国家6排放标准即将实施,车型测试条件将从国家5的新标准欧洲测试循环(NEDC)转变为全球轻型汽车测试循环(WLTC)。据悉,同一个产品在两个条件下测试,燃料消耗情况大不相同,有些车型可能无法满足实验和规定要求,因此将面临停止销售或禁止销售的命运。

测试方法变了,考察的重点也变了。这些变化体现在哪些方面?汽车零部件技术的指南作用是什么?会对企业的产品计划产生什么影响?车辆测试条件转换可能产生的一系列问题引起了业界的密切关注。

NEDC条件和实际情况脱轨

很多消费者在购车后也有类似的疑惑。据汽车4S店展厅内同一车型贴在前窗上的工信部“黄牌”显示,在市中心条件下,燃料消耗不足8L/100公里,但车辆的实际燃料消耗往往超过10L/100公里。事实上,以前工信部识别的车型的油耗结果是通过NEDC工程情况测试方法得到的。(威廉莎士比亚,《北方司法》前情提要)。

长期以来,中国没有自己的工程标准,工信部在排放标准方面以欧洲使用的NEDC工程情况为榜样。(威廉莎士比亚,Northern Exposure(美国电视剧),成功)在一定时期内促进了我国汽车节能环保技术的发展,但从诞生之初就受到外界的质疑。因为在这个测试体系中,车辆的整体运行条件比较稳定。

据悉,NEDC工作条件分为城市工作(City)和郊区工作(Highway)两部分。城市条件由四个城市运营循环单位组成。也就是说,相同的过程重复4次。测试过程中最大速度为50公里/h,平均速度为19公里/h,每个循环时间为195秒,共4.052公里。郊区条件测试共1循环,平均速度62.6公里/h,有效行驶时间400秒,总距离6.955公里。

研究人员记录了NEDC工作条件的实验数据,绘制图纸后,发现车辆在测试中大部分时间都以恒定速度行驶。这个测试没有充分考虑城市交通堵塞时车辆停下来停下来的情况,郊区工作条件进一步加速,是匀速的测试,发动机保持较好的工作状态,因此实验得到的油耗结果普遍较低。另一方面,NEDC测试条件中4个城市循环的测试条件完全相同,很多企业在校准发动机时有更多的倾向性。也就是说,通过让车辆在测试条件下更多地处于相对经济的工作条件,进一步加剧了实际燃料消耗和恐慌标签数据的偏差。(请参见图1)

另外,NEDC的情况是,与相同功率输出的大容量自然吸气发动机相比,小容量涡轮增压发动机一般可以实现更好的燃油效率和更低的排放,从而发挥自己的优势。因此,在许多采用这一测试标准的国家和地区,少量涡轮增压发动机逐渐取代自然吸气发动机成为市场主流,企业也大多为燃料消耗和排放数据“好看”。

但是,实际交通状况时时刻刻都在变化,装有涡轮增压发动机的车型在经常变化的工作条件下,燃油效率必须低于稳定的工作条件。(威廉莎士比亚、涡轮增压发动机、发动机、发动机、发动机、发动机、发动机、发动机)这解释了为什么“黄色标签”的数值很理想,但车主再怎么开车,车辆油耗也不会“达标”。(威廉莎士比亚,Northern Exposure(美国电视),)因此,工信部标注的油耗对购买汽车的参考意义大打折扣。一些业内人士认为,在以NEDC情况为主导的国家标准条件下,“黄标”的油耗数据不仅没有参考意义,而且限制了实际使用中油耗不多的大量自然吸气车型。

WLTC工作条件的变化体现在两个方面。

实际上,欧洲的NEDC和日本的JC08都有单一的测试条件,在某些情况下或某些特定车型上,称呼与实际不符的情况。因此,由日本、美国、欧洲等国家的专家共同制定的WLTC条件登上了世界舞台,其特点是在全球收集实际行驶条件数据,将车辆通过功率/车辆重量分为三个级别(目前主要使用Class 3b),如果时速不同,提高城市拥堵条件的比重。

与NEDC相比,WLTC工作条件的变化主要体现在两个方面。也就是说,车速波动大,怠速工作条件少,没有特别的规律性。涵盖更宽的速度区间,测试周期也更长。(请参见图2)

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WLTC工况中没有周期性的加速、减速,更好地体现了在不同拥堵程度的路面车速时快时慢的情况;而且,由于工况变化没有周期性,加大了车企在标定发动机时“耍心眼儿”的难度。另外,相比于NEDC测试体系,WLTC工况的测试周期从1180s延长到1800s,测试平均速度也从34km/h增至46km/h。相比于NEDC工况四个最高车速不到50km/h的城市循环,WLTC更长的测试周期和更高的平均速度,明显更贴近车辆实际行驶情况,而且更广的速度区间对车辆综合性能的考验也更严格。

虽然针对NEDC工况过于平稳的问题进行了改进,但这并不意味着WLTC工况无懈可击,对于某些实际情况,它依然存在“盲区”。据了解,WLTC工况的测试方法为按照设定的标准加速后再减速,并且在一些减速的工况中掺杂再加速的情况。虽然看起来比较合理,但其加速度并不大,所以与日常驾驶依然存在一些偏差。比如,用25秒从静止将车速提升到45km/h,其实已是相当漫长的加速过程。我们在日常遇到的实际情况是,驾驶员很可能在10秒左右就已将车速从静止提升至60km/h了。

另据介绍,WLTC工况中大部分时间的车速要比NEDC工况高许多,但由于平均车速较高,有利于节省燃油,所以理论上来说WLTC工况所得出来的油耗结果仍然偏低。但即便如此,相对于NEDC而言,WLTC工况得出的数据仍具有更大的参考意义。

企业技术路线或将调整

工况的变化给消费者带来了福音,因为标识油耗的参考意义更大了。但对于车企而言,工况的切换可谓“牵一发而动全身”。在愈发严格的油耗法规和排放标准之下,不少企业压力陡增。据悉,在已施行WLTC工况的欧洲市场,许多在新工况下无法达标的车型不得不退出市场。比如,大众部分车型因排放不达标而被暂停销售;宝马也因为新标准的实施,停止旗下M3车型的销售。

除了以上这些可见的影响外,WLTC工况还将产生更为深层次的影响,且它们不会在短时间内显现。比如前文有所提及,NEDC工况的特性,在很大程度上促成了此前小排量涡轮增压发动机走热。而在WLTC工况下,小排量涡轮增压发动机恐怕会“降温”,大排量自然吸气发动机的测试结果反而更接近实际情况。事实上,业界已有人提出,这是否意味着被束之高阁的自然吸气发动机将迎来新的机遇,而小排量涡轮增压发动机将被“雪藏”?

一家主流自主品牌车企的发动机研发专家认为,工况切换至少表明,不能一味地追求小排量涡轮增压发动机了。“小排量涡轮增压发动机的优势在于平稳工况,但切换到WLTC工况后,相关车型的测试结果可能还不如同功率的大排量自然吸气发动机。”这位不愿具名的企业人士说。不过,他同时表示,不应否定涡轮增压技术对汽车行业的贡献,其为轻量化和小型化提供了发展思路,未来技术路线很可能是并行的,而非取代关系。

其实,无论涡轮增压还是自然吸气技术,都存在发展瓶颈。

“自然吸气发动机要想增大功率只能通过两种方法,即加大排量和提高转速。但提升转速到一定程度后,其活塞连杆往复惯性、零部件摩擦阻力、进气系统负压等部分的内耗都会明显提升,所以提升转速是有瓶颈的。”汽车行业资深专家唐志军说。从这个角度出发,外界就不难理解宝马为何放弃此前多年坚持的自然吸气发动机转投涡轮增压阵营了——因为涡轮增压技术在当时的条件下有更大的潜力可挖。

涡轮增压技术让发动机以更小的排量、更小体积和更轻的质量实现了更高的功率和更大的扭矩,但涡轮增压发动机的油耗相比自然吸气发动机,并没有实质性改善。企业要达到乘用车平均油耗2020年降至5L/100km以下的目标,仅靠内燃机的优化难以实现,未来涡轮增压、自然吸气、混合动力等技术将并存。

行业视点

上海交通大学机械与动力工程学院内燃机研究所教授吕兴才

工况仅是评价手段 技术进步必不可少

我读到一些新闻报道或研究报告,内容是:对比某一款发动机或某一项具体技术,在两种测试工况下的表现。这是不严谨的,因为用有限的试验和小样本数据,得出某一结论并不科学。从本质上说,NEDC更侧重于稳态工况,WLTC更注重瞬态和过渡工况,它们无法直接进行比较,我们也无法评价两类循环工况本身对油耗和排放的影响。发动机技术始终朝着低油耗和低排放方向发展,油耗法规和排放标准的发展亦是如此,测试工况仅仅是评价的一种手段。

事实上,国六排放标准引入颗粒物浓度限制是最大的变化。发动机小型强化及直喷技术可以提高燃油经济性,得到了业界的公认,但如果要达到颗粒物浓度限制标准,直喷发动机比较“吃亏”,还需采取其他技术措施。目前,不同的技术方案很难同时兼顾油耗、气体排放、颗粒物排放和动力性的要求,都是各种措施一起上才能解决问题。而针对颗粒物浓度的应对方案是提高喷射压力,加颗粒捕集器,但这会带来其他工程问题,讲起来比较复杂。

总而言之,与其推断工况切换将带来哪些变化,不如说法规标准对油耗、排放的要求越来越高,企业必须采取相应的措施。无论采用什么测试工况,技术进步都必不可少。

博格华纳相关技术人员

WLTC工况对技术发展提出更高要求

相比NEDC,WLTC工况下车型的平均速度、最高速度、最大加速度等都有提升,使被检测产品的负荷增大、油耗增加。与此同时,WLTC怠速比例大幅下降,削弱了怠速启停和混合动力等技术的节油效果。WLTC工况可能促使发动机研发从一味小型化向寻找适中尺寸过渡。未来,我认为,1.5L~2.0L排量发动机需求将占乘用车产品主流。

WLTC工况对于整车标定的瞬态工况要求更高,瞬态过程油耗和排放占整个运行区间的比例更大。因此,减少大负荷和外特性的加浓必不可少,而在NEDC工况下,整车企业不太关心这方面的情况。

怠速启停、48V微混等技术在WLTC工况下的节能效果将被弱化。在我看来,未来的标杆动力总成既要上增压,也要有米勒循环,还要附带微混系统。另外,不能简单说NEDC工况促成了小排量涡轮增压发动机的发展趋势。涡轮增压为发动机小型化、轻量化提供了一条适应技术需求的可行之路,以后还会继续发展。

从技术发展的层面说,由于WLTC对瞬态工况和平均车速的增加,我认增程式混合动力可能更适用。专用于增程式混合动力的高效发动机(如马自达的均质压燃技术)将迎来较好的发展前景。48V混动系统可能会向高压混动系统发展,而发动机将向深度阿特金森-米勒循环发展,减小瞬态运行需求。

结合RDE(真实排放测试)循环,发动机要在保证功率的同时,增加排气温度以降低高速加浓区间,改善实际道路排放和油耗。对于涡轮增压器和排期歧管而言,需要耐受1050℃高温,对材料和隔热也提出了更高要求。

文:张海天 编辑:庞国霞 版式:刘芯辰

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