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東風日產(chǎn) | 中國工況相對WLTC工況的排放差異研究

2021-11-19 12:41:50·  來源：電動學(xué)堂  作者：梁洪浩等  
　
文章來源：東風汽車有限公司東風目產(chǎn)乘用車公司技術(shù)中心引言目前，中國排放法規(guī)已經(jīng)由國五NEDC工況切換為國六WLTC工況。WLTC工況相對NEDC工況，瞬態(tài)工況更多，但
文章來源：東風汽車有限公司東風目產(chǎn)乘用車公司技術(shù)中心

引言
目前，中國排放法規(guī)已經(jīng)由國五NEDC工況切換為國六WLTC工況。WLTC工況相對NEDC工況，瞬態(tài)工況更多，但仍舊是沿用歐洲法規(guī)，和中國特定的實際道路駕駛情形仍有很大的差異。無論使用NEDC工況還是WLTC工況，對應(yīng)的排放結(jié)果均無法準確代表中國的實際道路駕駛情況。

為了使得排放實驗結(jié)果更加貼合中國實際國情，中汽研通過試驗規(guī)劃、數(shù)據(jù)采集與處理、權(quán)重因子開發(fā)、工況合成、工況驗證等環(huán)節(jié)，獲取相應(yīng)城市連續(xù)采集車輛運行數(shù)據(jù)，確定工況特征參數(shù)，計算不同速度區(qū)間的權(quán)重等，確定了具體的運動工況和怠速時長，最終組合作成CLTC工況曲線。且CLTC工況預(yù)計在國七排放法規(guī)上將正式使用。在節(jié)能減排的背景下，排放限值越加嚴苛，因此針對將來要采用的CLTC工況，必須提前研究，發(fā)現(xiàn)可能存在的相關(guān)課題并提出解決課題的技術(shù)方案。本文在1臺滿足國6b排放標準的車輛上分別進行WLTC工況和CLTC工況排放實驗，通過對實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)進行解析來把握CLTC工況的排放特性，為將來國七法規(guī)對應(yīng)開發(fā)提供參考經(jīng)驗。

1CLTC工況特性分析
CLTC工況曲線如圖1藍線所示。
和國六的WLTC工況對比，CLTC的主要工況特性差異見表l。
其中，對排放影響較大的主要是以下三點：
①CLTC測試循環(huán)里程下降約37.6%。
②對起停車輛來說，CLTC工況的起停次數(shù)增加了3次。
③CLTC冷起動階段起步時的需求功率較WLTC低。
本文將結(jié)合實驗數(shù)據(jù)和上述工況的主要差異點，來分析CLTC工況的排放特性。

2實驗準備和數(shù)據(jù)解析
本次實驗測試設(shè)備為奧地利AVL公司的4WD輕型車用底盤測功機、日本HORIBA公司的MEXA7400排氣分析儀。車輛在轉(zhuǎn)鼓上進行實驗時，車輛尾氣經(jīng)過稀釋后，通過取樣袋收集，在實驗結(jié)束后由分析儀自動分析得到結(jié)果。排放實驗時的測最系統(tǒng)組成如圖2所示。

本次實驗車輛為中國市場上銷售的滿足國6h排放法規(guī)的某車型A,排放工況為WLTC以及CLTC工況，實驗條件對比信息見表2。WLTC工況和CLTC工況的兩次實驗結(jié)果見表3。

從實驗結(jié)果來看，可以看出CLTC工況下的CO&THC(NMHC)較WLTC工況惡化嚴重，而NOx&PN則有所下降。
本文重點分析常規(guī)排放物COTHC和NOx的情況。三種排放物的總排放量見表4。

WLTC工況和CLTC工況的co和THC的總排放量(g)比較接近，而CLTC的NOx總排放量則較低。下面逐項分析實驗里程、冷起動階段和起停對CLTC排放的影響。
2.1實驗里程縮短的影響
因為CLTC的實驗里程相對WLTC較短，即使兩個工況下的CO&THC的總排放(g)比較接近，CO&THC的最終排放(mg/km)也會出現(xiàn)較大的惡化；而CLTC的NOx的總排放量（g)雖然降低約53%，但最終NOx的實驗結(jié)果(mg/km)下降只有25％左右。
這個現(xiàn)象最根本的原因是因為內(nèi)燃機排放主要集中在冷卻液溫度較低階段，當發(fā)動機充分熱機后，排放會逐漸下降，如圖3所示。計算測試循環(huán)排放結(jié)果時，公式為（總排放量／里程），隨著冷卻液溫度升高，里程增加，總排放量的增加比例小于總里程增加比例，因此里程更短的CLTC循環(huán)的排放結(jié)果(mg/km)較WLTC要高。
2.2冷起動階段的差異
對于汽油車，常溫冷起動狀態(tài)下，催化劑激活之前的排放在整個排放測試循環(huán)中所占的比重較大。從圖3的排放趨勢也可以看出，無論WLTC還是CLTC工況，這兩個工況下的冷起動階段排放占比都較大。同時二者的冷起動階段的排放也有所差異，因此重點對冷起動階段進行分析。
對比0~100s的排放數(shù)據(jù)，如圖4所示。
可以看出，CLTC在0~10隊的車速和加速度均較低，導(dǎo)致其需求功率下降，發(fā)動機負荷較低。這種情況會導(dǎo)致以下兩種變化：

①EOE較低。在0~100s時間段，催化器溫度較低，仍在升溫階段，未完全活化，此時催化器的轉(zhuǎn)化效率較低。
②因為CLTC負荷下降導(dǎo)致排氣溫度下降，催化器的升溫速度也會變慢，對催化器轉(zhuǎn)化率不利。從圖4可以看出，催化器入口溫度在工況20s處相差達50°C左右。
結(jié)合以上兩點，分別計算兩個工況下的EOE、TPE和催化器轉(zhuǎn)化率的差異，結(jié)果如圖5所示。

以本文研究所使用的車輛來看，該區(qū)間的THC&CO的EOE下降約20%，排氣溫度的下降對其轉(zhuǎn)化率影響較小，對應(yīng)的TPE也降低了約20%;NO,的EOE下降了約73%，但由于催化器轉(zhuǎn)化效率的下降，導(dǎo)致TPE下降幅度降低到53％左右。
2起停次數(shù)的影響
每當車輛起停作動后再起動時，為了確保發(fā)動機起動成功，起動階段都進行加濃控制，如圖6所示。可以看出再起動后約3s內(nèi)當量比系數(shù)＞1,空燃比約12.7,遠小于理論空燃比14.7,混合氣是偏濃的。而混合氣偏濃時，對co不利。因此每次起停再起動時，CO均會冒出。

CLTC工況的起停次數(shù)增加，意味著這引起的co排放量也會增加。對于HC,從圖3的HC變化趨勢來看，一般暖車后的HC排放量較小，起停再起動時對HC的影響相比CO要小得多，因此重點考慮co。
分別計算WLTC和CLTC單次起停后再起動時的co惡化量，見表5。

3總結(jié)及建議
本文重點分析了上述實驗里程縮短、冷起動工況以及起停次數(shù)的差異對CLTC工況排放的影響。本文研究的實驗車輛由WLTC到CLTC的排放變化如圖7所示。結(jié)合以上分析，有以下總結(jié)及建議：
1)由于內(nèi)燃機的排放特性，低冷卻液溫度時的排放占比較大，里程縮短導(dǎo)致的排放結(jié)果增加比例是最大的。因此需要探討有效的降低低冷卻液溫度階段排放的手段，或者快速提高發(fā)動機冷卻液溫度等。
2)針對冷起動階段，CLTC工況的EOE下降是有利的，但排氣溫度下降是不利的，若需探討相關(guān)降低排放的方法，可以考慮快速提高催化器溫度的手段，如提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速、推遲點火角，或者采用電加熱催化器等，但需要綜合考慮其他性能的變化。
3)對于起停后再起動時的空燃比波動導(dǎo)致的排放惡化，優(yōu)先考慮是否還可進一步優(yōu)化該區(qū)域的空燃比控制，使得排放性能和起動性能都能滿足各自的目標。
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