輕型商用車不同循環(huán)工況下排放性能與油耗分析

侯獻(xiàn)軍，蘇 達(dá)，劉志恩，管 煒，葉心雨，江 華

（1.武漢理工大學(xué) 現(xiàn)代汽車零部件技術(shù)湖北省重點實驗室，武漢430070；2.武漢理工大學(xué)汽車零部件技術(shù)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢430070；3.武漢理工大學(xué) 湖北省新能源與智能網(wǎng)聯(lián)車工程技術(shù)中心，武漢430070；4.武漢菱電汽車電控系統(tǒng)股份有限公司，武漢430070）

0 概述

近年來，隨著汽車日益普及，中國汽車保有量由2000年的1 680.9 萬輛迅速增長到2020年的2.81億輛，汽車保有量的不斷增加帶來了嚴(yán)重的尾氣污染，給人們生活及身體健康造成威脅，成為政府環(huán)境保護工作中重點關(guān)注問題［1］。與此同時，國內(nèi)外汽車排放法規(guī)也在不斷修訂加嚴(yán)，以更好地契合不同道路條件下的汽車排放性能測試，達(dá)到嚴(yán)格控制汽車污染物排放的目的［2］。汽車工況循環(huán)測試是涉及汽車研發(fā)、檢測和認(rèn)證的一項基礎(chǔ)技術(shù)，與汽車排放和油耗測試方法及限值標(biāo)準(zhǔn)直接相關(guān)，是評價汽車經(jīng)濟性、環(huán)保性能的基礎(chǔ)［3］。

在國五階段，國內(nèi)一直采用新歐洲駕駛循環(huán)（new European driving cycle，NEDC）工況來進(jìn)行輕型汽車排放測試，但由于中國地勢地形復(fù)雜，道路實際行駛情況多變，導(dǎo)致測試結(jié)果與實際值偏差較大，為此在國六階段引入世界輕型汽車測試循環(huán)（worldwide harmonized light vehicle test cycle，WLTC）工況來取代之前的NEDC 工況［4］。2019年10月發(fā)布了更加契合中國道路實際行駛情況的中國汽車行駛循環(huán)（China automotive test cycle，CATC），包括中國輕型汽車行駛循環(huán)（China light-duty vehicle test cycle，CLTC）和中國重型商用車行駛循環(huán)，其中CLTC 工況又包含乘用車行駛工況（China light-duty vehicle test cycle-passenger，CLTC-P）和輕型商用車行駛工況（China light-duty vehicle test cycle-commercial，CLTC-C），并且計劃2025年后對所有車型采用CATC 標(biāo)準(zhǔn)，即目前中國輕型車排放性能與油耗測試處在NEDC 和WLTC并行而CLTC 逐漸導(dǎo)入的階段［5］。

對于汽車在循環(huán)工況下的排放性能與油耗分析，國內(nèi)外相關(guān)的研究多集中于NEDC、美國整車測試工況（federal test procedure，F(xiàn)TP75）及WLTC 等循環(huán)工況，且多聚焦于乘用車方面。文獻(xiàn)［6］中采用排氣顆粒數(shù)量及粒徑分析儀對裝載進(jìn)氣道噴射（port fuel injection，PFI）發(fā)動機的乘用車在NEDC循環(huán)下的顆粒物排放特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)車輛加速時排放的核模態(tài)、聚集態(tài)顆粒數(shù)量濃度均明顯增加；文獻(xiàn)［7］研究了NEDC、FTP75 和WLTC 工況下汽車氣態(tài)和固態(tài)污染物排放情況，發(fā)現(xiàn)相比于NEDC，WLTC 工況下顆粒物和氮氧化物（NOx）排放較多而全碳?xì)浠衔铮╰otal hydrocarbon，THC）及一氧化碳（carbonic oxide，CO）排放量則明顯減少，F(xiàn)TP75 下所有氣態(tài)污染物排放量均相對較低，但顆粒物排放卻顯著增加；文獻(xiàn)［8］中對汽油直噴（gasoline direct injection，GDI）和PFI發(fā)動機在NEDC冷起動工況下的顆粒物排放進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)冷起動階段產(chǎn)生的顆粒物占據(jù)了整個NEDC 循環(huán)顆粒物排放總量的一半以上，且隨著發(fā)動機負(fù)荷、溫度升高，顆粒物排放由聚集態(tài)成主導(dǎo)向核模態(tài)成主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)有研究中，對WLTC、CLTC 這兩種循環(huán)測試工況下的汽車排放和油耗涉及較少，尤其在輕型商用車方面，因而本文選取了3 輛滿足國六b標(biāo)準(zhǔn)的商用車輕卡來進(jìn)行相應(yīng)的試驗，對WLTC和CLTC-C 工況下的汽車排放性能和油耗特性進(jìn)行對比分析，完善不同測試循環(huán)下的輕型商用車排放與油耗特征研究，為后續(xù)整車開發(fā)和標(biāo)定提供工程參考。

1 測試循環(huán)工況對比分析

本次試驗采用的循環(huán)工況為WLTC 和CLTC-C工況，下面從持續(xù)時長、最大速度、循環(huán)階段等方面對這兩種工況作簡要的介紹與對比。兩循環(huán)工況的速度曲線如圖1 和圖2 所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)和實際測試WLTC 工況速度曲線

圖2 CLTC-C 工況速度曲線

WLTC 工況包含低速、中速、高速及超高速四部分，每部分持續(xù)時長分別為589 s、433 s、455 s、323 s，共計1 800 s，分別對應(yīng)市區(qū)、市郊、高速及超高速行駛工況，工況速度曲線較復(fù)雜，怠速和勻速工況較少，低速工況占比較低，加速度波動變化大［9］。在實際測試過程中，由于3 款車型的最高車速均在100 km/h 附近，低于WLTC 超高速工況的最高車速，因而依據(jù)國六排放測試法規(guī)，對標(biāo)準(zhǔn)WLTC 超高速段中超過車輛實際最高車速的速度均用車輛最高實際速度代替，對超高速階段進(jìn)行相應(yīng)的修正，低于車輛實際最高車速的速度不變，遵循標(biāo)準(zhǔn)WLTC速度曲線，具體計算如下。

循環(huán)里程dexhighx按式（1）計算，其中x取1 和2分別表示基本循環(huán)超高速里程和臨時修正循環(huán)里程，用以確認(rèn)修正前后超高速階段里程差異。

式中，vi為第i秒的速度；ti表示第is，i取值范圍為1 479～1 800。

再通過公式（2）計算因測試?yán)锍滩町惗栊拚黾拥臏y試時間Δtexhigh。

式中，vcap為車輛實際最高車速。代入相應(yīng)數(shù)據(jù)，計算得Δtexhigh≈32.85 s，取整后為33 s，因而實際測試WLTC 時長為1 833 s，超高速階段為356 s，其余速度段時長保持不變。

CLTC-C 工況為輕型商用車行駛工況，包含低速、中速及高速三部分，分別對應(yīng)市區(qū)、市郊及高速行駛工況，由于其相比WLTC 工況少了超高速區(qū)間，因而其低速和中速時長相對延長，3 個速度區(qū)間時長分別為735 s、615 s 及450 s，共計1 800 s，駕駛工況曲線整體波動較大，運行工況較復(fù)雜［10］。

實際測試采用的WLTC 及CLTC-C 工況曲線統(tǒng)計特征參數(shù)見表1。由表1 可知，CLTC-C 總里程相比WLTC 縮短約30%，平均車速相較WLTC降低約29.4%，最高車速、最大加速度和最大減速度均比WLTC 低，但其怠速比例相比WLTC 提升近62%，因而也更加契合國內(nèi)復(fù)雜多變的道路行駛狀況。

表1 循環(huán)工況特征參數(shù)

2 試驗設(shè)備與方案

2.1 試驗車型與參數(shù)

為分析WLTC 和CLTC-C 兩循環(huán)工況下汽車的排放性能和油耗特性，測試選取3 輛輕型商用車輕卡作為測試車輛，分別標(biāo)記為A、B、C，其中車輛B 為壓縮天然氣（compressed natural gas，CNG）/汽油兩用燃料輕卡（為方便行文，稱為CNG 車），在試驗中以CNG 作為燃料。3 款車型具體參數(shù)見表2。

表2 3 款試驗車參數(shù)

2.2 試驗設(shè)備

試驗采用底盤測功機模擬道路實時運行工況，排氣管排出的尾氣一部分通過相應(yīng)管路直接與粒徑分析儀DMS500 連接，其余連接排氣稀釋系統(tǒng)，對尾氣進(jìn)行稀釋后進(jìn)入定容取樣器（constant volume sampler，CVS）。CVS 連有相應(yīng)的管路通向HORIBA 尾氣排放分析儀和顆粒物計數(shù)系統(tǒng)，進(jìn)而對尾氣中成分進(jìn)行分析，通過軟件實時顯示在電腦屏幕上，從而獲取循環(huán)工況下汽車尾氣污染物排放情況，整體測試簡圖如圖3 所示［11］。

圖3 循環(huán)工況測試簡圖

2.3 試驗方案

試驗具體測試方案如表3 所示。

表3 試驗測試方案

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 THC 排放結(jié)果與分析

3 款車在兩種循環(huán)工況下的THC 平均排放量如圖4 所示?？梢娖蛙嘇 和C 在WLTC 工況下的THC 排放略低于CLTC-C 工況，而燃用CNG的B 車無論在冷起動還是熱起動狀態(tài)，其WLTC工況下THC 平均排放量均高于CLTC-C 工況。

圖4 不同循環(huán)工況下THC 平均排放量

為進(jìn)一步分析上述現(xiàn)象，繪制不同循環(huán)下的THC 累積排放曲線，如圖5 所示。從累積曲線可以明顯看出汽油車A 和C 在兩種循環(huán)工況下的THC排放主要集中在冷起動階段初始5 min 內(nèi)，此階段發(fā)動機壁面溫度較低，汽油液滴蒸發(fā)不完全，易在進(jìn)氣道上形成油膜，該部分燃油不能快速進(jìn)入燃燒室而存在一定時間的推遲，同時燃燒室壁面溫度較低，火焰觸碰壁面容易出現(xiàn)猝熄現(xiàn)象，因而汽油不完全燃燒現(xiàn)象嚴(yán)重，造成THC 排放大量增加［12］。溫度上升后，汽油霧化良好使燃燒更充分；另外三效催化劑逐漸達(dá)到工作溫度，工作效率提升，凈化效果改善，因而后續(xù)測試中THC 排放很低，累積曲線幾乎保持水平。在整體排放累積量方面，車輛A 和C 在WLTC 循環(huán)工況下累積量大于CLTC-C 工況，但WLTC 循環(huán)行駛里程超過CLTC-C 循環(huán)工況約30%，因而WLTC 工況的平均THC 排放略小于CLTC-C 工況。

圖5 不同循環(huán)工況下的THC 累積排放曲線

此外，從圖5 可以看出以CNG 為燃料的車輛B的THC 累積排放曲線與汽油車A 和C 明顯不同，高速階段THC 排放量急劇增加，而低速階段THC排放量反而較低，占整體排放總量比例不足40%，這可能與CNG 燃料特性有關(guān)。CNG 燃料為氣態(tài)，沸點較低，與空氣霧化混合效果更好，受溫度影響相對較小，燃燒相對穩(wěn)定，因而冷起動前期THC 排放量相對較低。在循環(huán)工況中后期，一方面發(fā)動機負(fù)荷高，尤其在WLTC 工況下的超高速工況，發(fā)動機幾乎滿負(fù)荷工作，此時發(fā)動機轉(zhuǎn)速快，進(jìn)排氣頻率高，同時天然氣火焰?zhèn)鞑ニ俣容^汽油慢，使得燃燒過程滯后，混合氣燃燒不充分，另一方面由于CNG 燃料主要成分為甲烷，化學(xué)成分較為穩(wěn)定，不易被三效催化劑催化氧化，因而THC 排放量劇烈增加［13］。也正是由于WLTC 超高速階段排放的CH4氣體較多，使得THC 污染物累積量遠(yuǎn)高于CLTC-C 工況，因而車輛B 在WLTC 工況下平均THC 排放量大于CLTC-C 工況。

車輛B 在兩循環(huán)工況下冷熱起動時的THC 排放累積曲線整體走勢相同，但冷起動狀態(tài)下的曲線整體相對偏上，累積量偏高，兩者偏差主要體現(xiàn)在低速階段的THC 排放量上。為進(jìn)一步解釋該現(xiàn)象，繪制車輛B 在WLTC 工況時不同起動狀態(tài)下的進(jìn)氣溫度、冷卻液溫度變化曲線，如圖6 所示。可由圖6看出，熱機下初始階段進(jìn)氣溫度和冷卻液溫度高于冷機約30 ℃，混合氣燃燒速率較冷機快，整體燃燒質(zhì)量較冷機狀態(tài)高，因而THC 排放量相對較少［14］。

圖6 車輛B在WLTC 工況下冷熱起動進(jìn)氣和冷卻液溫度曲線

3.2 NOx 排放結(jié)果與分析

不同循環(huán)下的NOx平均排放量見圖7，可以看出汽油車A 和C 在WLTC 工況下的平均NOx排放遠(yuǎn)大于CLTC-C 工況，而車輛B 在兩種工況下的NOx排放結(jié)果恰恰相反，其WLTC 工況的平均NOx排放量明顯小于CLTC-C 工況。同時在同等工況循環(huán)下，車輛B 冷機的NOx平均排放量比熱機起動工況高20%～35%。為對上述現(xiàn)象進(jìn)行探討，繪制NOx累積排放曲線，如圖8 所示。

圖7 不同循環(huán)下的NOx平均排放量

由圖8 可見，汽油車A 和C 在兩工況下NOx累積曲線受速度波動影響較為明顯，在急加速和急減速下呈小幅度增加的趨勢，同時CLTC-C 工況下的NOx累積曲線較WLTC 工況更為平滑，整體累積量僅為后者工況的20%～50%。當(dāng)車輛急加速時，節(jié)氣門開度增大，循環(huán)供油量增加，混合氣過濃，缸內(nèi)燃燒溫度提升；當(dāng)車輛急減速時，發(fā)動機斷油，此時三效催化器內(nèi)氧氣增多，隨后恢復(fù)供油時催化器內(nèi)混合氣成分偏稀，催化效率降低，因而在急加速和急減速時NOx排放會出現(xiàn)遞增的現(xiàn)象［15］。

圖8 不同循環(huán)工況下的NOx 累積排放曲線

發(fā)動機NOx生成機理主要有澤爾多維奇機理和費尼莫爾機理，依據(jù)發(fā)動機溫度、氧氣濃度及燃料條件應(yīng)用不同的機理，前者主要發(fā)生在高溫、富氧及較長停留時間的條件下，后者主要發(fā)生在低溫、富燃料及較短停留時間的情況下［16］。由于WLTC 工況平均速度較高，怠速工況占比較少，同時高速階段時間持續(xù)較長，發(fā)動機負(fù)荷率偏大，缸內(nèi)溫度較高，滿足澤爾多維奇機理生成NOx的條件，產(chǎn)生大量NOx污染物，使得整體NOx排放累積量較大，因此車輛A和C 在WLTC 工況下NOx累積排放量顯著高于CLTC-C 工況。

圖9 為測試方案1 和方案2 的油門踏板開度曲線。由圖9 可見，WLTC 低速階段油門踏板開度很大，初始起動時能達(dá)到滿開的程度，以滿足瞬時加速度要求較高、變化速率快的需求，瞬時NO 和NO2生成較多，同時由于溫度較低，三效催化劑未起燃，因而低速階段初期NOx排放量高。

圖9 測試方案1 和方案2 的油門踏板開度

對比車輛B 在冷機和熱機不同起動狀態(tài)下的NOx累積曲線可以看出，兩曲線在整個測試循環(huán)內(nèi)走勢幾乎一致，區(qū)別主要在于低速階段的NOx排放量。結(jié)合圖6 分析，這可能是由于熱起動狀態(tài)下初期冷卻液溫度和機油溫度較高，發(fā)動機工作狀態(tài)好，混合氣燃燒速率相對較快，三效催化劑催化效率高，因而NOx排放量較冷機狀態(tài)低。

3.3 CO 排放結(jié)果與分析

不同循環(huán)工況下的CO 平均排放量如圖10 所示?？梢钥闯? 款車在WLTC 下的CO 平均排放量均略大于CLTC-C 循環(huán)工況，同時也可觀察到冷熱起動狀態(tài)對車輛B 在兩種循環(huán)工況下的CO 平均排放量影響很小。為進(jìn)一步探討CO 在循環(huán)工況測試中的排放情況，繪制CO 累積排放曲線圖，如圖11所示。

圖10 不同循環(huán)下的CO 平均排放量

圖11 不同循環(huán)下CO 累積排放曲線

由圖11 可以觀察到汽油車A 和C 的CO 累積排放曲線走勢基本一致，在整個工況測試中CO 排放均出現(xiàn)明顯的激增現(xiàn)象。不同的是相比于CLTC-C 工況，WLTC 工況下的CO 累積排放量曲線在冷起動及高速和超高速3 個階段出現(xiàn)階躍式的上升，而CLTC-C 工況下CO 排放絕大部分集中在冷起動階段，約占總排放量的80%～90%，循環(huán)后期排放量較少。這可能是由于兩循環(huán)工況的不同特征參數(shù)造成的。CO 是碳?xì)淙剂显谌紵^程中生成的重要中間產(chǎn)物，其生成速率取決于氧濃度、工質(zhì)溫度及化學(xué)反應(yīng)時間。在冷起動階段，由于缸內(nèi)溫度較低，燃料揮發(fā)不良，汽油燃燒不充分，再加上催化劑工作效率低，從而造成CO 排放量劇增；在急加速階段，發(fā)動機負(fù)荷上升，噴油量短時間大量增加，燃燒時間縮短，局部缺氧情況加劇，進(jìn)而產(chǎn)生大量CO，因此車輛A 和C 的CO 累積排放曲線在上述階段出現(xiàn)階躍式上升的現(xiàn)象［17］。

圖12 為C 車在兩循環(huán)工況下的空氣過量系數(shù)（λ）分布圖，可以看出CLTC-C 工況下的λ分布相比WLTC 工況更集中于λ=1 處，說明在整體循環(huán)測試過程中，前者空燃比更接近于理論空燃比，三效催化劑工作效率較高，對尾氣催化凈化能力效能好，再加上WLTC 工況速度和加速度波動起伏大，發(fā)動機負(fù)荷率偏高，混合氣局部缺氧情況嚴(yán)重，因而WLTC 工況下 CO 平均排放量高于 CLTC-C工況。

圖12 不同循環(huán)下車輛C 的λ

此外，根據(jù)圖11 還可以看出兩種循環(huán)工況下，車輛B 的CO 累積排放曲線整體趨勢與汽油車A和C 有著顯著區(qū)別，其在冷起動階段幾乎無CO 排放，從前中期開始CO 排放量呈波浪形緩慢上升，在加速度波動較大處出現(xiàn)小幅度增加的現(xiàn)象。這是因為在冷起動階段，由于CNG 燃料進(jìn)氣道噴射后能夠很快與空氣混合形成可燃混合氣，受溫度影響小，因而相比汽油燃料，燃燒更為充分，中間產(chǎn)物CO 生成量低；在加速階段，CNG 噴射量增加，混合氣偏濃，反應(yīng)時間較短，同時尾氣中大量低活性組份CH4對三效催化劑催化效率產(chǎn)生負(fù)面影響，使得中間產(chǎn)物CO 排放量小幅度增加；在高速階段，發(fā)動機轉(zhuǎn)速高，單位時間內(nèi)做功次數(shù)增加，每沖程時間短，燃燒時間縮短，再加上天然氣火焰?zhèn)鞑ニ俣容^慢，反應(yīng)滯后，因而CO 排放量大大增加［18］。

3.4 顆粒物排放結(jié)果分析

3.4.1 顆粒物數(shù)量排放結(jié)果分析

不同循環(huán)下的顆粒物數(shù)量（particle numbers，PN）平均排放結(jié)果見圖13。由圖13 可知，3 款車PN 平均排放量均遠(yuǎn)低于國六b 標(biāo)準(zhǔn)，同時WLTC循環(huán)工況下的PN 平均排放量遠(yuǎn)大于CLTC-C 循環(huán)工況，分析其原因可能是WLTC 工況速度波動大，平均速度較高，加速度變化劇烈，混合氣燃燒不充分。

圖13 不同循環(huán)下的PN 平均排放結(jié)果

圖14 為各循環(huán)內(nèi)不同速度區(qū)間下PN 排放曲線。由圖14 可見，汽油車A 和C 的PN 排放主要集中在低速冷起動階段，在其他速度區(qū)間PN 排放量較低，這與冷起動階段缸內(nèi)溫度較低，油氣混合不均，部分未蒸發(fā)的液滴發(fā)生擴散燃燒有關(guān)［19］。同時，由圖14 可知，以CNG 為燃料的車輛B 在不同速度區(qū)間上的PN 排放情況與A 和C 明顯不同，其在高速階段PN 平均排放量最高，在冷起動低速階段反而排放較低，這與前述的THC 和CO 排放現(xiàn)象具有一致性。此外，CNG 可燃混合氣熱值較汽油低且充量系數(shù)小，相比燃用汽油燃料，汽油—CNG 雙燃料發(fā)動機動力性下降12%～16%［20］。在高速工況下，發(fā)動機負(fù)荷高，為獲得足夠的動力需噴射更多的CNG，導(dǎo)致催化器處的排氣空速增加，催化效果減弱，再加上車輛B 未裝配汽油機顆粒捕集器（gasoline particle filter，GPF），因而顆粒物排放會劇烈增加［21］。

圖14 不同循環(huán)內(nèi)不同速度區(qū)間下PN 排放

3.4.2 顆粒物粒徑分布特性

顆粒物按照形態(tài)不同可分為核模態(tài)、聚集態(tài)和粗糙態(tài)3 類，從其分布特征上看主要呈現(xiàn)雙峰形態(tài)，其中顆粒的數(shù)量排放主要集中在核模態(tài)，質(zhì)量排放主要集中在聚集態(tài)，如圖15 所示［22］。粒徑在5 nm～50 nm 范圍內(nèi)的顆粒被稱為核模態(tài)顆粒，一般由缸內(nèi)燃燒不完全的碳?xì)浼昂蚧衔飿?gòu)成；粒徑在50 nm～1 000 nm 范圍內(nèi)的顆粒物被稱為聚集態(tài)顆粒，一般由核模態(tài)粒子聚集成團并吸附一些半揮發(fā)性物質(zhì)形成，質(zhì)量一般占總質(zhì)量的80% 以上；粒徑大于1 000 nm 的顆粒物被稱為粗糙態(tài)顆粒，主要來自于燃燒室內(nèi)的積炭掉落，占比不多，本研究中不予討論［23］。WLTC 循環(huán)工況下車輛A 和車輛B 的顆粒物粒徑分布見圖16。

圖15 顆粒物模態(tài)分布

圖16 車輛A 和車輛B在WLTC 冷起動工況下的粒徑分布圖

由圖16 可見，車輛A、B 排放的顆粒物數(shù)量濃度在粒徑為8 nm 和75 nm 左右都出現(xiàn)了峰值，且車輛A 粒徑分布曲線雙峰特征更為突出。其原因可能是在冷起動階段混合氣燃燒相對不充分，催化劑未達(dá)到起燃溫度，碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化效率低，使得核模態(tài)顆粒生成量高，另一方面在加速過程中燃料燃燒時間短，局部缺氧嚴(yán)重，增加了生成碳煙的趨勢，使得聚集態(tài)顆粒物增多［24］。同時還可看出，車輛A 聚集態(tài)顆粒物峰值濃度約為車輛B 的4 倍，這可能是由于相比CNG 燃料，汽油燃料元素成分更復(fù)雜，含金屬元素、硫、苯等物質(zhì)，燃燒過程受工況影響大，局部缺氧現(xiàn)象頻繁發(fā)生，增加顆粒聚集的趨勢，同時易吸附其他揮發(fā)性有機物，因而聚集態(tài)顆粒物濃度相對更高［25］。

為進(jìn)一步研究顆粒物排放情況，將圖16 曲線峰值處粒徑對應(yīng)的顆粒物排放數(shù)據(jù)單獨抽取出來，繪制8 nm 和75 nm 兩種粒徑處顆粒物數(shù)量濃度隨時間的瞬態(tài)排放曲線，見圖17。

圖17 車輛A、B 的8 nm 和75 nm 粒徑顆粒物瞬態(tài)排放及WLTC 速度曲線

由圖17 可見，對于車輛A，粒徑8 nm 的顆粒物排放幾乎集中在冷起動階段且集中度較高，粒徑75 nm的顆粒物排放除了在冷起動階段產(chǎn)生峰值外，在高速階段也出現(xiàn)了較為密集的低峰；對于車輛B，兩種粒徑下的顆粒物排放量在冷起動階段均無明顯的峰值，反而在中高速階段出現(xiàn)較高的峰值，這與圖14 描述的現(xiàn)象一致。

圖18 為車輛B 在不同循環(huán)工況下的粒徑分布圖。由圖18 可見，4 條曲線雙峰對應(yīng)的粒徑值與圖16 具有良好的一致性，且WLTC 工況下的聚集態(tài)顆粒物數(shù)量濃度遠(yuǎn)高于CLTC-C 工況。這可能是由于WLTC 工況相比于CLTC-C 工況包含了更多的加速工況，平均速度相對較高，混合氣燃燒局部缺氧頻繁，燃料氧化不完全，顆粒物易碰撞聚集，使得排放的顆粒物中聚集態(tài)顆粒物數(shù)量濃度更高。

圖18 車輛B 在不同循環(huán)工況下的粒徑分布圖

4 油耗結(jié)果分析

由于汽油—CNG 兩用燃料汽車B 在試驗測試中使用的燃料為CNG，燃料消耗量一般按m3/100 km計量，而汽油車A 和C 燃料消耗量一般采用L/100 km計量，為統(tǒng)一燃料消耗量單位，利用標(biāo)準(zhǔn)參比條件下天然氣與汽油低位發(fā)熱量的等價關(guān)系進(jìn)行換算，從而將CNG 消耗量換算為汽油消耗量［26］。換算后的3 款車不同工況循環(huán)下的平均燃油消耗量（L/100 km，即10-2·L/km）如圖19 所示。

圖19 不同循環(huán)工況下的平均油耗量

由圖19 可見，WLTC 工況下的油耗均略高于CLTC-C 工況，且熱機起動狀態(tài)下的平均油耗略低于冷機起動。

圖20 示出循環(huán)工況下各速度區(qū)間平均油耗量。由圖20 可見，3 款車在兩種循環(huán)工況下均為低速階段平均油耗最高，而且CLTC-C 工況在該階段下的平均油耗約為WLTC 工況下的1.2 倍。這是因為冷起動階段可燃混合氣過濃，汽車頻繁起停，燃料燃燒不充分，而且CLTC-C 工況相比WLTC 而言低速階段時長更長，速度偏低，怠速占比更高，因而該階段的油耗量明顯更高。WLTC 中高速階段及CLTC-C 中速階段模擬的是市郊工況，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和功率提升，工作在高效區(qū)，因而該部分油耗相比低速段低。

圖20 不同循環(huán)工況下各速度段平均油耗

同時，可以觀察到WLTC 工況下超高速階段平均油耗比CLTC-C 工況下高速階段平均油耗高約15%。這是由于WLTC 下該階段平均速度及最高速度相對較高，持續(xù)時間較長，根據(jù)空氣阻力與速度平方成正比的關(guān)系，此時空氣阻力明顯增加，占行駛阻力的主導(dǎo)地位，因而燃油消耗量會顯著增加［27］。

此外，由圖20 可知，車輛B 在冷熱起動狀態(tài)下的油耗量差別主要在于低速階段。結(jié)合圖6 分析，這是因為熱機起動狀態(tài)下前期冷卻液溫度較高，潤滑油流動潤滑效果優(yōu)，零件間摩擦損失小，混合氣燃燒相比冷機更為充分，使得低速階段平均油耗量相對降低。

5 結(jié)論

（1）針對同一試驗車輛，WLTC 和CLTC-C 兩種工況下污染物排放測試結(jié)果顯著不同。汽油車在CLTC-C 工況下的NOx、CO 和顆粒物排放低于WLTC 工況，THC 排放略高于WLTC 工況；CNG車在CLTC-C 工況下的THC 和顆粒物排放低于WLTC 工況，NOx和CO 排放略高于WLTC 工況。

（2）汽油車和CNG 車氣態(tài)排放污染物主要生成階段有明顯差異。前者THC、NOx和CO 氣態(tài)污染物在WLTC 工況中主要產(chǎn)生于低速和高速階段，在CLTC-C 中主要產(chǎn)生于低速階段；而CNG 車氣態(tài)污染物（THC、NOx和CO）在兩種循環(huán)工況下低速階段生成量較低，主要產(chǎn)生于中高速階段。

（3）兩種類型車輛的顆粒物粒徑分布均呈現(xiàn)雙峰特征，峰值粒徑在8 nm 和75 nm 左右。同時，受燃料特性及后處理裝置影響，汽油車聚集態(tài)顆粒物濃度顯著高于CNG 車。

（4）CNG 車在冷熱起動狀態(tài)下的氣態(tài)污染物、顆粒物排放量及油耗量差距較小，區(qū)別主要集中于低速階段。

（5）針對同一試驗車輛，WLTC 工況下的平均油耗均高于CLTC-C 工況，且在各循環(huán)工況的不同速度段中，低速階段的平均油耗量最高。