不同环境温度下欧7标准混合动力电动汽车实际行驶排放特性的对比分析

《ACS Omega》：Comparative Analysis of Real-Driving Emission Characteristics of Euro 7 Hybrid Electric Vehicles at Varied Ambient Temperatures

本研究通过气候控制底盘测功机，在-7°C和23°C下测试Euro 7混合动力汽车的实际驾驶排放，发现低温显著增加CO、HC和PN的瞬时排放，但总量仍达标；NH3排放超标，需优化后处理技术和控制策略。

　　
该研究针对Euro 7标准下混合动力汽车（HEV）在极端低温环境中的排放特性展开系统性分析，揭示了温度对关键污染物生成与控制机制的复杂影响。研究团队通过气候控制底盘测功机平台，在-7℃与23℃双温度条件下对某Euro 7 HEV进行RDE测试，结合组分排放连续监测系统（PEMS）与颗粒物捕集装置，对CO、HC、NOx、NH3及PN等五类污染物进行深度解析。

在基础排放数据层面，研究发现：CO排放量在低温下激增72.9%，HC排放量达到89.4%增幅，但两者均未突破Euro 7 500 mg/km的限值；NOx排放量因低温燃烧抑制效应下降58.8%，NH3排放量虽下降18.8%仍超标；颗粒物排放呈现双峰特征，PN10在冷启动阶段峰值达到1×1011颗粒/公里，较常温工况激增3-5倍，但整体PN排放仍维持 Euro 7要求的10万颗粒/公里以下。

核心发现体现在三个维度：其一，冷启动阶段（前300秒）的排放失控问题尤为突出。低温环境下发动机需维持2000-3000 rpm高转速以补偿热效率损失，导致混合气过浓操作持续达5分钟以上。这种工况使CO生成量在初始阶段达到常温下的2.5-3倍，HC排放峰值甚至超过常温值的8倍。研究指出，催化剂在-7℃环境下的起燃温度延迟达90秒，其铂钯铑活性组分表面酸碱平衡被打破，致使氨选择性催化还原（SCR）效率下降40%以上。

其二，温度对颗粒物形成机制产生本质性改变。在-7℃条件下，颗粒物尺寸分布呈现显著偏态：超细颗粒（<23nm）占比提升至65%，而中效颗粒（23-60nm）比例下降至25%。这种转变源于低温下燃料蒸发梯度增大，导致气态前驱体在低温催化剂表面优先吸附形成基底颗粒。研究特别发现，PN10排放峰值与发动机排气温度梯度存在强相关性，当催化剂入口温度低于250℃时，其捕集效率下降达70%。

其三，氨排放控制存在技术瓶颈。虽然低温环境通过抑制NH3氧化路径使瞬时排放量降低，但总排放量仍超标26%。分析表明，低温下TWC（三元催化器）的氧空位浓度增加导致氨选择性储存量提升，形成延迟排放现象。当催化剂温度回升至300℃以上时，NH3氧化速率反而下降15%-20%，形成排放波峰。

研究创新性地构建了"温度-工况-排放"三元关联模型。通过对比分析发现，在低温冷启动阶段，发动机需额外消耗8-12%的燃油用于加热催化剂，这直接导致HC前体物浓度升高。同时，低温下进气密度增加使燃烧室氧浓度降低至14.5%（常温为19.5%），这是CO排放量倍增的关键诱因。

在技术验证方面，研究团队采用 AVL AMA i60排放分析仪与Tischler颗粒物粒径分布仪构建联合监测系统，其采样频率达到1Hz级别。通过双盲重复测试（每组2次循环，总样本量达30组）确保数据可靠性，特别引入道路坡度-速度耦合分析模型，揭示出在海拔200米以下地区，低温导致的燃烧稳定性下降可使PN排放量增加1.8倍。

研究提出的解决方案具有行业指导价值：首先，建议开发多相态催化剂（如SiO2-Al2O3载体负载的纳米级铈基助燃剂），可在150-400℃宽温域内维持90%以上的氨氧化效率。其次，需重构能量管理系统，在冷启动阶段采用"预喷射加热+智能空燃比控制"组合策略，使催化剂起燃时间缩短至30秒以内。此外，建议在Euro 7认证体系中引入动态温度补偿因子，对-15℃至35℃区间设置差异化的RDE测试阈值。

该研究为新能源汽车的排放控制提供了重要理论支撑。实验数据表明，当环境温度低于0℃时，现有Euro 6 HEV的排放控制水平将下降40%-60%，这对即将实施的Euro 7标准形成严峻挑战。研究团队特别指出，氨排放问题可能成为未来排放法规的新焦点，建议建立"氨-颗粒物-NOx"协同控制模型，在满足PN限值的前提下，将NH3排放强度控制在0.5 mg/km以内。

后续研究计划包括：①扩展温度测试范围至-20℃至35℃；②建立涵盖5种典型HEV构型的数据库；③开发基于数字孪生的实时排放预测系统。这些研究方向的推进，将有效解决当前排放控制技术在低温环境下面临的适应性难题，为实现碳中和目标提供关键技术路径。