劉慎微，黃成林，劉文亮，張浩然，藥君威，來(lái)振華Liu Shenwei，Huang Chenglin，Liu Wenliang，Zhang Haoran，Yao Junwei，Lai Zhenhua

WLTC和CLTC-P循環(huán)工況及其排放污染物和油耗分析

劉慎微，黃成林，劉文亮，張浩然，藥君威，來(lái)振華
Liu Shenwei，Huang Chenglin，Liu Wenliang，Zhang Haoran，Yao Junwei，Lai Zhenhua

（北京奔馳汽車有限公司 研發(fā)中心研發(fā)三部，北京 100176）

當(dāng)前中國(guó)輕型車排放和油耗認(rèn)證循環(huán)工況正處于NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛循環(huán)）和WLTC（Worldwide Light-duty Test Cycle，全球統(tǒng)一輕型車輛測(cè)試循環(huán)）并行、CLTC(China Light-duty Vehicle Test Cycle，中國(guó)輕型汽車行駛工況）逐步導(dǎo)入的特殊時(shí)期。對(duì)WLTC和CLTC-P（China Light-duty Vehicle Test Cycle-Passenger，中國(guó)乘用車行駛工況）進(jìn)行分析，對(duì)比兩種不同駕駛工況的特點(diǎn)，并選取同一輛車進(jìn)行WLTC和CLTC-P排放污染物和油耗測(cè)試，對(duì)兩種循環(huán)下排放和油耗測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，分析不同工況下整車排放和油耗特性，為后續(xù)整車開(kāi)發(fā)和標(biāo)定提供工程參考。

排放法規(guī)；輕型乘用車；WLTC；CLTC-P

0 引 言

測(cè)試循環(huán)工況是汽車經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性能評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，中國(guó)汽車市場(chǎng)在國(guó)5階段油耗和排放測(cè)試循環(huán)中采用NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛循環(huán)）工況，其屬于穩(wěn)態(tài)工況，無(wú)法較好地反映用戶實(shí)際油耗和排放情況；從2009年起世界車輛協(xié)調(diào)法規(guī)論壇開(kāi)發(fā)了WLTC（Worldwide Light-duty Test Cycle，全球輕型汽車測(cè)試循環(huán)）工況，歐盟于2017年9月開(kāi)始油耗與排放測(cè)試工況由NEDC切換為WLTC，相應(yīng)地國(guó)6階段排放法規(guī)工況已明確由NDEC切換為WLTC，但是油耗法規(guī)工況目前仍然使用NEDC，已經(jīng)不適用于我國(guó)復(fù)雜的道路環(huán)境和多怠速啟停的工況。

中國(guó)工況項(xiàng)目組于2019年10月發(fā)布了契合中國(guó)交通實(shí)際運(yùn)行情況的中國(guó)汽車行駛工況，其包含輕型汽車行駛工況和重型商用車輛行駛工況2部分，其中輕型汽車行駛工況又包括CLTC-P（China Light-duty Vehicle Test Cycle-Passenger，中國(guó)乘用車行駛工況）和CLTC-C（China Light-duty Vehicle Test Cycle for Commercial Vehicle，中國(guó)輕型商用車行駛工況）。2020年6月發(fā)布了GB/T 19233—2020《輕型汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法》，其中明確將油耗試驗(yàn)工況從NEDC變更為WLTC及CLTC（China Light-duty Vehicle Test Cycle，中國(guó)輕型汽車行駛工況），并于2021年1月實(shí)施。當(dāng)前我國(guó)輕型車排放和油耗認(rèn)證處于NEDC和WLTC并行，CLTC逐步導(dǎo)入的特殊時(shí)期[1]，后續(xù)將出現(xiàn)CLTC和WLTC 并行的情況，因此有必要對(duì)比研究WLTC 和CLTC-P工況下汽車排放和油耗特性。

首先介紹并對(duì)比WLTC和CLTC-P之間的差異。結(jié)合某款車型，進(jìn)行基于WLTC 和CLTC-P循環(huán)的常溫冷啟動(dòng)排氣污染物和油耗試驗(yàn)，結(jié)合整車排放和油耗數(shù)據(jù)，分析和對(duì)比WLTC和CLTC-P工況下整車排放和油耗特性，為后續(xù)整車開(kāi)發(fā)和標(biāo)定提供工程參考。

1 循環(huán)工況對(duì)比分析

當(dāng)前我國(guó)輕型乘用車排放和油耗認(rèn)證主要采用NEDC和WLTC工況，后續(xù)會(huì)增加CLTC-P 工況。下面對(duì)WLTC和CLTC-P工況從持續(xù)距離、持續(xù)時(shí)長(zhǎng)、最大速度、平均速度、最大加速度、工況特點(diǎn)等幾個(gè)方面進(jìn)行分析和比較。

1.1 WLTC工況

WLTC 是WLTP（World Light Vehicle Test Procedure，全球統(tǒng)一輕型汽車測(cè)試規(guī)程）所采用的測(cè)試循環(huán)工況，駕駛加速度曲線波動(dòng)變化較大，工況曲線較復(fù)雜，怠速和勻速工況較少。WLTC工況的速度和加速度曲線如圖1所示。

圖1 WLTC工況速度和加速度曲線

1.2 CLTC-P工況

CLTC-P 由中國(guó)工況項(xiàng)目組在2019年10月發(fā)布，是GB/T 38146.1—2019《中國(guó)汽車行駛工況第1部分：輕型汽車》中適用于中國(guó)道路的乘用車測(cè)試工況。駕駛工況曲線波動(dòng)較大，運(yùn)行工況較復(fù)雜，怠速工況占比多，符合國(guó)內(nèi)汽車的實(shí)際使用情況。CLTC-P工況的速度和加速度曲線如圖2所示。WLTC和CLTC-P工況的特征參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

圖2 CLTC-P工況速度和加速度曲線

表1 WLTC和CLTC-P工況特征參數(shù)對(duì)比

續(xù)表1

從表1中可以看出，CLTC-P工況的總時(shí)間與WLTC工況相等，但是CLTC-P試驗(yàn)總里程比WLTC縮短約38%，相應(yīng)地CLTC-P最高車速、平均車速和最大加速度均比WLTC 低。CLTC-P中加、減速和勻速工況所占比例略低于WLTC，但是其怠速工況時(shí)長(zhǎng)比WLTC增加約80%。綜上對(duì)比，CLTC-P工況綜合考慮了WLTC中復(fù)雜工況下車速頻繁波動(dòng)情況和中國(guó)城市道路中車輛怠速比例較高的特點(diǎn)，更加契合中國(guó)交通實(shí)際運(yùn)行情況，如果排放污染物和油耗的試驗(yàn)測(cè)試從WLTC切換至CLTC-P，則對(duì)使用了啟停功能的節(jié)油車輛是一個(gè)有利政策。

2 試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析

為了分析WLTC和CLTC-P兩種試驗(yàn)工況下的排放和油耗情況，選用滿足國(guó)6b排放法規(guī)的某款車型作為試驗(yàn)車輛，具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)車輛參數(shù)

在同一試驗(yàn)車輛上使用同一排放測(cè)試設(shè)備，分別采用WLTC和CLTC-P工況進(jìn)行常溫冷啟動(dòng)后污染物排放測(cè)試，試驗(yàn)環(huán)境條件、試驗(yàn)車輛狀態(tài)、轉(zhuǎn)鼓阻力加載、試驗(yàn)測(cè)試設(shè)備的標(biāo)定和參數(shù)設(shè)置統(tǒng)一按照GB 18352.6—2016《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第6階段）》[2]標(biāo)準(zhǔn)中I 型試驗(yàn)要求進(jìn)行。

2.1 排放結(jié)果對(duì)比分析

WLTC和CLTC-P工況下試驗(yàn)車輛排放測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3?？梢钥闯觯瑑煞N工況下排放結(jié)果雖都滿足國(guó)6 b限值要求，但CLTC-P工況下氣態(tài)污染排放物（CO、THC和NO）測(cè)試結(jié)果比WLTC工況下差，顆粒物排放PM（Particulate Matter，顆粒物）和PN（Particle Number，粒子數(shù)量）測(cè)試結(jié)果略好于WLTC工況。

表3 兩種工況下常溫冷啟動(dòng)排放結(jié)果及國(guó)6b限值

圖3和圖4分別為測(cè)試車輛在WLTC工況和CLTC-P工況中開(kāi)啟怠速啟停功能時(shí)THC、NO、CO及PN排放累計(jì)曲線。

從圖3和圖4來(lái)看，WLTC 和CLTC-P中THC與NO污染物主要集中在冷啟動(dòng)階段，車輛剛啟動(dòng)時(shí)，缸內(nèi)溫度比較低，燃油霧化和燃燒火焰?zhèn)鞑ゲ睿加筒荒艹浞秩紵?，從而產(chǎn)生大量HC，同時(shí)催化器處于升溫階段，沒(méi)有達(dá)到正常工作溫度，因此造成HC和NO在啟動(dòng)時(shí)排放量增大。對(duì)WLTC和CLTC-P模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在WLTC工況下，車輛啟動(dòng)40 s后，NO和THC 累積增長(zhǎng)量明顯下降；在CLTC-P工況下，車輛啟動(dòng)50 s后，NO和THC累積增長(zhǎng)量明顯下降。主要原因?yàn)镃LTC-P工況相對(duì)于WLTC工況的冷啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，并且低速階段車速較低，導(dǎo)致缸內(nèi)和催化劑升溫較慢，由此造成CLTC-P工況下冷啟動(dòng)階段THC與NO排放值更高。

冷啟動(dòng)時(shí)缸內(nèi)和催化器溫度低，WLTC工況和CLTC-P工況均會(huì)產(chǎn)生大量CO；在中高速急加速階段，兩工況下CO排放明顯增加，主要是由于噴油量大，燃燒不充分導(dǎo)致。

PN排放在WLTC工況下主要產(chǎn)生于冷啟動(dòng)階段，在CLTC-P工況下主要產(chǎn)生于冷啟動(dòng)階段和低速階段第5個(gè)啟停后位置。由于CLTC-P工況低速階段車速較低，且車輛試驗(yàn)過(guò)程中啟停功能正常運(yùn)行，車輛在第5個(gè)啟停完成后，車速突然升高，燃油液滴噴入氣缸后不能快速蒸發(fā)，殘留的液態(tài)燃油顆粒較多，燃燒不充分，從而產(chǎn)生大量顆粒物[3-5]。

通過(guò)對(duì)比分析圖3、圖4可知，THC、NOx及PN排放污染物在WLTC工況中主要產(chǎn)生于低速和超高速階段，在CLTC-P工況中主要產(chǎn)生于低速階段；對(duì)于CO排放污染物，WLTC工況和CLTC-P工況中均需要關(guān)注低速和高速階段。

2.2 油耗對(duì)比結(jié)果分析

圖5為WLTC和CLTC-P整個(gè)循環(huán)和各個(gè)階段的油耗結(jié)果對(duì)比，從整個(gè)循環(huán)階段來(lái)看，CLTC-P工況油耗略低于WLTC工況。在中低速段（WLTC 中速度階段1和速度階段2，CLTC-P速度階段1），車輛模擬城市路況，會(huì)頻繁啟停和制動(dòng)，車輛油耗在整個(gè)循環(huán)中最高。在中高速段（WLTC中速度階段2和速度階段3，CLTC 中速度階段2）模擬市郊路況，發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效區(qū)，油耗相比中低速段較小。WLTC工況超高速段（速度階段4）比CLTC工況高速段（速度階段3）的百公里油耗高，因?yàn)閮烧吣M雖然同為高速路行駛，但各循環(huán)速度分配比例和各循環(huán)速度及加速度占比不同，WLTC 中速度超過(guò)100 km/h的工況所占時(shí)間比例明顯高于CLTC，因?yàn)榭諝庾枇εc速度的平方成正比，則車輛的行駛阻力由滾動(dòng)阻力變?yōu)榭諝庾枇φ贾鲗?dǎo)，所以油耗顯著增加。

圖5 WLTC和CLTC-P工況下總循環(huán)和各個(gè)速度階段的油耗對(duì)比

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)WLTC和CLTC-P工況的對(duì)比分析和選取樣車進(jìn)行油耗與排放試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：

（1）CLTC-P工況綜合考慮了WLTC工況中車速頻繁波動(dòng)的情況和中國(guó)城市道路車輛怠速比例較多的特點(diǎn)，更加契合國(guó)內(nèi)交通實(shí)際情況，如果從WLTC工況切換至CLTC-P工況，則對(duì)使用了啟停功能的節(jié)油車輛是一個(gè)有利政策。

（2）針對(duì)同一臺(tái)試驗(yàn)車輛，兩種工況下的整體排放結(jié)果均滿足國(guó)6 b限值要求，CLTC-P工況下氣態(tài)污染排放物（CO、THC和NO）排放結(jié)果比WLTC工況差，顆粒物（PM和 PN）排放結(jié)果略好于WLTC工況。

（3）通過(guò)對(duì)比分析WLTC和CLTC-P工況排放累計(jì)曲線，可知THC、NO及PN排放污染物在WLTC中主要產(chǎn)生于低速和超高速階段，在CLTC-P中主要產(chǎn)生于低速階段；對(duì)于CO排放污染物，WLTC和CLTC-P工況均需要關(guān)注低速和高速階段。

（4）對(duì)比同一輛試驗(yàn)車油耗結(jié)果，整個(gè)循環(huán)中CLTC-P油耗略低于WLTC，但相差不顯著。

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U467.4+99

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.01.003

1002-4581（2021）01-0011-05

2020-10-23