浸车温度对WLTC中轻型车油耗的影响

王光耀，孟德宇，秦宏宇，戴春蓓

（中国汽车技术研究中心，天津 300300）

0 引 言

近年来，我国汽车增长趋势明显，为了保证整个社会经济可持续发展，降低汽车油耗势在必行。

20世纪80年代初我国开始制定汽车油耗标准，并于2003年7月制定出GB 19233—2003《轻型汽车燃油消耗量试验方法》[1]，2004年9月制定出GB 19578—2004《乘用车燃料消耗量限值》[2]，这是我国第一个控制汽车燃油消耗量的强制性标准。目前仍依据以上两个标准，以NEDC（New European Driving Cycle，新欧洲驾驶测试循环）工况进行轻型车油耗测试，但是汽车行业已着手制定第3阶段油耗限值标准，将以WLTC（World-wide Harmonized Light-duty Test Cycle，全球统一轻型车测试循环）工况作为测试工况[3-4]。

目前针对认证过程中轻型车在WLTC工况下油耗的影响因素研究较少，在GB 18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》要求的范围之内，针对不同的浸车温度对轻型车燃油消耗量的影响进行研究，浸车区域温度控制目标为23℃，允许的实际偏差为±3℃[5]49。

1 试验设备及参数

1.1 试验车辆及燃料参数

待测试车辆选用市场中在售的某款轻型车，其排放能力达到国六排放水平，除驾驶员外没有其他载荷，车辆燃油加注量为50%，车辆和燃料相关参数见表1。

表1 待测车辆及试验燃料参数

1.2 试验设备

试验系统组成如图1所示，设备型号见表2，整个试验系统分为待测试车辆、底盘测功机、定容取样系统（Constant Volume Sa mpler，CVS）、排气分析仪、控制台5个部分。在试验过程中按照滑行法在转鼓上加载阻力，然后按照WLTC工况进行测试，在整个测试循环结束后，排气分析系统对采样袋中经过稀释的样气进行分析，得到车辆排出的二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）和总未燃碳氢（THC）的量，计算后得到WLTC工况下轻型车油耗的测量值。

图1 试验系统结构图

表2 试验设备型号

1.3 油耗计算

油耗计算依据GB 19233—2003《轻型汽车燃油消耗量试验方法》进行，利用测得WLTC工况下车辆的CO2、CO和THC的排放量，以碳平衡法计算燃料消耗量，对于装备汽油机的车辆其公式为[1]5

式中：FC（Fuel Consumption）为燃料消耗量，L/100 km；HC为测得的总碳氢排放量，g/km；CO为测得的CO排放量，g/km；CO2为测得的CO2排放量，g/km；D为288K（15℃）下试验燃料的密度，kg/L。

2 试验方法与结果分析

试验使用相同预处理方式，将预处理后的试验样车分别置于23℃和26℃ 2种不同温度的浸车环境中浸车24 h，待浸车结束后使用WLTC工况对其进行油耗测试，为了减小误差，每次预处理和试验均采用相同的驾驶员，并且在每个浸车温度条件下进行3次试验。油耗的测量结果主要由CO2、CO和THC共同决定（式1），表3为采用不同浸车温度（23℃和26℃）浸车测得的WLTC工况条件下轻型车部分排放污染物和油耗数值。

表3 WLTC下采用不同浸车温度浸车时车辆排气污染物和油耗值

从表3中可以看出，相比于中速、高速和超高速阶段，第1阶段即低速段CO2、CO、THC排放量相差较为明显，以整体排放量较大的CO2为例，其在第1阶段最大相对偏差约为8%，后3个阶段最大相对偏差不足5%；从表3中还可以看出，在低速阶段CO和THC大量生成，但总体排放量比较低，使得后3个阶段CO和THC排放量尽管相对偏差较大，但对油耗的影响较小[6-12]。

除此之外，当车辆运行至低速段结束进入中速段时，由于车辆已经运行了足够长的时间，发动机的油温、水温逐渐升高并趋于相似，此时即使浸车温度条件不同，车辆发动机运行状态仍然相近，从而使进入中速段以后车辆的排放和油耗水平差异不大，所以研究不同浸车温度（23℃和26℃）对WLTC工况下待测车辆油耗的影响时，分析的重点在试验采取的2种浸车温度对WLTC测试过程中低速段车辆排放和油耗的影响[13-14]。

2.1 浸车温度对CO2排放量的影响

图2为浸车温度为23℃和26℃时低速行驶阶段中车辆排气污染物中CO2的平均体积随着测试时间的变化。

图2 WLTC中不同浸车温度对低速段车辆CO2排放量的影响

总体上看，CO2在低速阶段整个过程中持续大量生成，当浸车温度为23℃和26℃时，生成标准状态下CO2体积分别为0.01～0.13 L和0.01～0.11 L，即在较高浸车温度条件下测得的待测车辆在低速阶段CO2体积总体小于较低浸车温度条件下测得的结果。结合表3中不同浸车温度条件下待测车辆的百公里油耗可以发现，当采用较高浸车温度（26℃）时车辆在低速段的油耗比较低浸车温度（23℃）时低0.082～0.246 L/100 km。出现以上现象的原因是：WLTC工况为瞬态工况，不同浸车温度条件下，随着车辆速度的快速升高和降低，发动机供油量随之升高或降低，从而导致燃烧生成的CO2体积也快速增大或者减少，随着时间的变化产生相应的峰值和谷值。从图2中可以看出，尽管采用不同的浸车温度，当CO2体积随着车辆速度变化而变化时，其生成速率相差不大，采用较低浸车温度（23℃）浸车时CO2体积峰值会略微高于较高浸车温度（26℃）值，使整个低速段CO2累计排放量较大。当浸车温度较高时，经过12 h浸车，使待测车辆冷却液、机油和燃油的温度均处于较高水平，发动机冷启动时由于车辆燃油温度较高，因而喷入气缸内的汽油雾化较好，与空气混合更充分，其燃烧放热更加充分，所以发动机做功相同时所需要的燃油量更少，生成的CO2量也相对较小。

2.2 浸车温度对CO和THC的影响

图3和图4分别为标准状况下浸车温度为23℃和26℃时低速行驶阶段车辆排气污染物中CO的平均体积和THC的平均体积随着测试时间的变化。

图3 WLTC中不同浸车温度对低速段车辆CO排放量的影响

图4 WLTC中不同浸车温度对低速段车辆THC排放量的影响

从图3、图4中可以看出，与车辆CO2排放量随着车速变化而变化不同的是，待测车辆在整个低速段排放出的CO和THC的生成呈单峰分布，峰值体积分别为1.24×10-2L和1.39×10-3L，并且测得的峰值排放量均出现在车辆冷启动以后试验开始后20 s左右。出现以上现象的原因是：车辆在法规规定的浸车环境下经过24 h的浸车之后启动时，气缸内温度比较低，同时催化器的温度也未达到起燃温度，此时催化剂转化效率低，喷入发动机气缸内部的燃料由于处于温度较低的环境中，其雾化水平较差，与较冷的气缸壁接触后液化，导致其不能充分燃烧，使排气中存在大量的CO和THC[15]。经过几个循环工作之后，发动机缸内温度升高，燃油雾化质量得到改善，同时催化器温度也达到起燃温度，使CO和THC排放量显著减少，所以待测车辆在冷启动阶段CO和THC排放呈一个单峰分布。相比于较低浸车温度（23℃），采用较高的浸车温度（26℃）时，待测车辆在冷启动阶段发动机气缸内的温度更有利于燃料的混合雾化以及燃烧火焰的扩散，可燃混合气燃烧更加充分，排出的CO和THC量也更少，这与Piotr[16]等的发现一致。

2.3 浸车温度对燃油消耗量的影响

车辆的燃油消耗量主要由排放出的CO2、CO和THC确定（式（1）），采用较高浸车温度（26℃）比采用较低浸车温度（23℃）平均油耗减少0.142 L/100 km，并且在车辆冷启动进行WLTC的低速阶段3种污染物的排放量前者均比后者低。这是因为车辆冷启动时为了得到较浓的可燃气体，会喷入较多的燃油，温度越低可燃混合气雾化效果越差，燃烧放热越不充分，需要提供更多的燃料来保证车辆的运转状态，所以采用较高浸车温度（26℃）比采用较低浸车温度（23℃）在低温冷启动阶段燃油消耗量更低一些。

3 结 论

（1）在WLTC中，待测车辆油耗的差异主要体现在低速阶段；

（2）不同于CO2排放，WLTC中低速段CO和THC的生成量呈单峰分布，主要是由低温冷启动产生；

（3）采用较高浸车温度（26℃）时待测车辆在WLTC低速段CO2、CO和THC排放量均低于采用较低浸车温度（23℃）值；

（4）较高浸车温度（26℃）时WLTC中油耗值相比于较低浸车温度（23℃）更低。