浸車溫度對WLTC中輕型車油耗的影響

王光耀，孟德宇，秦宏宇，戴春蓓

（中國汽車技術研究中心，天津 300300）

0 引 言

近年來，我國汽車增長趨勢明顯，為了保證整個社會經濟可持續發展，降低汽車油耗勢在必行。

20世紀80年代初我國開始制定汽車油耗標準，并于2003年7月制定出GB 19233—2003《輕型汽車燃油消耗量試驗方法》[1]，2004年9月制定出GB 19578—2004《乘用車燃料消耗量限值》[2]，這是我國第一個控制汽車燃油消耗量的強制性標準。目前仍依據以上兩個標準，以NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛測試循環）工況進行輕型車油耗測試，但是汽車行業已著手制定第3階段油耗限值標準，將以WLTC（World-wide Harmonized Light-duty Test Cycle，全球統一輕型車測試循環）工況作為測試工況[3-4]。

目前針對認證過程中輕型車在WLTC工況下油耗的影響因素研究較少，在GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》要求的范圍之內，針對不同的浸車溫度對輕型車燃油消耗量的影響進行研究，浸車區域溫度控制目標為23℃，允許的實際偏差為±3℃[5]49。

1 試驗設備及參數

1.1 試驗車輛及燃料參數

待測試車輛選用市場中在售的某款輕型車，其排放能力達到國六排放水平，除駕駛員外沒有其他載荷，車輛燃油加注量為50%，車輛和燃料相關參數見表1。

表1 待測車輛及試驗燃料參數

1.2 試驗設備

試驗系統組成如圖1所示，設備型號見表2，整個試驗系統分為待測試車輛、底盤測功機、定容取樣系統（Constant Volume Sa mpler，CVS）、排氣分析儀、控制臺5個部分。在試驗過程中按照滑行法在轉鼓上加載阻力，然后按照WLTC工況進行測試，在整個測試循環結束后，排氣分析系統對采樣袋中經過稀釋的樣氣進行分析，得到車輛排出的二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）和總未燃碳氫（THC）的量，計算后得到WLTC工況下輕型車油耗的測量值。

圖1 試驗系統結構圖

表2 試驗設備型號

1.3 油耗計算

油耗計算依據GB 19233—2003《輕型汽車燃油消耗量試驗方法》進行，利用測得WLTC工況下車輛的CO2、CO和THC的排放量，以碳平衡法計算燃料消耗量，對于裝備汽油機的車輛其公式為[1]5

式中：FC（Fuel Consumption）為燃料消耗量，L/100 km；HC為測得的總碳氫排放量，g/km；CO為測得的CO排放量，g/km；CO2為測得的CO2排放量，g/km；D為288K（15℃）下試驗燃料的密度，kg/L。

2 試驗方法與結果分析

試驗使用相同預處理方式，將預處理后的試驗樣車分別置于23℃和26℃ 2種不同溫度的浸車環境中浸車24 h，待浸車結束后使用WLTC工況對其進行油耗測試，為了減小誤差，每次預處理和試驗均采用相同的駕駛員，并且在每個浸車溫度條件下進行3次試驗。油耗的測量結果主要由CO2、CO和THC共同決定（式1），表3為采用不同浸車溫度（23℃和26℃）浸車測得的WLTC工況條件下輕型車部分排放污染物和油耗數值。

表3 WLTC下采用不同浸車溫度浸車時車輛排氣污染物和油耗值

從表3中可以看出，相比于中速、高速和超高速階段，第1階段即低速段CO2、CO、THC排放量相差較為明顯，以整體排放量較大的CO2為例，其在第1階段最大相對偏差約為8%，后3個階段最大相對偏差不足5%；從表3中還可以看出，在低速階段CO和THC大量生成，但總體排放量比較低，使得后3個階段CO和THC排放量盡管相對偏差較大，但對油耗的影響較小[6-12]。

除此之外，當車輛運行至低速段結束進入中速段時，由于車輛已經運行了足夠長的時間，發動機的油溫、水溫逐漸升高并趨于相似，此時即使浸車溫度條件不同，車輛發動機運行狀態仍然相近，從而使進入中速段以后車輛的排放和油耗水平差異不大，所以研究不同浸車溫度（23℃和26℃）對WLTC工況下待測車輛油耗的影響時，分析的重點在試驗采取的2種浸車溫度對WLTC測試過程中低速段車輛排放和油耗的影響[13-14]。

2.1 浸車溫度對CO2排放量的影響

圖2為浸車溫度為23℃和26℃時低速行駛階段中車輛排氣污染物中CO2的平均體積隨著測試時間的變化。

圖2 WLTC中不同浸車溫度對低速段車輛CO2排放量的影響

總體上看，CO2在低速階段整個過程中持續大量生成，當浸車溫度為23℃和26℃時，生成標準狀態下CO2體積分別為0.01～0.13 L和0.01～0.11 L，即在較高浸車溫度條件下測得的待測車輛在低速階段CO2體積總體小于較低浸車溫度條件下測得的結果。結合表3中不同浸車溫度條件下待測車輛的百公里油耗可以發現，當采用較高浸車溫度（26℃）時車輛在低速段的油耗比較低浸車溫度（23℃）時低0.082～0.246 L/100 km。出現以上現象的原因是：WLTC工況為瞬態工況，不同浸車溫度條件下，隨著車輛速度的快速升高和降低，發動機供油量隨之升高或降低，從而導致燃燒生成的CO2體積也快速增大或者減少，隨著時間的變化產生相應的峰值和谷值。從圖2中可以看出，盡管采用不同的浸車溫度，當CO2體積隨著車輛速度變化而變化時，其生成速率相差不大，采用較低浸車溫度（23℃）浸車時CO2體積峰值會略微高于較高浸車溫度（26℃）值，使整個低速段CO2累計排放量較大。當浸車溫度較高時，經過12 h浸車，使待測車輛冷卻液、機油和燃油的溫度均處于較高水平，發動機冷啟動時由于車輛燃油溫度較高，因而噴入氣缸內的汽油霧化較好，與空氣混合更充分，其燃燒放熱更加充分，所以發動機做功相同時所需要的燃油量更少，生成的CO2量也相對較小。

2.2 浸車溫度對CO和THC的影響

圖3和圖4分別為標準狀況下浸車溫度為23℃和26℃時低速行駛階段車輛排氣污染物中CO的平均體積和THC的平均體積隨著測試時間的變化。

圖3 WLTC中不同浸車溫度對低速段車輛CO排放量的影響

圖4 WLTC中不同浸車溫度對低速段車輛THC排放量的影響

從圖3、圖4中可以看出，與車輛CO2排放量隨著車速變化而變化不同的是，待測車輛在整個低速段排放出的CO和THC的生成呈單峰分布，峰值體積分別為1.24×10-2L和1.39×10-3L，并且測得的峰值排放量均出現在車輛冷啟動以后試驗開始后20 s左右。出現以上現象的原因是：車輛在法規規定的浸車環境下經過24 h的浸車之后啟動時，氣缸內溫度比較低，同時催化器的溫度也未達到起燃溫度，此時催化劑轉化效率低，噴入發動機氣缸內部的燃料由于處于溫度較低的環境中，其霧化水平較差，與較冷的氣缸壁接觸后液化，導致其不能充分燃燒，使排氣中存在大量的CO和THC[15]。經過幾個循環工作之后，發動機缸內溫度升高，燃油霧化質量得到改善，同時催化器溫度也達到起燃溫度，使CO和THC排放量顯著減少，所以待測車輛在冷啟動階段CO和THC排放呈一個單峰分布。相比于較低浸車溫度（23℃），采用較高的浸車溫度（26℃）時，待測車輛在冷啟動階段發動機氣缸內的溫度更有利于燃料的混合霧化以及燃燒火焰的擴散，可燃混合氣燃燒更加充分，排出的CO和THC量也更少，這與Piotr[16]等的發現一致。

2.3 浸車溫度對燃油消耗量的影響

車輛的燃油消耗量主要由排放出的CO2、CO和THC確定（式（1）），采用較高浸車溫度（26℃）比采用較低浸車溫度（23℃）平均油耗減少0.142 L/100 km，并且在車輛冷啟動進行WLTC的低速階段3種污染物的排放量前者均比后者低。這是因為車輛冷啟動時為了得到較濃的可燃氣體，會噴入較多的燃油，溫度越低可燃混合氣霧化效果越差，燃燒放熱越不充分，需要提供更多的燃料來保證車輛的運轉狀態，所以采用較高浸車溫度（26℃）比采用較低浸車溫度（23℃）在低溫冷啟動階段燃油消耗量更低一些。

3 結 論

（1）在WLTC中，待測車輛油耗的差異主要體現在低速階段；

（2）不同于CO2排放，WLTC中低速段CO和THC的生成量呈單峰分布，主要是由低溫冷啟動產生；

（3）采用較高浸車溫度（26℃）時待測車輛在WLTC低速段CO2、CO和THC排放量均低于采用較低浸車溫度（23℃）值；

（4）較高浸車溫度（26℃）時WLTC中油耗值相比于較低浸車溫度（23℃）更低。