不同转鼓加载阻力下轻型汽车WLTC 循环排放及油耗研究

胡伟 钟能超 蒋一春

宁波梅山卡达克汽车检测有限公司 浙江省宁波市 315000

1 引言

近年来，我国汽车的需求量和保有量不断上升，汽车排放的污染物对城市环境的影响也愈发严重。因此，国家针对节能减排的要求日益严格，现下如何降低汽车的污染物排放及油耗成为各大车企的重要任务。2016年12 月23 日，环保部和质检总局发布了《GB18352.6-2016 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》。针对I 型试验，国六法规相比之前的法规不仅在污染物排放限值上提出了更严格的要求，同时对I型试验的测试循环进行了整体优化，采用了全球轻型汽车测试循环WLTC（Worldwide Light-Duty），而代替原本国五法规中的NEDC 循环工况。该循环由低速段（Low）、中速段（Medium）、高速段（High）和超高速段（Extra High）四个阶段组成，总共持续时间为1800s。

针对更为严格的法规，要想有效改善WLTC 测试循环的排放和油耗结果，目前最较为有效的技术是：整车厂对整车进行轻量化设计；整车厂涉及质量更轻的汽车；设计更加符合空气动力学的整车外形的流线型，从而减小整车运行时的阻力。这些可在一定程度上有效改善整车的排放性能和综合燃油消耗量。

根据GB 18352.6-2016 标准，常用的车辆道路阻力可通过两种方法获得，具体方法如下：一是样车在实际道路上进行的滑行法，这种方法主要是是通过车载风速仪及道路性能测试仪等设备，基于车辆在实际试验道路上的滑行试验拟合的车辆道路阻力。该方法能较为精确地模拟车辆实际道路的阻力载荷情况，是目前进行轻型车国六排放认证的首选，但该方法因为要在试验场进行，且滑行距离很长，所以受滑行场地条件、气候、周期和成本等的限制较大。另一种方法是基于车辆参数的计算法，具体为：根据车辆的测试质量和外形尺寸，按照表1 中的公式，计算转鼓加载的阻力系数f0、f1、f2：

表1 “计算法”阻力系数计算公式

式中：W 为车辆宽度（单位为m）；H为车辆高度（单位为m）。通过计算法代入相关的车辆参数，可以快速确定车辆的阻力加载系数，但在某些情况下计算结果可能与车辆实际道路行驶的阻力情况偏差较大。

为了验证两种方法得到的不同转鼓加载阻力对轻型汽车WLTC 循环中污染物排放及油耗的影响，特进行本次试验，以期为汽车节能减排提供一些技术理论依据。

2 试验工况循环及设备

2.1 试验工况循环

本文按照《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）》附录C 的相关要求，采用标准中的WLTC 测试循环在四驱底盘测功机进行试验，该循环工况曲线如图1 所示。

图1 WLTC 循环

2.2 试验车辆及测试设备

本次试验选用试验样车是某型号的点燃式轻型汽车，详细整车参数见表2 所示。试验所用的底盘测功机为德国AVL 策尔纳公司生产的48”MIM 型的四驱底盘测功机试验台，排放尾气测量设备为德国AVL 排放测试设备公司生产的AVL i60 SII 型的轻型汽车排放分析系统以及AVL 489 型的颗粒物计数器，称重设备采用PTU3030 型的排放设备环境仓及XPR2U 型的超微量天平。

表2 试验整车参数

2.3 试验方法

分别采用国六标准规定的“滑行法”和“计算法”得出的两种阻力，对样车在四驱底盘测功机上的整个运行过程进行阻力加载，采用GB 18352.6-2016 中的“固定运转法”设置四驱底盘测功机，并对所加载的阻力进行数据分析，得出工况曲线的“受力临界点”，并分析两种阻力加载方式下样车的排放结果及油耗。“滑行法”和“计算法”得到的阻力系数详见表3。

表3 阻力系数

F1：为“滑行法”所得出的阻力系数，

F2：为“计算法”所得出的阻力系数。

两次试验的道路阻力加载对比情况如图2所示：

图2 道路滑行阻力加载对比

I 型试验前对样车状态进行检查，OBD 诊断仪是否存有故障码，车轮胎压是否满足技术要求，燃油量是否满足试验要求。待样车检查完毕后，车辆固定至底盘测功机上，设定道路阻力与车辆测试质量及惯量，行驶车辆直至达到与道路阻力滑行时相近的热车状态，进行转鼓阻力滑行，设定转鼓施加阻力，设置完毕后对样车进行一个WLTC 循环的预处理，然后在23℃±3℃的环境温度中浸车6 小时以上，保证在正式试验前，发动机初始机油温度和冷却液温度维持在23℃±2℃，待预处理结束后进行正式试验，整个试验过程由同一个驾驶员完成。

3 试验结果及分析

3.1 试验结果

两次不同阻力加载方式进行I 型试验后，得到的排放和油耗结果如表4 所示，从表中的数据可以初步看出，滑行法相较于计算法，除NOx 和N2O 的排放结果略微偏高，油耗表现及CO、THC、NMHC、PN 排放结果更好，且都满足法规限值的要求。

表4 I 型试验排放和油耗结果

CO、THC、PN 及NOx 四种 主要污染物排放的瞬态结果对比如图3 所示，通过瞬态的测量数据也可以看出，滑行法阻力加载下的WLTC 大部分过程CO、THC及PN 排放都要低于计算法阻力加载。

图3 CO、HC、PN 及NOx 瞬态结果对比

3.2 数据分析

两次加载方式下WLTC 瞬态过程阻力加载对比如图4 所示，可以看出整个循环过程中，计算法下的道路滑行阻力大于滑行法。道路滑行阻力的增大对油耗的影响也反应在了WLTC 四个阶段的油耗上，各个阶段的油耗对比如图5 所示。

图4 WLTC 瞬态过程阻力加载对比

图5 WLTC 四个阶段油耗结果对比

使用计算法加载的道路滑行阻力相较于滑行法加载的偏大，导致了汽车在转鼓上运行时的阻力偏大，继而使在维持相同运行工况时，计算法时发动机的负荷更大，发动机燃烧更加不充分，最终致使汽车的油耗更高，CO、THC、PN 等排放结果更差。

4 结论

通过对两种加载方式下的排放结果及油耗数据进行分析，发现采用“滑行法”的污染物排放和油耗结果，总体上优于“计算法”。