重型商用車用發(fā)動(dòng)機(jī)中國工況研究分析

高翠 GAO Cui；徐龍 XU Long；董秀云 DONG Xiu-yun；馬濤 MA Tao

（①內(nèi)燃機(jī)可靠性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濰坊 261061；②濰柴動(dòng)力股份有限公司，濰坊 261061）

0 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)型式檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試循環(huán)是判定發(fā)動(dòng)機(jī)型式檢驗(yàn)合格與否的重要基準(zhǔn)，并且測(cè)試循環(huán)對(duì)于產(chǎn)品技術(shù)路線選擇、產(chǎn)品研發(fā)、車輛實(shí)際運(yùn)行排放水平能力有著直接影響?，F(xiàn)階段重型商用車用發(fā)動(dòng)機(jī)國六階段產(chǎn)品型式檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)循環(huán)采用的是歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系定義的穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)循環(huán)（WHSC：world harmonised steady state cycle）和瞬態(tài)試驗(yàn)循環(huán)（WHTC：world harmonised transient cycle）。但是中國地域廣闊，車輛道路運(yùn)行應(yīng)用場(chǎng)景與歐美差異較大，為使得測(cè)試循環(huán)能夠更加真實(shí)的反映車輛實(shí)際道路行駛特征，建立起中國汽車行駛工況的試驗(yàn)循環(huán)是十分必要的。

1 術(shù)語

1.1 歸一化轉(zhuǎn)速系數(shù)

歸一化轉(zhuǎn)速系數(shù)指對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行規(guī)范化處理形成的百分?jǐn)?shù)[1]。

式中：

N為發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，單位r/min；

Nidle為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速，單位r/min；

Nrate為發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，單位r/min。

1.2 負(fù)荷百分?jǐn)?shù)

負(fù)荷百分?jǐn)?shù)指發(fā)動(dòng)機(jī)某一轉(zhuǎn)速下能夠達(dá)到的最大扭矩百分?jǐn)?shù)[1]。

2 中國汽車行駛工況

2019年發(fā)布的GB/T 38146[1-3]中國汽車行駛工況是汽車標(biāo)準(zhǔn)體系中反應(yīng)中國車輛實(shí)際道路運(yùn)行特征的系列標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)由三部分構(gòu)成，各部分發(fā)布及實(shí)施時(shí)間見表1。后續(xù)將為我國車輛及發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品研發(fā)、排放及油耗達(dá)標(biāo)檢驗(yàn)提供選擇及依據(jù)。

表1 中國汽車行駛工況標(biāo)準(zhǔn)

3 發(fā)動(dòng)機(jī)中國工況

GBT 38146.3-2021中國汽車行駛工況標(biāo)準(zhǔn)第3部分明確規(guī)定了發(fā)動(dòng)機(jī)中國試驗(yàn)工況的構(gòu)成，包括中國發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)工況和中國發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)試驗(yàn)工況。該標(biāo)準(zhǔn)定義工況適用于最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量大于3500kg的商用車用發(fā)動(dòng)機(jī)。

3.1 中國發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)工況

中國發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)工況（China Heavy-duty Commercial Vehicle Test Cycle-Steady state Cycle，以下簡(jiǎn)稱為CHTC-SC）是由歸一化轉(zhuǎn)速系數(shù)和負(fù)荷百分比組合定義出的13個(gè)穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)，CHTC-SC穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)循環(huán)總時(shí)長1800秒，WHSC[4]相比縮短了94秒，CHTC-SC工況分布與WHSC相比，部分工況點(diǎn)分布有著明顯差異，具體工況定義見表2。

表2 中國發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)工況

3.2 中國發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)試驗(yàn)工況

中國發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)試驗(yàn)工況（China Heavy-duty Commercial Vehicle Test Cycle-Transient Cycle，以下簡(jiǎn)稱為CHTC-TC）是由歸一化轉(zhuǎn)速系數(shù)和負(fù)荷百分比構(gòu)成的1800個(gè)逐秒變換工況的發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)試驗(yàn)工況，工況時(shí)長共計(jì)1800秒，整體循環(huán)組成見圖1，圖2試驗(yàn)工況落點(diǎn)分布主要分布在發(fā)動(dòng)機(jī)萬有的中低轉(zhuǎn)速區(qū)域且負(fù)荷分布較為寬泛。

圖1 中國發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)試驗(yàn)工況定義

圖2 中國發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)試驗(yàn)工況落點(diǎn)

3.3 工況對(duì)比分析

3.3.1 穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)工況對(duì)比分析

以一款重型發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型為例，對(duì)比分析CHTC-SC與WHSC兩個(gè)穩(wěn)態(tài)循環(huán)。13個(gè)穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)中，怠速之外的11個(gè)工況點(diǎn)，轉(zhuǎn)速分布變化不大，負(fù)荷分布存在明顯差異。其中，低負(fù)荷工況點(diǎn)增加，負(fù)荷百分比低于35%的工況點(diǎn)多達(dá)6個(gè)工況點(diǎn)，在整個(gè)循環(huán)工況點(diǎn)中占比達(dá)46%，與WHSC相比，負(fù)荷低于35%的工況點(diǎn)占比增加23%；負(fù)荷百分比100%的工況點(diǎn)減少2個(gè)，在整個(gè)循環(huán)工況點(diǎn)中總占比僅為8%，與WHSC相比，負(fù)荷100%工況點(diǎn)占比減少15%；沒有負(fù)荷50%的工況點(diǎn)，與WHSC相比，占比減少了15%，詳細(xì)落點(diǎn)分布見圖3。

圖3 穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)工況落點(diǎn)對(duì)比分析

3.3.2 瞬態(tài)試驗(yàn)工況對(duì)比分析

將CHTC-TC試驗(yàn)循環(huán)與WHTC[4]進(jìn)行對(duì)比分析，瞬態(tài)工況落點(diǎn)分布見圖4，整體萬有上的落點(diǎn)分布區(qū)域差異不大。但從圖5所示的瞬態(tài)循環(huán)對(duì)比可以看出，前后兩端的差異還是比較大的。CHTC-TC與WHTC相比，怠速工況總占比增加4%，其中循環(huán)前600秒負(fù)荷明顯偏低負(fù)荷，且怠速工況CHTC-TC占比達(dá)43%，比WHTC循環(huán)的怠速占比增加18%，從排放控制開發(fā)角度考慮，進(jìn)一步增大了冷態(tài)循環(huán)的排放控制難度。循環(huán)后400秒的瞬態(tài)性顯明加劇，從OBD開發(fā)角度考慮，需要基于循環(huán)差異性，驗(yàn)證各診斷項(xiàng)標(biāo)定適應(yīng)性。

圖4 瞬態(tài)試驗(yàn)工況落點(diǎn)對(duì)比分析

圖5 瞬態(tài)試驗(yàn)循環(huán)對(duì)比分析

4 結(jié)論

①重型商用車用發(fā)動(dòng)機(jī)中國工況的發(fā)布實(shí)施給未來發(fā)動(dòng)機(jī)排放與油耗的檢驗(yàn)放行測(cè)試循環(huán)提供了選擇，測(cè)試循環(huán)的應(yīng)用可行性還需要從應(yīng)用效果、場(chǎng)景適應(yīng)性及成本等角度綜合考量。②CHTC-SC穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)循環(huán)與WHSC相比，轉(zhuǎn)速落點(diǎn)分布差異不大，負(fù)荷落點(diǎn)分布差異明顯，低負(fù)荷工況占比增加，其中負(fù)荷低于35%的工況點(diǎn)在整個(gè)循環(huán)中占比達(dá)46%，比WHSC占比增加23%。③CHTC-TC瞬態(tài)試驗(yàn)循環(huán)與WHTC工況相比，怠速工況總占比加大，其中循環(huán)前600秒轉(zhuǎn)速/負(fù)荷明顯偏低速低負(fù)荷，且怠速占比增加18%，進(jìn)一步增大了產(chǎn)品研發(fā)的冷態(tài)循環(huán)排放控制難度，循環(huán)后400秒的瞬態(tài)性顯明加劇，增加了OBD診斷標(biāo)定適應(yīng)性驗(yàn)證工作量。