WLTC和CLTC-P循環(huán)工況及其排放污染物和油耗分析

劉慎微，黃成林，劉文亮，張浩然，藥君威，來振華Liu Shenwei，Huang Chenglin，Liu Wenliang，Zhang Haoran，Yao Junwei，Lai Zhenhua

WLTC和CLTC-P循環(huán)工況及其排放污染物和油耗分析

劉慎微，黃成林，劉文亮，張浩然，藥君威，來振華
Liu Shenwei，Huang Chenglin，Liu Wenliang，Zhang Haoran，Yao Junwei，Lai Zhenhua

（北京奔馳汽車有限公司 研發(fā)中心研發(fā)三部，北京 100176）

當(dāng)前中國輕型車排放和油耗認(rèn)證循環(huán)工況正處于NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛循環(huán)）和WLTC（Worldwide Light-duty Test Cycle，全球統(tǒng)一輕型車輛測試循環(huán)）并行、CLTC(China Light-duty Vehicle Test Cycle，中國輕型汽車行駛工況）逐步導(dǎo)入的特殊時(shí)期。對WLTC和CLTC-P（China Light-duty Vehicle Test Cycle-Passenger，中國乘用車行駛工況）進(jìn)行分析，對比兩種不同駕駛工況的特點(diǎn)，并選取同一輛車進(jìn)行WLTC和CLTC-P排放污染物和油耗測試，對兩種循環(huán)下排放和油耗測試結(jié)果進(jìn)行比較，分析不同工況下整車排放和油耗特性，為后續(xù)整車開發(fā)和標(biāo)定提供工程參考。

排放法規(guī)；輕型乘用車；WLTC；CLTC-P

0 引 言

測試循環(huán)工況是汽車經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性能評價(jià)的基礎(chǔ)，中國汽車市場在國5階段油耗和排放測試循環(huán)中采用NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛循環(huán)）工況，其屬于穩(wěn)態(tài)工況，無法較好地反映用戶實(shí)際油耗和排放情況；從2009年起世界車輛協(xié)調(diào)法規(guī)論壇開發(fā)了WLTC（Worldwide Light-duty Test Cycle，全球輕型汽車測試循環(huán)）工況，歐盟于2017年9月開始油耗與排放測試工況由NEDC切換為WLTC，相應(yīng)地國6階段排放法規(guī)工況已明確由NDEC切換為WLTC，但是油耗法規(guī)工況目前仍然使用NEDC，已經(jīng)不適用于我國復(fù)雜的道路環(huán)境和多怠速啟停的工況。

中國工況項(xiàng)目組于2019年10月發(fā)布了契合中國交通實(shí)際運(yùn)行情況的中國汽車行駛工況，其包含輕型汽車行駛工況和重型商用車輛行駛工況2部分，其中輕型汽車行駛工況又包括CLTC-P（China Light-duty Vehicle Test Cycle-Passenger，中國乘用車行駛工況）和CLTC-C（China Light-duty Vehicle Test Cycle for Commercial Vehicle，中國輕型商用車行駛工況）。2020年6月發(fā)布了GB/T 19233—2020《輕型汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法》，其中明確將油耗試驗(yàn)工況從NEDC變更為WLTC及CLTC（China Light-duty Vehicle Test Cycle，中國輕型汽車行駛工況），并于2021年1月實(shí)施。當(dāng)前我國輕型車排放和油耗認(rèn)證處于NEDC和WLTC并行，CLTC逐步導(dǎo)入的特殊時(shí)期[1]，后續(xù)將出現(xiàn)CLTC和WLTC 并行的情況，因此有必要對比研究WLTC 和CLTC-P工況下汽車排放和油耗特性。

首先介紹并對比WLTC和CLTC-P之間的差異。結(jié)合某款車型，進(jìn)行基于WLTC 和CLTC-P循環(huán)的常溫冷啟動排氣污染物和油耗試驗(yàn)，結(jié)合整車排放和油耗數(shù)據(jù)，分析和對比WLTC和CLTC-P工況下整車排放和油耗特性，為后續(xù)整車開發(fā)和標(biāo)定提供工程參考。

1 循環(huán)工況對比分析

當(dāng)前我國輕型乘用車排放和油耗認(rèn)證主要采用NEDC和WLTC工況，后續(xù)會增加CLTC-P 工況。下面對WLTC和CLTC-P工況從持續(xù)距離、持續(xù)時(shí)長、最大速度、平均速度、最大加速度、工況特點(diǎn)等幾個(gè)方面進(jìn)行分析和比較。

1.1 WLTC工況

WLTC 是WLTP（World Light Vehicle Test Procedure，全球統(tǒng)一輕型汽車測試規(guī)程）所采用的測試循環(huán)工況，駕駛加速度曲線波動變化較大，工況曲線較復(fù)雜，怠速和勻速工況較少。WLTC工況的速度和加速度曲線如圖1所示。

圖1 WLTC工況速度和加速度曲線

1.2 CLTC-P工況

CLTC-P 由中國工況項(xiàng)目組在2019年10月發(fā)布，是GB/T 38146.1—2019《中國汽車行駛工況第1部分：輕型汽車》中適用于中國道路的乘用車測試工況。駕駛工況曲線波動較大，運(yùn)行工況較復(fù)雜，怠速工況占比多，符合國內(nèi)汽車的實(shí)際使用情況。CLTC-P工況的速度和加速度曲線如圖2所示。WLTC和CLTC-P工況的特征參數(shù)對比見表1。

圖2 CLTC-P工況速度和加速度曲線

表1 WLTC和CLTC-P工況特征參數(shù)對比

續(xù)表1

從表1中可以看出，CLTC-P工況的總時(shí)間與WLTC工況相等，但是CLTC-P試驗(yàn)總里程比WLTC縮短約38%，相應(yīng)地CLTC-P最高車速、平均車速和最大加速度均比WLTC 低。CLTC-P中加、減速和勻速工況所占比例略低于WLTC，但是其怠速工況時(shí)長比WLTC增加約80%。綜上對比，CLTC-P工況綜合考慮了WLTC中復(fù)雜工況下車速頻繁波動情況和中國城市道路中車輛怠速比例較高的特點(diǎn)，更加契合中國交通實(shí)際運(yùn)行情況，如果排放污染物和油耗的試驗(yàn)測試從WLTC切換至CLTC-P，則對使用了啟停功能的節(jié)油車輛是一個(gè)有利政策。

2 試驗(yàn)測試結(jié)果分析

為了分析WLTC和CLTC-P兩種試驗(yàn)工況下的排放和油耗情況，選用滿足國6b排放法規(guī)的某款車型作為試驗(yàn)車輛，具體參數(shù)見表2。

表2 試驗(yàn)車輛參數(shù)

在同一試驗(yàn)車輛上使用同一排放測試設(shè)備，分別采用WLTC和CLTC-P工況進(jìn)行常溫冷啟動后污染物排放測試，試驗(yàn)環(huán)境條件、試驗(yàn)車輛狀態(tài)、轉(zhuǎn)鼓阻力加載、試驗(yàn)測試設(shè)備的標(biāo)定和參數(shù)設(shè)置統(tǒng)一按照GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第6階段）》[2]標(biāo)準(zhǔn)中I 型試驗(yàn)要求進(jìn)行。

2.1 排放結(jié)果對比分析

WLTC和CLTC-P工況下試驗(yàn)車輛排放測試結(jié)果見表3?？梢钥闯觯瑑煞N工況下排放結(jié)果雖都滿足國6 b限值要求，但CLTC-P工況下氣態(tài)污染排放物（CO、THC和NO）測試結(jié)果比WLTC工況下差，顆粒物排放PM（Particulate Matter，顆粒物）和PN（Particle Number，粒子數(shù)量）測試結(jié)果略好于WLTC工況。

表3 兩種工況下常溫冷啟動排放結(jié)果及國6b限值

圖3和圖4分別為測試車輛在WLTC工況和CLTC-P工況中開啟怠速啟停功能時(shí)THC、NO、CO及PN排放累計(jì)曲線。

從圖3和圖4來看，WLTC 和CLTC-P中THC與NO污染物主要集中在冷啟動階段，車輛剛啟動時(shí)，缸內(nèi)溫度比較低，燃油霧化和燃燒火焰?zhèn)鞑ゲ睿加筒荒艹浞秩紵?，從而產(chǎn)生大量HC，同時(shí)催化器處于升溫階段，沒有達(dá)到正常工作溫度，因此造成HC和NO在啟動時(shí)排放量增大。對WLTC和CLTC-P模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在WLTC工況下，車輛啟動40 s后，NO和THC 累積增長量明顯下降；在CLTC-P工況下，車輛啟動50 s后，NO和THC累積增長量明顯下降。主要原因?yàn)镃LTC-P工況相對于WLTC工況的冷啟動時(shí)間長，并且低速階段車速較低，導(dǎo)致缸內(nèi)和催化劑升溫較慢，由此造成CLTC-P工況下冷啟動階段THC與NO排放值更高。

冷啟動時(shí)缸內(nèi)和催化器溫度低，WLTC工況和CLTC-P工況均會產(chǎn)生大量CO；在中高速急加速階段，兩工況下CO排放明顯增加，主要是由于噴油量大，燃燒不充分導(dǎo)致。

PN排放在WLTC工況下主要產(chǎn)生于冷啟動階段，在CLTC-P工況下主要產(chǎn)生于冷啟動階段和低速階段第5個(gè)啟停后位置。由于CLTC-P工況低速階段車速較低，且車輛試驗(yàn)過程中啟停功能正常運(yùn)行，車輛在第5個(gè)啟停完成后，車速突然升高，燃油液滴噴入氣缸后不能快速蒸發(fā)，殘留的液態(tài)燃油顆粒較多，燃燒不充分，從而產(chǎn)生大量顆粒物[3-5]。

通過對比分析圖3、圖4可知，THC、NOx及PN排放污染物在WLTC工況中主要產(chǎn)生于低速和超高速階段，在CLTC-P工況中主要產(chǎn)生于低速階段；對于CO排放污染物，WLTC工況和CLTC-P工況中均需要關(guān)注低速和高速階段。

2.2 油耗對比結(jié)果分析

圖5為WLTC和CLTC-P整個(gè)循環(huán)和各個(gè)階段的油耗結(jié)果對比，從整個(gè)循環(huán)階段來看，CLTC-P工況油耗略低于WLTC工況。在中低速段（WLTC 中速度階段1和速度階段2，CLTC-P速度階段1），車輛模擬城市路況，會頻繁啟停和制動，車輛油耗在整個(gè)循環(huán)中最高。在中高速段（WLTC中速度階段2和速度階段3，CLTC 中速度階段2）模擬市郊路況，發(fā)動機(jī)工作在高效區(qū)，油耗相比中低速段較小。WLTC工況超高速段（速度階段4）比CLTC工況高速段（速度階段3）的百公里油耗高，因?yàn)閮烧吣M雖然同為高速路行駛，但各循環(huán)速度分配比例和各循環(huán)速度及加速度占比不同，WLTC 中速度超過100 km/h的工況所占時(shí)間比例明顯高于CLTC，因?yàn)榭諝庾枇εc速度的平方成正比，則車輛的行駛阻力由滾動阻力變?yōu)榭諝庾枇φ贾鲗?dǎo)，所以油耗顯著增加。

圖5 WLTC和CLTC-P工況下總循環(huán)和各個(gè)速度階段的油耗對比

3 結(jié) 論

通過對WLTC和CLTC-P工況的對比分析和選取樣車進(jìn)行油耗與排放試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：

（1）CLTC-P工況綜合考慮了WLTC工況中車速頻繁波動的情況和中國城市道路車輛怠速比例較多的特點(diǎn)，更加契合國內(nèi)交通實(shí)際情況，如果從WLTC工況切換至CLTC-P工況，則對使用了啟停功能的節(jié)油車輛是一個(gè)有利政策。

（2）針對同一臺試驗(yàn)車輛，兩種工況下的整體排放結(jié)果均滿足國6 b限值要求，CLTC-P工況下氣態(tài)污染排放物（CO、THC和NO）排放結(jié)果比WLTC工況差，顆粒物（PM和 PN）排放結(jié)果略好于WLTC工況。

（3）通過對比分析WLTC和CLTC-P工況排放累計(jì)曲線，可知THC、NO及PN排放污染物在WLTC中主要產(chǎn)生于低速和超高速階段，在CLTC-P中主要產(chǎn)生于低速階段；對于CO排放污染物，WLTC和CLTC-P工況均需要關(guān)注低速和高速階段。

（4）對比同一輛試驗(yàn)車油耗結(jié)果，整個(gè)循環(huán)中CLTC-P油耗略低于WLTC，但相差不顯著。

[1]羅長亮，郭曉鑫，馬毅，等. 不同工況循環(huán)下的輕型汽車排放和油耗特性研究[J].小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù)，2019，48（6）：1-5.

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U467.4+99

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.01.003

1002-4581（2021）01-0011-05

2020-10-23