混合动力汽车排放测试

技术概述

随着全球环保法规的日益严苛和新能源汽车技术的飞速发展，混合动力汽车（HEV）作为传统燃油车向纯电动车过渡的重要车型，在市场上占据了显著的份额。然而，混合动力汽车由于其独特的动力系统结构，即包含了内燃机与电动机两套动力系统，其排放特性与传统的纯燃油车存在显著差异，这使得混合动力汽车排放测试成为一项极具技术挑战性的工作。

混合动力汽车排放测试的核心难点在于其动力系统的切换逻辑。在不同的行驶工况下，车辆可能会在纯电动模式、串联模式、并联模式以及混合驱动模式之间频繁切换。这种复杂的工况导致内燃机的工作点不断变化，甚至出现频繁的启停现象。传统的排放测试方法往往难以准确捕捉这些瞬态过程中的排放数据，因此，针对混合动力汽车的排放测试技术也在不断演进，从最初的简化测试逐渐发展为如今基于实际行驶工况的精细化测试。

从技术层面来看，混合动力汽车的排放测试不仅仅是简单地测量尾气管排出的污染物总量，更需要评估整车控制策略对排放的影响。例如，内燃机启动瞬间的燃烧不充分往往会导致大量的碳氢化合物和一氧化碳排放。此外，再生制动系统对能量回收的利用效率，以及电池荷电状态的变化，都会间接影响车辆的排放水平。因此，现代混合动力汽车排放测试技术不仅涵盖了常规的气体污染物分析，还包括了对颗粒物质量的精密测量以及对整车实际道路排放性能的实时监测。

为了规范混合动力汽车的排放水平，全球各主要汽车市场和监管机构都制定了相应的测试标准。例如，联合国法规UN ECE R83和我国的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）》等标准，都对混合动力汽车的测试循环、状态调整以及结果计算做出了详细规定。这些标准的实施，旨在确保混合动力汽车在节能减排方面的优势能够真实地反映在实际使用中，防止因测试方法的不完善而导致排放数据的虚高。

检测样品

在混合动力汽车排放测试中，检测样品的定义具有特殊性。与传统燃油车仅关注尾气排放不同，混合动力汽车的“样品”概念更为宽泛，主要包括待测车辆本身、尾气排放物以及车辆运行状态数据。

• 待测车辆： 这是测试的主体对象。送检的混合动力汽车必须处于良好的机械状态，且行驶里程需满足相关标准的要求，通常要求处于磨合期内或经过适当磨合。车辆的轮胎气压、润滑油、冷却液等均需符合制造商的规定。更重要的是，车辆的混合动力系统、电池管理系统以及车载诊断系统（OBD）需无故障码，以确保测试结果能代表车辆的真实性能。根据车辆类型的不同，样品可细分为轻型混合动力汽车、重型混合动力汽车以及插电式混合动力汽车（PHEV）。
• 尾气排放物： 这是排放测试的直接分析对象。主要包含内燃机燃烧后排出的气体混合物。具体的检测目标物质包括气态污染物和颗粒物。气态污染物主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物以及二氧化碳（CO2）。颗粒物则包括颗粒物质量（PM）和颗粒物数量（PN）。对于混合动力汽车而言，由于内燃机间歇性工作，尾气排放物的浓度波动极大，这对样品采集的代表性提出了更高要求。
• 车辆运行状态数据： 在现代排放测试中，车辆的各种运行参数也被视为广义的“样品”进行采集和分析。这包括发动机转速、扭矩、电池荷电状态（SOC）、瞬时燃油消耗率、电机功率输出等。这些数据对于修正测试结果、分析排放产生的原因至关重要。特别是对于插电式混合动力汽车，电池荷电状态的变化幅度直接决定了车辆的排放测试结果属于“电荷消耗型”还是“电荷维持型”，因此SOC数据的准确记录是测试不可或缺的一部分。

检测项目

混合动力汽车排放测试的检测项目依据国家标准及行业规范设定，旨在全面评估车辆对环境的影响。主要检测项目可以分为常规污染物检测、颗粒物检测以及蒸发排放检测等几大类。

• 一氧化碳（CO）排放量： 一氧化碳是燃料不完全燃烧的产物。混合动力汽车在发动机冷启动及怠速充电工况下，由于燃烧温度较低，容易产生较高浓度的CO。检测该指标旨在控制车辆对大气环境的毒性影响。
• 碳氢化合物（HC）排放量： HC排放主要源于未燃烧的燃料。对于混合动力汽车，发动机频繁启停可能导致气缸壁激冷效应，增加HC排放。测试需精确测量总碳氢化合物（THC）以及非甲烷碳氢化合物（NMHC）的排放水平。
• 氮氧化物排放量： 氮氧化物是高温燃烧条件下氮气与氧气反应的产物，是形成光化学烟雾和酸雨的主要前体物。混合动力汽车在高负荷充电或爬坡工况下，发动机工作点可能处于高负荷区，导致NOx排放升高。
• 颗粒物质量（PM）与数量（PN）： 随着排放标准的升级，颗粒物排放已成为关注的焦点。特别是对于采用缸内直喷技术的混合动力车型，PM和PN的排放控制尤为关键。检测项目要求通过滤纸称重法测量PM，并通过粒子计数器测量PN。
• 二氧化碳（CO2）排放量及燃料消耗量： 虽然CO2本身无毒，但作为温室气体，其排放量直接关系到车辆的燃油经济性。在测试中，通过碳平衡法计算车辆的燃料消耗量，这也是评估混合动力汽车节能效果的核心指标。
• 蒸发排放： 混合动力汽车在长时间停放或发动机热浸过程中，燃油系统可能会产生油气蒸发。检测项目需涵盖昼间换气损失和热浸损失，以评估燃油箱及碳罐系统的密封性和吸附能力。
• 实际道路排放（RDE）： 针对混合动力汽车在实验室工况外可能存在的排放差异，实际道路排放测试已成为重要的检测项目。该测试在真实路况下进行，监测车辆在交通拥堵、高速行驶等复杂工况下的污染物排放是否合规。

检测方法

混合动力汽车排放测试的方法体系较为复杂，根据测试场景和目的的不同，主要分为实验室台架测试法和实际道路测试法。每种方法都有其特定的操作流程和技术要求。

1. 实验室台架测试法（WLTC/CLTC工况法）

这是目前主流的认证测试方法。测试在环境仓内的底盘测功机上进行。车辆被固定在测功机上，通过滚筒模拟道路行驶阻力。

• 工况循环设定： 测试采用标准规定的驾驶循环，如全球统一轻型车辆测试循环（WLTC）或中国轻型汽车工况（CLTC）。循环曲线规定了每一时刻的车速和加速度。
• 环境条件控制： 实验室温度通常控制在20-30℃之间，模拟标准的大气环境。
• 底盘测功机设定： 根据车辆的基准质量设定测功机的惯量，并模拟道路行驶阻力系数。对于四驱混合动力汽车，可能需要使用四驱测功机或特殊处理。
• 采样与分析： 采用定容取样系统（CVS）将车辆排出的尾气稀释，然后收集在采样袋中。测试结束后，利用气体分析仪分析采样袋中污染物的浓度，结合稀释排气总容积计算排放质量。
• 混合动力特殊处理： 针对混合动力汽车，测试方法规定了如何处理电池荷电状态（SOC）。对于非插电式混合动力，通常要求测试开始和结束时的SOC保持在一定范围内（电荷维持模式）。对于插电式混合动力，需分别进行“电荷消耗型”测试和“电荷维持型”测试，并加权计算最终结果。

2. 实际道路排放测试法（RDE）

为了弥补实验室工况与实际驾驶情况的差异，RDE测试已成为强制性检测方法。

• 设备安装： 在车辆排气管上安装便携式排放测试系统（PEMS），同时连接OBD接口获取车辆运行数据。
• 路线规划： 测试路线必须包含市区、郊区和高速路段，且对里程、平均车速、海拔变化等参数有严格限制。
• 动态测试： 测试过程中，驾驶员需遵循导航和交通规则正常驾驶，不得故意避开拥堵或激烈驾驶。PEMS设备实时测量气态污染物和颗粒物数量。
• 数据处理： 测试结束后，利用特定的数据后处理方法，剔除无效数据点，计算单位距离的污染物排放量，验证是否符合法规限值。

3. 蒸发排放测试方法

蒸发排放测试主要在密闭室内进行。将车辆置于密闭室内，通过控制室内温度变化（如模拟昼夜温度变化），测量密闭室内HC浓度的增加，从而计算出车辆的燃油蒸发排放量。对于混合动力汽车，需特别注意测试期间发动机是否启动以及碳罐的工作状态。

检测仪器

高精度的检测仪器是保证混合动力汽车排放测试数据准确性和可靠性的基础。由于混合动力汽车排放的瞬态特性，对仪器的响应速度和测量精度要求极高。以下是核心检测仪器设备的详细介绍：

• 底盘测功机： 这是实验室测试的核心设备。它能够模拟车辆在道路上行驶时的各种阻力，包括滚动阻力和空气阻力。对于混合动力汽车测试，测功机需要具备高精度的负载控制能力，以模拟减速时的能量回收过程。现代化的底盘测功机通常配备双转鼓或多转鼓系统，以适应前驱、后驱及四驱车辆的测试需求。
• 定容取样系统（CVS）： CVS系统是排放测量的关键设备。它通过环境空气稀释车辆尾气，保持稀释排气的体积流量恒定。在测试过程中，CVS系统将稀释后的尾气收集到取样袋中。对于混合动力汽车，由于发动机间歇性工作导致排气流量波动大，CVS系统需具备精确的流量控制能力，确保稀释比合理，防止样气中的水蒸气冷凝或污染物浓度过低而无法检测。
• 气体分析仪： 用于分析取样袋中污染物的浓度。根据测量原理不同，包含多种类型的分析仪：
  • 不分光红外分析仪（NDIR）：用于测量一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）。
  • 氢火焰离子化检测器（FID）：用于测量总碳氢化合物（THC），具有极高的灵敏度。
  • 化学发光分析仪（CLD）：用于测量氮氧化物，利用NO与臭氧反应产生激发态NO2并发光的原理进行检测。
• 颗粒物测量系统： 包括颗粒物取样系统和称重系统。PM测量通常使用聚四氟乙烯滤纸进行采样，采样前后需在恒温恒湿的天平室内使用微克天平进行称重。PN测量则通常使用凝聚核粒子计数器（CPC）或等效方法，能够实时记录颗粒物的数量浓度。
• 便携式排放测试系统（PEMS）： 用于实际道路排放测试（RDE）。PEMS设备集成了气体分析仪、颗粒物计数器和流量计，体积小巧，可安装在车辆上。它能够以高频速率记录车辆的排放数据，并通过GPS记录位置和速度信息。PEMS设备需具备良好的抗震性和环境适应性。
• 环境仓： 提供标准的测试环境，能够精确控制温度、湿度和背景辐射。对于混合动力汽车，环境仓还需模拟车辆散热器的气流环境，确保车辆热管理系统正常工作，从而使排放测试结果更具代表性。
• 电池模拟器与电源： 在部分特殊的测试场景下，如单独测试发动机台架以模拟整车混合动力工况时，需要使用高精度的电池模拟器来模拟高压电池的充放电特性。

应用领域

混合动力汽车排放测试的结果和数据具有广泛的应用价值，涵盖了车辆研发、政府监管、进出口贸易以及消费者权益保护等多个领域。

• 新车公告申报与认证： 这是排放测试最主要的应用场景。汽车制造商在推出新车型前，必须委托具备资质的检测机构进行排放测试，并依据测试报告向工信部等主管部门申请车辆产品公告。只有排放指标符合国家标准的车型，才被允许生产和销售。这直接关系到车辆的市场准入资格。
• 技术研发与标定优化： 在车辆研发阶段，排放测试数据是工程师优化整车控制策略的重要依据。通过分析不同工况下的排放图谱，工程师可以调整内燃机的点火时刻、电机介入逻辑以及电池充放电策略，在保证动力性的前提下最大限度地降低排放和油耗，实现动力性与经济性的平衡。
• 在用车符合性检查： 监管部门会对已投入使用的混合动力汽车进行抽检，以验证其在实际使用中是否依然符合排放标准。这有助于防止因零部件老化或控制策略缺陷导致的超标排放，督促车企承担质量责任，保障大气环境质量。
• 进出口检验检疫： 在车辆进出口贸易中，排放测试报告是通关的必备文件之一。进口车辆必须符合当地的排放法规（如中国的国六标准、欧洲的欧6d标准等）。检测机构出具的排放测试证书是海关验放和市场监管的重要凭证。
• 环保政策制定与评估： 大量的排放测试数据为政府制定环保政策提供了科学依据。例如，通过分析混合动力汽车在实际道路上的排放水平，监管部门可以评估现有排放限值的合理性，进而制定更严格的法规或推出相应的税收优惠政策，引导汽车产业向绿色低碳方向发展。
• 二手车评估与交易： 随着混合动力汽车保有量的增加，在二手车交易环节，排放检测也逐渐成为评估车辆价值的一项参考指标。排放不达标的车辆可能面临限行或强制报废的风险，通过排放检测可以更准确地评估车辆的剩余价值。

常见问题

在混合动力汽车排放测试的实际操作和理解中，客户和公众经常会遇到一些疑问。以下针对常见问题进行解答，帮助读者更深入地了解这一专业领域。

• 问：混合动力汽车的排放测试结果是否包含纯电行驶阶段的排放？

  答：这是一个常见的误区。在混合动力模式下，当车辆处于纯电行驶阶段，内燃机不工作，此时尾气管排放为零。在计算测试结果时，这部分行驶里程会被计入分母（总里程），分子（污染物总质量）在该时段不增加，从而拉低了整体的平均排放水平。这也是混合动力汽车排放数据通常优于燃油车的原因之一。但对于插电式混合动力汽车，需按照加权公式计算，不能简单忽略电量消耗带来的间接排放。

• 问：为什么同一款混合动力车在不同实验室测出的数据会有细微差异？

  答：尽管测试标准和仪器原理相同，但实验结果受多种因素影响。首先，测试车辆的个体差异（如轮胎磨损、发动机积碳程度）会导致结果波动。其次，底盘中测功机的阻力设定存在允许的误差范围，不同的阻力设定会直接影响车辆的能量消耗。此外，实验室的环境温度控制精度、驾驶员对工况曲线的跟踪偏差（虽然现在多采用机器人驾驶，但仍存在微小偏差）以及CVS系统的流量稳定性，都会引入不确定度。因此，法规通常允许测试结果存在一定的偏差范围，并通过重复测试来确认结果的可靠性。

• 问：实际道路排放测试（RDE）与实验室测试相比，哪个更容易超标？

  答：一般而言，实际道路排放测试更具挑战性，更容易暴露车辆排放控制系统的弱点。在实验室中，测试工况是标准化的，温度、风速、路况都相对理想，且车辆控制策略可以针对特定工况进行优化。而在实际道路上，急加速、急减速、长时间爬坡、极端气温等不可控因素较多，发动机工作点变化剧烈。如果车辆的后处理系统响应速度慢或容量不足，很容易在这些极端工况下出现排放超标现象。

• 问：混合动力汽车的电池老化是否会影响排放测试结果？

  答：会有显著影响。随着电池容量的衰减，混合动力汽车的纯电行驶里程会缩短，电池充放电效率也会降低。这意味着为了维持相同的动力输出和电池电量，内燃机需要更频繁地启动或输出更大功率，从而导致燃油消耗增加和排放上升。这也是为什么在二手车评估和在用车检测中，关注电池健康状态对于评估排放水平至关重要。

• 问：排放测试中如何处理“电荷维持型”和“电荷消耗型”的区别？

  答：这主要是针对插电式混合动力汽车（PHEV）的测试要求。电荷维持型测试是指电池电量保持在较低水平，主要由发动机驱动或发电驱动车辆，模拟电池没电后的状态。电荷消耗型测试是指电池电量充足，车辆优先使用电能。测试标准规定了这两种状态的加权系数，计算出的综合排放结果必须达标。这种双重测试机制确保了PHEV车型在亏电状态下依然环保，防止出现“有电一条龙，没电一条虫”的排放隐患。