不同轉(zhuǎn)鼓加載阻力下輕型汽車WLTC 循環(huán)排放及油耗研究

胡偉 鐘能超 蔣一春

寧波梅山卡達克汽車檢測有限公司 浙江省寧波市 315000

1 引言

近年來，我國汽車的需求量和保有量不斷上升，汽車排放的污染物對城市環(huán)境的影響也愈發(fā)嚴重。因此，國家針對節(jié)能減排的要求日益嚴格，現(xiàn)下如何降低汽車的污染物排放及油耗成為各大車企的重要任務(wù)。2016年12 月23 日，環(huán)保部和質(zhì)檢總局發(fā)布了《GB18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》。針對I 型試驗，國六法規(guī)相比之前的法規(guī)不僅在污染物排放限值上提出了更嚴格的要求，同時對I型試驗的測試循環(huán)進行了整體優(yōu)化，采用了全球輕型汽車測試循環(huán)WLTC（Worldwide Light-Duty），而代替原本國五法規(guī)中的NEDC 循環(huán)工況。該循環(huán)由低速段（Low）、中速段（Medium）、高速段（High）和超高速段（Extra High）四個階段組成，總共持續(xù)時間為1800s。

針對更為嚴格的法規(guī)，要想有效改善WLTC 測試循環(huán)的排放和油耗結(jié)果，目前最較為有效的技術(shù)是：整車廠對整車進行輕量化設(shè)計；整車廠涉及質(zhì)量更輕的汽車；設(shè)計更加符合空氣動力學的整車外形的流線型，從而減小整車運行時的阻力。這些可在一定程度上有效改善整車的排放性能和綜合燃油消耗量。

根據(jù)GB 18352.6-2016 標準，常用的車輛道路阻力可通過兩種方法獲得，具體方法如下：一是樣車在實際道路上進行的滑行法，這種方法主要是是通過車載風速儀及道路性能測試儀等設(shè)備，基于車輛在實際試驗道路上的滑行試驗擬合的車輛道路阻力。該方法能較為精確地模擬車輛實際道路的阻力載荷情況，是目前進行輕型車國六排放認證的首選，但該方法因為要在試驗場進行，且滑行距離很長，所以受滑行場地條件、氣候、周期和成本等的限制較大。另一種方法是基于車輛參數(shù)的計算法，具體為：根據(jù)車輛的測試質(zhì)量和外形尺寸，按照表1 中的公式，計算轉(zhuǎn)鼓加載的阻力系數(shù)f0、f1、f2：

表1 “計算法”阻力系數(shù)計算公式

式中：W 為車輛寬度（單位為m）；H為車輛高度（單位為m）。通過計算法代入相關(guān)的車輛參數(shù)，可以快速確定車輛的阻力加載系數(shù)，但在某些情況下計算結(jié)果可能與車輛實際道路行駛的阻力情況偏差較大。

為了驗證兩種方法得到的不同轉(zhuǎn)鼓加載阻力對輕型汽車WLTC 循環(huán)中污染物排放及油耗的影響，特進行本次試驗，以期為汽車節(jié)能減排提供一些技術(shù)理論依據(jù)。

2 試驗工況循環(huán)及設(shè)備

2.1 試驗工況循環(huán)

本文按照《GB 18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》附錄C 的相關(guān)要求，采用標準中的WLTC 測試循環(huán)在四驅(qū)底盤測功機進行試驗，該循環(huán)工況曲線如圖1 所示。

圖1 WLTC 循環(huán)

2.2 試驗車輛及測試設(shè)備

本次試驗選用試驗樣車是某型號的點燃式輕型汽車，詳細整車參數(shù)見表2 所示。試驗所用的底盤測功機為德國AVL 策爾納公司生產(chǎn)的48”MIM 型的四驅(qū)底盤測功機試驗臺，排放尾氣測量設(shè)備為德國AVL 排放測試設(shè)備公司生產(chǎn)的AVL i60 SII 型的輕型汽車排放分析系統(tǒng)以及AVL 489 型的顆粒物計數(shù)器，稱重設(shè)備采用PTU3030 型的排放設(shè)備環(huán)境倉及XPR2U 型的超微量天平。

表2 試驗整車參數(shù)

2.3 試驗方法

分別采用國六標準規(guī)定的“滑行法”和“計算法”得出的兩種阻力，對樣車在四驅(qū)底盤測功機上的整個運行過程進行阻力加載，采用GB 18352.6-2016 中的“固定運轉(zhuǎn)法”設(shè)置四驅(qū)底盤測功機，并對所加載的阻力進行數(shù)據(jù)分析，得出工況曲線的“受力臨界點”，并分析兩種阻力加載方式下樣車的排放結(jié)果及油耗。“滑行法”和“計算法”得到的阻力系數(shù)詳見表3。

表3 阻力系數(shù)

F1：為“滑行法”所得出的阻力系數(shù)，

F2：為“計算法”所得出的阻力系數(shù)。

兩次試驗的道路阻力加載對比情況如圖2所示：

圖2 道路滑行阻力加載對比

I 型試驗前對樣車狀態(tài)進行檢查，OBD 診斷儀是否存有故障碼，車輪胎壓是否滿足技術(shù)要求，燃油量是否滿足試驗要求。待樣車檢查完畢后，車輛固定至底盤測功機上，設(shè)定道路阻力與車輛測試質(zhì)量及慣量，行駛車輛直至達到與道路阻力滑行時相近的熱車狀態(tài)，進行轉(zhuǎn)鼓阻力滑行，設(shè)定轉(zhuǎn)鼓施加阻力，設(shè)置完畢后對樣車進行一個WLTC 循環(huán)的預(yù)處理，然后在23℃±3℃的環(huán)境溫度中浸車6 小時以上，保證在正式試驗前，發(fā)動機初始機油溫度和冷卻液溫度維持在23℃±2℃，待預(yù)處理結(jié)束后進行正式試驗，整個試驗過程由同一個駕駛員完成。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 試驗結(jié)果

兩次不同阻力加載方式進行I 型試驗后，得到的排放和油耗結(jié)果如表4 所示，從表中的數(shù)據(jù)可以初步看出，滑行法相較于計算法，除NOx 和N2O 的排放結(jié)果略微偏高，油耗表現(xiàn)及CO、THC、NMHC、PN 排放結(jié)果更好，且都滿足法規(guī)限值的要求。

表4 I 型試驗排放和油耗結(jié)果

CO、THC、PN 及NOx 四種 主要污染物排放的瞬態(tài)結(jié)果對比如圖3 所示，通過瞬態(tài)的測量數(shù)據(jù)也可以看出，滑行法阻力加載下的WLTC 大部分過程CO、THC及PN 排放都要低于計算法阻力加載。

圖3 CO、HC、PN 及NOx 瞬態(tài)結(jié)果對比

3.2 數(shù)據(jù)分析

兩次加載方式下WLTC 瞬態(tài)過程阻力加載對比如圖4 所示，可以看出整個循環(huán)過程中，計算法下的道路滑行阻力大于滑行法。道路滑行阻力的增大對油耗的影響也反應(yīng)在了WLTC 四個階段的油耗上，各個階段的油耗對比如圖5 所示。

圖4 WLTC 瞬態(tài)過程阻力加載對比

圖5 WLTC 四個階段油耗結(jié)果對比

使用計算法加載的道路滑行阻力相較于滑行法加載的偏大，導致了汽車在轉(zhuǎn)鼓上運行時的阻力偏大，繼而使在維持相同運行工況時，計算法時發(fā)動機的負荷更大，發(fā)動機燃燒更加不充分，最終致使汽車的油耗更高，CO、THC、PN 等排放結(jié)果更差。

4 結(jié)論

通過對兩種加載方式下的排放結(jié)果及油耗數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)采用“滑行法”的污染物排放和油耗結(jié)果，總體上優(yōu)于“計算法”。