WLTC和CLTC-P循环工况及其排放污染物和油耗分析

2021-03-04刘慎微黄成林刘文亮张浩然药君威来振华LiuShenweiHuangChenglinLiuWenliangZhangHaoranYaoJunweiLaiZhenhua

北京汽车 2021年1期

刘慎微，黄成林，刘文亮，张浩然，药君威，来振华Liu Shenwei，Huang Chenglin，Liu Wenliang，Zhang Haoran，Yao Junwei，Lai Zhenhua

刘慎微，黄成林，刘文亮，张浩然，药君威，来振华
Liu Shenwei，Huang Chenglin，Liu Wenliang，Zhang Haoran，Yao Junwei，Lai Zhenhua

（北京奔驰汽车有限公司研发中心研发三部，北京 100176）

当前中国轻型车排放和油耗认证循环工况正处于NEDC（New European Driving Cycle，新欧洲驾驶循环）和WLTC（Worldwide Light-duty Test Cycle，全球统一轻型车辆测试循环）并行、CLTC(China Light-duty Vehicle Test Cycle，中国轻型汽车行驶工况）逐步导入的特殊时期。对WLTC和CLTC-P（China Light-duty Vehicle Test Cycle-Passenger，中国乘用车行驶工况）进行分析，对比两种不同驾驶工况的特点，并选取同一辆车进行WLTC和CLTC-P排放污染物和油耗测试，对两种循环下排放和油耗测试结果进行比较，分析不同工况下整车排放和油耗特性，为后续整车开发和标定提供工程参考。

排放法规；轻型乘用车；WLTC；CLTC-P

0 引言

测试循环工况是汽车经济性、环保性能评价的基础，中国汽车市场在国5阶段油耗和排放测试循环中采用NEDC（New European Driving Cycle，新欧洲驾驶循环）工况，其属于稳态工况，无法较好地反映用户实际油耗和排放情况；从2009年起世界车辆协调法规论坛开发了WLTC（Worldwide Light-duty Test Cycle，全球轻型汽车测试循环）工况，欧盟于2017年9月开始油耗与排放测试工况由NEDC切换为WLTC，相应地国6阶段排放法规工况已明确由NDEC切换为WLTC，但是油耗法规工况目前仍然使用NEDC，已经不适用于我国复杂的道路环境和多怠速启停的工况。

中国工况项目组于2019年10月发布了契合中国交通实际运行情况的中国汽车行驶工况，其包含轻型汽车行驶工况和重型商用车辆行驶工况2部分，其中轻型汽车行驶工况又包括CLTC-P（China Light-duty Vehicle Test Cycle-Passenger，中国乘用车行驶工况）和CLTC-C（China Light-duty Vehicle Test Cycle for Commercial Vehicle，中国轻型商用车行驶工况）。2020年6月发布了GB/T 19233—2020《轻型汽车燃料消耗量试验方法》，其中明确将油耗试验工况从NEDC变更为WLTC及CLTC（China Light-duty Vehicle Test Cycle，中国轻型汽车行驶工况），并于2021年1月实施。当前我国轻型车排放和油耗认证处于NEDC和WLTC并行，CLTC逐步导入的特殊时期[1]，后续将出现CLTC和WLTC 并行的情况，因此有必要对比研究WLTC 和CLTC-P工况下汽车排放和油耗特性。

首先介绍并对比WLTC和CLTC-P之间的差异。结合某款车型，进行基于WLTC 和CLTC-P循环的常温冷启动排气污染物和油耗试验，结合整车排放和油耗数据，分析和对比WLTC和CLTC-P工况下整车排放和油耗特性，为后续整车开发和标定提供工程参考。

1 循环工况对比分析

当前我国轻型乘用车排放和油耗认证主要采用NEDC和WLTC工况，后续会增加CLTC-P 工况。下面对WLTC和CLTC-P工况从持续距离、持续时长、最大速度、平均速度、最大加速度、工况特点等几个方面进行分析和比较。

1.1 WLTC工况

WLTC 是WLTP（World Light Vehicle Test Procedure，全球统一轻型汽车测试规程）所采用的测试循环工况，驾驶加速度曲线波动变化较大，工况曲线较复杂，怠速和匀速工况较少。WLTC工况的速度和加速度曲线如图1所示。

图1 WLTC工况速度和加速度曲线

1.2 CLTC-P工况

CLTC-P 由中国工况项目组在2019年10月发布，是GB/T 38146.1—2019《中国汽车行驶工况第1部分：轻型汽车》中适用于中国道路的乘用车测试工况。驾驶工况曲线波动较大，运行工况较复杂，怠速工况占比多，符合国内汽车的实际使用情况。CLTC-P工况的速度和加速度曲线如图2所示。WLTC和CLTC-P工况的特征参数对比见表1。

图2 CLTC-P工况速度和加速度曲线

表1 WLTC和CLTC-P工况特征参数对比

续表1

从表1中可以看出，CLTC-P工况的总时间与WLTC工况相等，但是CLTC-P试验总里程比WLTC缩短约38%，相应地CLTC-P最高车速、平均车速和最大加速度均比WLTC 低。CLTC-P中加、减速和匀速工况所占比例略低于WLTC，但是其怠速工况时长比WLTC增加约80%。综上对比，CLTC-P工况综合考虑了WLTC中复杂工况下车速频繁波动情况和中国城市道路中车辆怠速比例较高的特点，更加契合中国交通实际运行情况，如果排放污染物和油耗的试验测试从WLTC切换至CLTC-P，则对使用了启停功能的节油车辆是一个有利政策。

2 试验测试结果分析

为了分析WLTC和CLTC-P两种试验工况下的排放和油耗情况，选用满足国6b排放法规的某款车型作为试验车辆，具体参数见表2。

表2 试验车辆参数

在同一试验车辆上使用同一排放测试设备，分别采用WLTC和CLTC-P工况进行常温冷启动后污染物排放测试，试验环境条件、试验车辆状态、转鼓阻力加载、试验测试设备的标定和参数设置统一按照GB 18352.6—2016《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第6阶段）》[2]标准中I 型试验要求进行。

2.1 排放结果对比分析

WLTC和CLTC-P工况下试验车辆排放测试结果见表3。可以看出，两种工况下排放结果虽都满足国6 b限值要求，但CLTC-P工况下气态污染排放物（CO、THC和NO）测试结果比WLTC工况下差，颗粒物排放PM（Particulate Matter，颗粒物）和PN（Particle Number，粒子数量）测试结果略好于WLTC工况。

表3 两种工况下常温冷启动排放结果及国6b限值

图3和图4分别为测试车辆在WLTC工况和CLTC-P工况中开启怠速启停功能时THC、NO、CO及PN排放累计曲线。

从图3和图4来看，WLTC 和CLTC-P中THC与NO污染物主要集中在冷启动阶段，车辆刚启动时，缸内温度比较低，燃油雾化和燃烧火焰传播差，燃油不能充分燃烧，从而产生大量HC，同时催化器处于升温阶段，没有达到正常工作温度，因此造成HC和NO在启动时排放量增大。对WLTC和CLTC-P模态数据进行分析，在WLTC工况下，车辆启动40 s后，NO和THC 累积增长量明显下降；在CLTC-P工况下，车辆启动50 s后，NO和THC累积增长量明显下降。主要原因为CLTC-P工况相对于WLTC工况的冷启动时间长，并且低速阶段车速较低，导致缸内和催化剂升温较慢，由此造成CLTC-P工况下冷启动阶段THC与NO排放值更高。

冷启动时缸内和催化器温度低，WLTC工况和CLTC-P工况均会产生大量CO；在中高速急加速阶段，两工况下CO排放明显增加，主要是由于喷油量大，燃烧不充分导致。

PN排放在WLTC工况下主要产生于冷启动阶段，在CLTC-P工况下主要产生于冷启动阶段和低速阶段第5个启停后位置。由于CLTC-P工况低速阶段车速较低，且车辆试验过程中启停功能正常运行，车辆在第5个启停完成后，车速突然升高，燃油液滴喷入气缸后不能快速蒸发，残留的液态燃油颗粒较多，燃烧不充分，从而产生大量颗粒物[3-5]。

通过对比分析图3、图4可知，THC、NOx及PN排放污染物在WLTC工况中主要产生于低速和超高速阶段，在CLTC-P工况中主要产生于低速阶段；对于CO排放污染物，WLTC工况和CLTC-P工况中均需要关注低速和高速阶段。

2.2 油耗对比结果分析

图5为WLTC和CLTC-P整个循环和各个阶段的油耗结果对比，从整个循环阶段来看，CLTC-P工况油耗略低于WLTC工况。在中低速段（WLTC 中速度阶段1和速度阶段2，CLTC-P速度阶段1），车辆模拟城市路况，会频繁启停和制动，车辆油耗在整个循环中最高。在中高速段（WLTC中速度阶段2和速度阶段3，CLTC 中速度阶段2）模拟市郊路况，发动机工作在高效区，油耗相比中低速段较小。WLTC工况超高速段（速度阶段4）比CLTC工况高速段（速度阶段3）的百公里油耗高，因为两者模拟虽然同为高速路行驶，但各循环速度分配比例和各循环速度及加速度占比不同，WLTC 中速度超过100 km/h的工况所占时间比例明显高于CLTC，因为空气阻力与速度的平方成正比，则车辆的行驶阻力由滚动阻力变为空气阻力占主导，所以油耗显著增加。