的單位距離NOx排放量要占整個試驗排放量的50%～60%以上，大約是熱態(tài)運行排放量的80%以上。汽油機車輛冷起動時的PN排放量約占總排放量的20%～30%，柴油機車輛的冷起動PN排放量在總排放量中所占的份額則高達85%。

在法定RDE試驗過程中，DPF可能會發(fā)生再生。如果這時車輛尾管的排放量超過NTE限值，在車輛制造商的請求下，試驗可以被視為無效，并須重新進行試驗。對于發(fā)生DPF再生的一次性連貫試驗，可以不考慮是否超過NTE限值。有報道稱，歐六b車輛在道路上進行試驗時，與不發(fā)生DPF再生的情況相比，發(fā)生DPF再生時NOx的排放會增加30%，PN排放增加量提高4個數(shù)量級。

第3套RDE法規(guī)引入了車輛行駛動力學(xué)的邊界條件，以避免在RDE試驗過程中出現(xiàn)太激進或太溫和的行駛狀態(tài)。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)車輛以動態(tài)方式行駛時，會使歐六b/c汽油機車輛和柴油機車輛在道路上的排放量發(fā)生很大的改變。例如，有1項研究發(fā)現(xiàn)，歐六c柴油機車輛在動態(tài)行駛時的NOx排放量比它在正常行駛時的排放量增加了25%。盡管有部分研究人員認為兩者并不存在相關(guān)的變化，但有些研究人員對此進行了試驗，且試驗數(shù)據(jù)顯示歐六c汽油機車輛在動態(tài)行駛狀態(tài)下測得的NOx排放量降低了100%。此外，也有報道稱，歐六b汽油直噴車輛在動態(tài)行駛狀態(tài)下的PN排放量從50%增加到了200%，歐六b柴油機車輛在動態(tài)行駛時的PN排放量也增加了200%。

除了分析RDE達標(biāo)試驗各路段的排放情況外，本研究還將闡述不同的歐六d-TEMP車輛在某些非RDE法規(guī)專門規(guī)定的行駛狀態(tài)下排放的變化情況，例如車輛在鄉(xiāng)村路段和高速路段，車輛在冷起動，車輛在發(fā)生DPF再生，以及車輛在動態(tài)行駛等狀態(tài)時的排放情況。因為這些行駛狀態(tài)是車輛頻繁發(fā)生的，并且其排放物可能會嚴(yán)重影響到空氣質(zhì)量，但至今尚未見到有文獻對此作出相關(guān)報道。

1 試驗方案

在2018年6月到2019年7月這段時間內(nèi)，研究人員在意大利北部龍巴迪（Lombardy）地區(qū)交通擁擠的道路和交通不擁擠的道路上分別用PEMS測定了6臺M1等級乘用車的尾管排放量，其中2臺是汽油車，4臺是柴油車。這6臺試驗車輛經(jīng)過認證都符合歐六d-TEMP排放標(biāo)準(zhǔn)，并且是在實施RDE法規(guī)后按照暫定的一致性系數(shù)（NOx為2.1，PN為1.5）通過了歐洲的型式認證。表1所列是試驗車輛的主要特性，其中包括采用的排氣后處理系統(tǒng)及CO2的排放量。這些車輛都是從第一批獲得歐六d-TEMP型號的已在市場上銷售的車輛中挑選出來的。盡管這些被選車輛在歐洲不一定完全具有滿足歐六d-TEMP排放法規(guī)車輛的代表性，但是這些車輛代表了不同的動力總成、制造商和排氣后處理技術(shù)。

車輛試驗是在聯(lián)合研究中心（JRC）開展市場監(jiān)測的工作范圍內(nèi)進行的。試驗的目的是評估它們的排放達標(biāo)情況。在本研究中，研究人員分析了在以下幾種試驗道路和行駛狀態(tài)下車輛的RDE法規(guī)限制污染物（NOx、PN）、非限制污染物（CO、NO2）和CO2的排放水平：（1）2次RDE達標(biāo)試驗（1次R1路線試驗和1次在R2A～R2C中的任一路線試驗），這些試驗路線均符合RDE法規(guī)的要求（表2）;（2）1次在R1路線的動態(tài)行駛試驗;（3）1次在M路線進行的58%高速路段非RDE達標(biāo)試驗，相當(dāng)于從聯(lián)合研究中心所在地埃斯拉（Ispra）到米蘭（Milan）的45 km高速路行程。車輛試驗前先在米蘭市中心行駛15～20 min，回到聯(lián)合研究中心后，再在高速路上進行試驗。應(yīng)當(dāng)指出的是，盡管R2路線相應(yīng)有R2A，R2B，R2C 等3種不同的路線，但它們都符合法規(guī)的所有要求，因此R2路線的試驗數(shù)據(jù)也可以作為在R1路線以正常狀態(tài)行駛時的參考試驗數(shù)據(jù)。試驗路線的主要特征如表2所示。在按照R1D路線試驗時，車輛被要求在遵守城區(qū)路段、鄉(xiāng)村路段、高速路段各自運行份額和遵守當(dāng)?shù)亟煌ǚㄒ?guī)的情況下進行動態(tài)行駛試驗。圖1所示為綜合路段、城區(qū)路段、鄉(xiāng)村路段、高速路段試驗時的正加速度每增加0.1 m/s2與車速之乘積的95%（ν·a_pos95）和相對正加速度（RPA）的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)顯示了每臺車輛各不相同的動態(tài)行駛特征。應(yīng)當(dāng)指出的是，SI001車輛在鄉(xiāng)村路段試驗時，車輛在R1D路線進行試驗時并沒有超過 ν·a_pos95的極限。另外，對于超過RPA極限的試驗都沒有報告排放數(shù)據(jù)，這是因為在試驗行駛過程中并沒有收集到這些試驗狀態(tài)下的排放數(shù)據(jù)。

除了R2C路線中有3%持續(xù)時間在略超過700 m的海拔高度進行試驗外，其他所有的試驗都在接近于海平面的高度下進行。大部分試驗都在適中的環(huán)境溫度下進行，只有少數(shù)試驗在30 ℃以上的環(huán)境溫度下進行。

為了直觀地比較不同條件下試驗的排放水平，研究人員沒有對擴展試驗條件下試驗的排放結(jié)果進行修正（即沒有采用RDE法規(guī)中建議的1.6修正系數(shù)）。本文中討論的單位距離排放量是基于用全球定位系統(tǒng)（GPS）測定車速時確定的距離，而沒有采用歐盟EU2018/1832標(biāo)準(zhǔn)中引用的RDE法規(guī)給出的結(jié)果評定系數(shù)RFk。因此，這些實際排放量沒有考慮用PEMS進行道路試驗時測得的CO2排放量與WLTP型式認證試驗時宣稱的CO2排放量之間的比率。因為在試驗過程中沒有發(fā)生DPF再生，試驗結(jié)果也沒有采用考慮到發(fā)生DPF再生的排放修正系數(shù)Ki。在以下試驗結(jié)果的表達中，為了便于舉例說明，研究人員根據(jù)“在需要時才對擴展試驗條件下的排放值用RFk和Ki系數(shù)進行修正”的RDE法規(guī)要求，只將車輛的實際排放量與NTE限值作了比較。因此，RDE試驗的排放量會低于或等于本文給出的實際排放量。

*表示該試驗是在30℃以上的環(huán)境溫度下進行。①為了符合本行業(yè)習(xí)慣，本文仍沿用部分非國標(biāo)單位——編注。

在2次連貫試驗的間歇期間，車輛被要求停放在20 ℃的設(shè)施中保溫至少4 h，用前一天或前一上午的試驗情況作為后續(xù)RDE達標(biāo)試驗的預(yù)調(diào)依據(jù)。車輛的平均初始怠速持續(xù)時間為8 s，除了SI001車輛沒有采用起動/停車技術(shù)以外，其余車輛在進行所有試驗時都按常規(guī)使用了溫度在21～22 ℃的空調(diào)系統(tǒng)和起停系統(tǒng)。所有的試驗都采用了E10和B7的商品燃油。

如表3所示，在整個試驗行駛過程中，研究人員采用了2套完全相同的AVL公司2016型AVL-MOVE氣體PEMS。在該PEMS 中，研究人員采用非分散紅外線分析儀測量CO和CO2，采用紫外線分析儀測量NO和NO2。在試驗前和試驗后，研究人員都按照RDE法規(guī)的規(guī)定對氣體分析儀進行歸零及讀值定標(biāo)的檢查，并確保在試驗中分析儀零點及讀值定標(biāo)的偏差均在允許限值的范圍內(nèi)。此外，研究人員用1套AVL-MOVE的PN-PEMS測量23 nm的固體顆粒數(shù)。在SI001車輛上，研究人員選用Horiba公司的毫微米級顆粒測量儀（NPET）測量PN23以上的顆粒數(shù)。AVL公司的PN-PEMS采用擴散充電器作為傳感原理來測定顆粒數(shù)濃度，而Horiba公司的PN-PEMS則是采用冷凝顆粒計數(shù)來測量顆粒數(shù)。值得指出的是，研究人員對2臺汽油機車輛的PN排放量測量是用不同的PN-PEMS測量儀進行的，但這2臺測量儀都符合RDE法規(guī)的要求。研究人員在測量車輛排氣的質(zhì)量流量時采用了基于壓差原理的AVL-MOVE排氣流量計，并同步測量了車輛尾管處的排氣溫度。排氣流量計的直徑是根據(jù)發(fā)動機的類型和排量來確定的（表3）。PEMS除了包括1個用于記錄車速的GPS接收器外，還有1個能測量環(huán)境溫度的氣象測量裝置，并通過車載診斷裝置（OBD）的接口采集車輛和發(fā)動機的運行數(shù)據(jù)。所有的數(shù)據(jù)都以1 Hz頻率進行記錄。PEMS的質(zhì)量為120～130 kg。在所有試驗中，車上都配置了1名副駕駛員，因此車輛質(zhì)量會額外增加70～80 kg。在上述試驗中，車輛的負荷都沒有超過限度。

研究人員選用AVL CONCERTO 502版本軟件按時間順序采集來自PEMS的數(shù)據(jù)信號，并將數(shù)據(jù)編制成微軟表格 （Microsoft Excel），隨后用EMROAD 6.03B3版本軟件進行數(shù)據(jù)后處理，這些操作也符合RDE法規(guī)的最新要求。本文試驗結(jié)果報告顯示的單位距離排放量和瞬時質(zhì)量排放量都是用EMROAD軟件進行計算后獲得的數(shù)據(jù)。

2 試驗結(jié)果

研究人員分3部分對試驗結(jié)果進行了討論分析。第1部分討論綜合路段、城區(qū)路段、鄉(xiāng)村路段、高速路段試驗的排放結(jié)果。第2部分介紹了車輛冷起動相關(guān)的排放情況。本研究中對冷起動的定義是：在試驗開始的前300 s內(nèi)發(fā)動機首次點火后的起動過程。研究人員將對所有試驗車輛在R1路線試驗時的冷起動排放情況進行分析。為了便于比較，冷起動的時間沒有考慮從試驗開始到發(fā)動機冷卻液溫度達到70 ℃的時間，因為不同車輛起動時的冷卻液溫度通常為12～56 ℃，并且冷卻液溫度達到70 ℃所需的時長也各不相同。第3部分以VO006車輛在高速路段進行的試驗為案例，討論試驗中發(fā)生DPF再生時氣態(tài)排放物和顆粒物的排放情況。

2.1 車輛在綜合路段、城區(qū)路段、鄉(xiāng)村路段、高速路段的排放

2.1.1 NOx排放

圖2示出了6臺試驗車輛在綜合路段、城區(qū)路段、鄉(xiāng)村路段、高速路段試驗時各自的NOx排放量。所有車輛在RDE法規(guī)規(guī)定的R1和R2路線試驗時，汽油機車輛和柴油機車輛的NOx排放量分別為126 mg/km和168 mg/km，均低于RDE要求的NTE限值。

汽油機車輛在R1和R2路線試驗時，NOx排放量變化很小，排放量都低于20 mg/km，且遠低于NTE限值。BW015車輛在整個RDE試驗中的平均NOx排放量為4 mg/km，最大排放量出現(xiàn)在城區(qū)路段，NOx排放量為8 mg/km。同樣，SI001車輛在綜合路段和城區(qū)路段的NOx平均排放量分別為11 mg/km和16 mg/km，它們都比歐六d-TEMP車輛的NOx排放NTE限值低1個數(shù)量級。研究人員還在M路線的延長高速路上測定了BW015和SI001這2臺汽油機車輛，這2臺車輛在綜合路段的NOx排放量分別為5 mg/km和11 mg/km。雖然BW015車輛在城區(qū)路段、鄉(xiāng)村路段和高速路段的動態(tài)行駛特性都超過了極限，但該車在R1D路線試驗時的NOx排放量仍然很低，在綜合路段的排放量為10 mg/km，在城區(qū)路段測得的最大排放量達到了17 mg/km，僅為相應(yīng)NTE限值的14%。SI001車輛在綜合路段和城區(qū)路段（其中只有1次動態(tài)行駛特性超過極限）的NOx排放量比在R1路線的排放量高出了5倍，分別達到了60 mg/km和91 mg/km，但仍低于NTE限值。汽油機車輛在所有試驗狀態(tài)下的NO2排放量均低于3 mg/km。

4臺柴油機車輛RDE達標(biāo)試驗的NOx排放量是各不相同的。在綜合路段試驗時，MB011車輛的排放量平均為5 mg/km，其中NO2排放量為1.9 mg/km。而VO006和PT011車輛的排放量為50～60 mg/km，其中NO2排放量為7 mg/km。沒有配置SCR系統(tǒng)的柴油車FD009車輛的NOx排放量平均為120 mg/km，其中NO2為25 mg/km，在R1路線試驗時的排放量達到了145 mg/km。MB011車輛的NOx排放性能最佳，它在城區(qū)路段的排放量平均為10 mg/km，在鄉(xiāng)村路段和高速路段的排放量接近于零。其他3臺柴油車在城區(qū)路段和鄉(xiāng)村路段的排放量為40～50 mg/km。FD009車輛在R1和R2路線的高速路段試驗時，NOx的排放量平均為290 mg/km，它比配置SCR系統(tǒng)的車輛的排放量高出了5倍（VO006車輛為53 mg/km，PT011車輛為83 mg/km），這是由于該車輛僅僅采用了EGR+LNT的排氣后處理組合，不能減少高負荷工況NOx排放的緣故。3臺配裝SCR系統(tǒng)的柴油機車輛在延長高速路（M路線）行駛試驗時，高速路段的NOx排放量都低于30 mg/km，其中NO2排放量趨于零，而FD009車輛在相同路段的排放量接近135 mg/km，NO2排放量為30 mg/km。這進一步說明，該車輛的LNT存在一定的局限性，它不能恰當(dāng)?shù)乜刂七@些行駛狀態(tài)下的NOx排放。在R1D路線的動態(tài)行駛試驗中，MB011車輛在所有路段的NOx排放量都低于30 mg/km。這表明，即使在十分激進的行駛狀態(tài)下，它也能達到很好的NOx減排水平（圖2）。PT011車輛在整個R1D路線試驗中的NOx排放量為57 mg/km，它比NTE限值（不適用于動態(tài)行駛試驗）低了許多。與R1路線試驗相比，F(xiàn)D009和VO006車輛在R1D路線的排放量分別要高出2倍和5倍，這2臺車輛在綜合路段試驗的NOx排放量均達到了300 mg/km。

2.1.2 PN排放

在開展R1和R2路線試驗時，所有試驗車輛的PN排放量都低于RDE達標(biāo)試驗要求的實際行駛PN排放量，其NTE限值為9×1011/km （圖3），其中橫線表示柴油車和汽油直噴車全部路段和城區(qū)路段的NTE限值。目前，歐洲還沒有出臺針對像SI001那樣的氣道噴油汽油車的PN排放量的NTE限值，預(yù)計這種車輛的NTE限值可能會超過全部R2路線試驗要求的限值（其值為9.1×1011/km ），以及R1和R2路線中城區(qū)路段要求的限值（其值分別為1.1×1012/km 和1.3×1012/km ）。汽油直噴車輛在整個RDE試驗中的PN排放量平均為6.4×109/km，其中在城區(qū)路段的PN排放量達到了1.3×1010/km，在鄉(xiāng)村路段和高速路段的PN排放量為1×109/km。BW015車輛在整個M 路線的PN排放量與RDE達標(biāo)試驗時的排放量相似，均為6×109/km，并且要比SI001車輛3×1011/km的PN排放限值略低一些。但是，在動態(tài)行駛時，BW015車輛在所有城區(qū)路段、鄉(xiāng)村路段和高速路段的PN排放量都明顯增加，綜合路段的PN排放量達到了1.9×1011/km，這大約是正常行駛排放量的30倍。排放量增加與鄉(xiāng)村路段行駛時的排放量有關(guān)。在鄉(xiāng)村路段行駛時，PN排放量要比激進行駛時的排放量高出2個數(shù)量級。SI001車輛在R1D路線試驗時的PN排放量要比在R1路線行駛時的排放量高1.8倍，綜合路段的PN排放量達到了1.3×1012/km。

在RDE達標(biāo)試驗時（R1和R2路線），F(xiàn)D009、MB011、VO006柴油機車輛在綜合路段試驗和城區(qū)路段試驗的PN平均排放量分別為2×109/km 和2.6×109/km。PT011車輛在R1和R2路線試驗時，綜合路段和城區(qū)路段的PN排放量分別為4.8×1010/km和5.5×1010/km，它們都低于RDE規(guī)定的NTE限值。在M路線試驗時，研究人員也觀察到了4 臺柴油車PN排放量存在類似差異，其中FD009、MB011、VO006車輛在綜合路段的PN排放量為1×109/km，PT011車輛的PN排放量為6×1010/km。在R1D路線進行動態(tài)行駛試驗時，PT011車輛的PN排放量比在R1路線試驗時產(chǎn)生的PN排放量（6.5×1010/km）要稍微高一些，而其他3臺柴油車的PN排放量則增加了2～5倍，綜合路段的PN排放量達到了4×109～9×109/km，但仍遠低于NTE限值。

2.1.3 CO排放

2臺汽油機車輛在R1和R2路線試驗時，BW015車輛在綜合路段的平均CO排放量為183? mg/km，SI001車輛在綜合路段的平均CO排放量為248 mg/km，它們都低于試驗室試驗限值（1 000 mg/km）的25%。汽油直噴車輛在RDE達標(biāo)試驗時，城區(qū)路段測得的CO排放量最高，R1路線的排放量達到了277 mg/km（圖4）。但是，發(fā)動機功率為66 kW的SI001車輛的最高CO排放量則出現(xiàn)在高速路段，這可能與理論空燃比燃燒的變化有關(guān)。在M路線試驗時，研究人員也沒有觀察到排放量有特別的變化。在動態(tài)行駛狀態(tài)下的R1D路線試驗時，2臺汽油機車輛的CO排放量增加了3～4倍，綜合路段的排放量平均為800 mg/km。在R1D路線的所有城區(qū)路段、鄉(xiāng)村路段和高速路段試驗時，BW015車輛的動態(tài)行駛參數(shù)ν·a_pos95都超過了極限，并且所有路段的排放量大致相同。SI001在R1D路線的最高排放量出現(xiàn)在高速路段，這時該車輛的ν·a_pos95沒有超過極限，車輛以120 km/h的車速在道路上巡航，CO排放峰值高達300 mg/s。

4臺柴油機車輛在綜合路段和各分路段的CO排放量都比現(xiàn)行的實驗室試驗排放限值（500 mg/km）低1～2個數(shù)量級，這顯示了DOC的良好性能。在R1和R2路線進行RDE試驗時，綜合路段的CO排放量為0～50 mg/km。在進行VO006車輛試驗時，由于PEMS采集到的CO濃度已低于氣體分析儀的檢測極限，因而導(dǎo)致大部分試驗的CO排放量趨于零。

2.1.4 CO2排放

圖5示出車輛在綜合路段試驗測得的CO2排放量與制造商宣稱的WLTP工況試驗的CO2排放量之間的比率。車輛制造商宣稱的CO2排放量是指車輛一致性認證書上記載的23 ℃和按環(huán)境溫度修正試驗 （ATCT）修正到14 ℃的CO2排放量。在整個RDE的 R1、R2路線達標(biāo)試驗中，所有車輛的CO2排放量比率都超過了制造商宣稱的CO2排放量比率，汽油車BW015的CO2排放量比率平均為1.08，汽油車SI001的CO2排放量比率平均為1.14。柴油車MB011、FD009的CO2排放量比率分別為1.02和1.18。必須指出的是，SI001是6臺試驗車輛中試驗環(huán)境溫度最低的1臺車輛（試驗的環(huán)境溫度平均為4～10 ℃）。這說明，該車輛的CO2排放量比率相對較高是由于冷起動排放量過高。汽油車和柴油車在RDE達標(biāo)試驗中的CO2排放量分別為158 mg/km和159 mg/km。汽油車和柴油車在整個M路線試驗時的CO2排放量比率分別平均為1.04和1.00。值得注意的是，MB011車輛在M路線試驗時的CO2排放量為133 mg/km，它比制造商宣稱的CO2排放量要低9%。在R1D路線進行全部動態(tài)行駛試驗時，2臺柴油機車輛的CO2排放量都比R1路線試驗時的排放量低，F(xiàn)D009車輛的CO2排放量約低了6%，PT011車輛的CO2排放量約低了2%。BW015和MB011這2臺車輛的CO2排放量卻增加了約36%。2臺車與R1路線動態(tài)行駛試驗相比，它們在R1D路線試驗時的動態(tài)行駛程度是所有車輛中最激進的。

表4示出了試驗車輛在R1路線從試驗開始的前300 s內(nèi)的冷起動階段的行程特征和排放量。6臺試驗車輛在冷起動階段的平均車速為26.8 km/h，行駛時的平均正加速度為0.42 m/s2，停車時間為18 s，行駛距離為2.2 km。盡管不同試驗之間存在一定的同質(zhì)性，但在車輛的行駛狀態(tài)、試驗開始時的車況和環(huán)境溫度等方面還是有差別的。因此，本文不討論各車輛之間的實測冷起動排放量差異，而主要討論車輛冷起動排放量與R1路線中城區(qū)路段的熱態(tài)排放量相比的數(shù)量級差異。試驗中城區(qū)路段的行程長度平均為36.1 km，大約是冷起動階段行程長度的16倍。作為比較基準(zhǔn)，研究人員將R1路線中城區(qū)路段的平均車速設(shè)置為30 km/h，停車時間為51 s，正加速度為0.33 m/s2。需要指出的是，研究人員將所有試驗車輛都停放在溫度為20 ℃左右的房間內(nèi)進行保溫，以使外部環(huán)境溫度對車輛行駛的影響降至最小。另外，F(xiàn)D009車輛和VO006車輛在最后行程結(jié)束后，其發(fā)動機的冷卻時間只有4 h。

汽油機車輛在發(fā)動機點火后的前35 s內(nèi)會產(chǎn)生NOx排放，并迅速達到15～20 mg/km的峰值。隨后，車輛尾管的瞬時NOx排放量會接近于零。BW015車輛在冷起動過程中的累積NOx排放量達到了102 mg/km，比城區(qū)路段測得的8 mg/km的NOx排放量高出了12倍。該車輛在R1路線試驗前38 s內(nèi)的NOx排放量為258 mg/km，比隨后在107 min試驗時間內(nèi)的NOx排放量242 mg/km還要高。而實際上，BW015車輛在城區(qū)路段的熱態(tài)NOx排放量為零。SI001車輛冷起動的NOx排放量為56 mg/km，要比城區(qū)路段熱態(tài)NOx排放量（9 mg/km）高出6倍。柴油機車輛在冷起動階段的NOx排放量為114～365 mg/km，它是城區(qū)路段熱態(tài)NOx排放量（3～39 mg/km）的7～38倍。MB011車輛在發(fā)動機點火后的第2個70～230 s期間出現(xiàn)了NOx排放峰值，達到了3.5 mg/s。同樣，PT011車輛和VO006車輛在試驗開始的第1個200 s內(nèi)也出現(xiàn)了18 mg/s的瞬時NOx排放峰值。FD009車輛是在發(fā)動機溫度相對較高的情況下起動的，它在整個冷起動階段的NOx排放速率大致相同，峰值接近7 mg/s。在第2個200 s內(nèi)出現(xiàn)了時長8 s的NOx 峰值，此時研究人員檢測到CO和CO2排放量陡然增加，這可能與滿油運行狀態(tài)下的LNT再生有關(guān)。所有試驗車輛在冷起動時的NOx排放量都以NO進行計量，因此NO2/NOx的范圍小于3%。

柴油車在冷起動期間PN排放的數(shù)量級與在全部城區(qū)路段PN排放的數(shù)量級相同，均為1×109/km。但PT011車輛除外，其PN排放值為1×1010/km。這表明，DPF在冷起動時也發(fā)揮了良好的排放控制作用。氣道噴油汽油車（SI001）冷起動時的PN排放量為5×1012/km，要比城區(qū)路段熱態(tài)運行時的PN排放量（5×1011/km）高出1個數(shù)量級。柴油機車輛和氣道噴油汽油車在整個冷起動期間的瞬態(tài)PN排放情況基本相同。配裝GPF的汽油直噴車輛BW015在冷起動時PN排放量比在城區(qū)路段熱態(tài)運行時的PN排放量要高50倍，達到了1×1011/km的數(shù)量級。該車輛在發(fā)動機點火后即刻就出現(xiàn)了相當(dāng)高的PN排放，最高排放速率為3×1010/s，隨后排放速率逐漸降低，在180 s后其值達到1×107/s。

在試驗開始時，PN排放量過高可能與為縮短TWC點火時間而采取的燃油加濃策略有關(guān)，所以冷起動期間觀察到的CO2排放峰值可以用TWC的點火來解釋。在發(fā)動機點火后的前75 s內(nèi)，BW015車輛和SI001車輛的CO排放速率峰值分別達到了200 mg/s和100 mg/s。這使得SI001車輛和BW015車輛在冷起動時的CO排放量比在城區(qū)路段熱態(tài)排放量分別高出了6倍和14倍（表4）。BW015車輛在前38 s的CO排放量相當(dāng)于整個R1路線試驗時CO排放量的19%。4臺柴油機車輛的冷起動CO排放量差別很大，它們的冷起動CO排放范圍為0～457 mg/km，但在所有情況下，排放量都低于柴油車1類CO限值。VO006車輛的冷起動CO排放量與在城區(qū)路段時的CO排放量大致相同，而MB011車輛和PT011車輛的冷起動CO排放量則是城區(qū)路段CO排放量的4～8倍，F(xiàn)D009車輛的冷起動CO排放量甚至比城區(qū)路段的冷起動CO排放量高出42倍。

在進行R1路線試驗時，汽油機車輛在冷起動時CO2排放量比在城區(qū)路段熱態(tài)行駛時的CO2排放量增加了23%，而柴油機車輛PT011、FD009在冷起動時CO2排放量增幅為15%～96%。因此，車輛在冷起動期間的CO2排放量增加，不僅與燃油加濃有關(guān)，還可能是冷起動階段的瞬態(tài)運行狀況比城區(qū)路段的運行狀況更激進的緣故。

2.3 與DPF再生相關(guān)的排放

VO006車輛在進行道路試驗的過程中，研究人員在M試驗路線觀察到了試驗開始后800 s發(fā)生了DPF再生。此時車輛已充分暖機，發(fā)動機的冷卻液溫度大于85 ℃，DPF再生大約持續(xù)了21 min。DPF再生是在行車時間約13 min、平均車速45 km/h的某個城區(qū)路段和行車時間約8 min、最高車速128 km/h，并且包括1次在收費站停車的某個高速路段發(fā)生的，總行駛里程為23 km。整個試驗的PN實際排放量為1×1012/km，它比歐六d-TEMP柴油機車輛的NTE限值略高。在另外1個時間段內(nèi)，當(dāng)VO006車輛在不發(fā)生DPF再生狀況且同樣行駛在M路線時，以相同的試驗設(shè)定值重復(fù)進行了排放達標(biāo)試驗。在這一天的試驗過程中，整個試驗的PN排放量為1×109/km，遠低于NTE限值。

圖6示出了VO006車輛在 M路線試驗過程中，發(fā)生和不發(fā)生DPF再生時車輛和發(fā)動機性能的參數(shù)。再生過程的開始和結(jié)束是根據(jù)試驗時車輛尾管排氣溫度的變化情況來判斷的。當(dāng)發(fā)生DPF再生時，車輛在高速路段行駛時排氣溫度會從90 ℃升高到300 ℃，隨后逐漸下降到再生結(jié)束時的150 ℃;而在不發(fā)生DPF再生時，車輛在城區(qū)路段行駛時排氣溫度會維持在100 ℃以下，隨后會像在高速路段行駛時那樣緩慢爬升至150 ℃。盡管道路試驗存在固有的可變性，但是由圖6可見，在發(fā)生DPF再生的路段（圖中2條垂直虛線，表示DPF再生的開始和結(jié)束時間），車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速，以及海拔高度的曲線都與類似試驗的曲線形態(tài)頗為相似。因此，本文所述的與發(fā)生DPF再生相關(guān)的排放量是指在試驗時發(fā)生和不發(fā)生DPF再生時的單位距離排放量的差值。

在發(fā)生DPF再生時，NOx的排放非常高，總計達到了8.1 g，它相當(dāng)于NOx排放量從不發(fā)生DPF再生時的17 mg/km增加到了發(fā)生DPF再生時的371 mg/km。在發(fā)生DPF再生時，PN排放量從1.6×109/km增加到5.6×1012/km，增加了3個數(shù)量級。值得注意的是，大部分PN是在發(fā)生DPF 再生的高速路段釋放出來的，這時排氣溫度在200 ℃以上。盡管在發(fā)生DPF再生時，CO排放量也有所增加，但實際測得的CO濃度遠低于75×10-6，它導(dǎo)致發(fā)生DPF再生時的CO排放量增加了20 mg/km。最后，在發(fā)生DPF再生時，CO2的排放額外增加了1.6 kg，相當(dāng)于CO2排放量從不發(fā)生DPF再生時的176 mg/km增加到了發(fā)生DPF再生時的243 mg/km，增加了67 mg/km。值得注意的是，到DPF 再生結(jié)束時（第2個2 100 s），氣態(tài)排放物排放量超過基準(zhǔn)狀態(tài)的情況便得以收斂，也就是發(fā)生DPF再生時的排放態(tài)勢與不發(fā)生再生時的排放態(tài)勢趨于相同，而PN的排放態(tài)勢則需要在再生結(jié)束1 500 s后才能得以收斂。

根據(jù)車載診斷系統(tǒng)（OBD）記錄的燃油流量數(shù)據(jù)，燃油消耗量在發(fā)生DPF再生期間增加了0.24 L（假設(shè)柴油的比重為840 kg/m3），相當(dāng)于車輛每百公里燃油耗增加了0.85 L。燃油耗增加可能與為觸發(fā)DPF再生而采取的燃油加濃策略有關(guān)。令人意外的是，車輛在高速路段第2個1 950 s內(nèi)處于收費站停車時，起停系統(tǒng)僅在發(fā)生DPF再生的情況下使發(fā)動機停機，盡管車輛在發(fā)生和不發(fā)生DPF再生時都具備起停功能。

3 結(jié)論

JRC在開展市場監(jiān)測的工作范圍內(nèi)采用PEMS進行了車輛道路試驗，以研究輕型車尾管的排放性能。研究人員除了檢查車輛的排放是否符合RDE達標(biāo)試驗的NTE限值以外，還用收集到的試驗數(shù)據(jù)深入分析了車輛在寬廣行駛狀態(tài)下的法規(guī)限制排放物和非法規(guī)限制排放物的排放情況。通過對6臺歐六d-TEMP輕型乘用車（2臺汽油車和4臺柴油車）進行的試驗，本研究得出以下幾點結(jié)論。

（1）在正常的行駛動力學(xué)狀態(tài)下，在整個R1和R2路線的RDE達標(biāo)試驗和M路線的高速路段試驗中，汽油機車輛的NOx排放量平均為8 mg/km（最大為11 mg/km）。與滿足歐六b排放法規(guī)的汽油直噴車輛相比，BW015汽油直噴車輛RDE達標(biāo)試驗時的NOx排放量減少了8倍。柴油機車輛（FD009車輛除外）的NOx排放量平均為33 mg/km（最大值為89 mg/km）。這些車輛的NOx排放量都遠低于適用的NTE限值。這表明，這些柴油機車輛的排放量已明顯低于實施RDE法規(guī)前車輛的排放量（道路上的NOx排放量比歐六b柴油車的排放量降低了10～12倍）。

（2） FD009車輛在R1、R2和M路線試驗時，綜合路段的NOx排放量范圍為9～145 mg/km，這是試驗車輛中僅有的不配裝SCR系統(tǒng)的柴油車。該車輛在高速路段的NOx排放量特別高，為136～337 mg/km。這表明，該車輛配置的LNT控制NOx排放的能力有限。

（3）所有試驗的汽油機車輛和柴油機車輛（包括FD009）在城區(qū)路段的NOx排放量分別低于20 mg/km和65 mg/km。這意味著，現(xiàn)代道路車輛對城市空氣污染的影響有所降低。研究人員測得的這些排放量數(shù)據(jù)與之前報道的歐六d-TEMP車輛的排放量較為一致。在城區(qū)路段，汽油車和柴油車的NOx排放組分主要是NO2，排放量分別小于2 mg/km和小于10 mg/km。

（4）配置了GPF的汽油直噴車輛（BW015）在包括R1、R2、M試驗路線的所有路段中，PN排放范圍為1×109～1×1010/km，與柴油車的PN排放量相同，但要比未配置GPF的歐六b汽油直噴車輛的PN排放量低2個數(shù)量級。氣道噴油汽油車的PN 排放量為9×1011/km，城區(qū)路段的排放量達到了1×1012/km，其排放量與歐六b氣道噴油汽油車的排放水平相當(dāng)。目前，研究人員還沒有見到針對氣道噴油汽油機車輛的NTE限值研究。但是有研究表明，氣道噴油汽油車的PN排放量要遠高于配置GPF的汽油直噴車輛的排放量。

（5）在動態(tài)行駛狀態(tài)下（R1D試驗路線），當(dāng)車輛的行駛動力學(xué)狀態(tài)超過RDE規(guī)范時，大多數(shù)車輛都出現(xiàn)了排放量增加的趨向。即便不是如此，柴油機車輛的NOx排放量也超過了限值的2倍。PT011車輛在R1和R1D路線的排放量大致相同，而BW015和VO006車輛在動態(tài)行駛狀態(tài)下運行時，NOx排放量增加了5倍。試驗顯示，在激進的行駛狀態(tài)下，DPF仍能很好地控制PN的排放，這與其他文獻的看法一致。但是，GPF并沒有達到像DPF那樣的效能，因為R1D路線的PN排放量要比R1路線的排放量高出30倍，盡管排放量仍遠低于PN的限值。汽油機車輛在R1路線的CO排放量增加了3～4倍，已接近實驗室試驗的排放限值。

（6）必須強調(diào)的是，在包括冷起動和動態(tài)行駛在內(nèi)的所有行駛狀態(tài)下，有1臺柴油機車輛（MB011）的NOx、PN和CO排放量達到了比2臺試驗汽油車排放量還要低的水平。這表明，目前市場上采用的技術(shù)能夠確保柴油機車輛在大部分發(fā)動機運轉(zhuǎn)工況下實現(xiàn)低排放。

（7）車輛在道路上的CO2排放量取決于包括環(huán)境條件、車輛狀況、道路情況和駕駛風(fēng)格在內(nèi)的諸多因素。盡管車輛的實測CO2排放量與制造商宣稱的CO2排放量的比率范圍達到16%～106%，但在城區(qū)路段、鄉(xiāng)村路段、高速路段的運行份額分別為40%、30%、30%的RDE達標(biāo)試驗路線上，本研究所用的歐六d-TEMP試驗車輛的平均CO2排放量比率范圍為2%～18%。

（8）汽油機車輛和柴油機車輛的冷起動NOx排放量要比城區(qū)路段的NOx排放量高出3～12倍。由于全部試驗路段的排放量一般都比較低，因而冷起動排放量在其中起到了較大的作用。例如，BW015車輛冷起動的NO2平均排放量為102 mg/km，而整個RDE試驗中的NOx排放量僅為4 mg/km。氣道噴油汽油車輛和汽油直噴車輛冷起動時的PN排放量分別要比城區(qū)路段熱態(tài)行駛時的排放量高10倍和50倍，而冷起動時的CO2排放量會增加6～14倍。柴油機車輛上配置的DPF能像在綜合路段行駛時那樣，很好地控制冷起動時的PN排放。

（9）車輛在城區(qū)路段行駛時可能會發(fā)生DPF再生，當(dāng)NOx、PN的單位距離排放量超過NTE限值時（NOx 為371 mg/km、PN為5.6×1012/km ），它們會對當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。在發(fā)生DPF再生時，NOx和PN的排放量分別要比整個試驗的排放量增加20倍和400倍。但是，DPF再生對城區(qū)路段排放量的影響還要考慮發(fā)生DPF再生的頻次和發(fā)生再生時車輛所處的地段。

可以認為，RDE法規(guī)及WLTP試驗循環(huán)的實施對于減少車輛實際使用過程中的NOx和PN排放是有效的。為了在寬廣的行駛狀態(tài)下滿足嚴(yán)苛的NTE限值要求，制造商們已經(jīng)在他們的車輛上采用了先進的排氣后處理技術(shù)，在汽油直噴車輛上配置了GPF，在柴油機車輛上配置了SCR系統(tǒng)。隨著車隊車輛逐步更換成滿足歐六d-TEMP排放法規(guī)的車輛，道路運輸對空氣污染的影響將有可能減少。

必須強調(diào)的是，所有試驗車輛的已使用里程均小于10 000 km，因使用里程都比較短，所以，目前還不清楚排氣后處理系統(tǒng)是否能在車輛的正常使用壽命期內(nèi)一直保持有效的功能。預(yù)計JRC會在開展市場監(jiān)測的工作范圍內(nèi)對老舊的車輛進行檢測，以檢查老舊車輛在實際使用過程中的排放情況，并驗證RDE法規(guī)的使用一致性條款。關(guān)于重油對顆粒物生成的影響，研究人員還需要作進一步的研究。

未來的排放法規(guī)可能會考慮設(shè)定氣道噴油汽油車輛在道路上的PN排放NTE限值。同樣，相關(guān)的法規(guī)可能也會考慮設(shè)定與冷起動及發(fā)生DPF再生相關(guān)的單位距離PN排放量限值，以使內(nèi)燃機車輛的排放對人類健康和環(huán)境的影響為零。

[1]Health Effects Institute. State of global air 2019[R]. Special report， Boston，MA， 2019.

[2]European Environment Agenc.Air quality in Europe- 2019 report[R]. EEA Report， 2019.

朱炳全 譯自 SAE Paper 2020-01-2219

吳 玲 編輯

（收稿時間：2021-02-02）