不同运转循环下的轻型汽车排放特性研究

李晨贞　徐月云（1-中国汽车技术研究中心　天津　300300　2-国家轿车质量监督检验中心）

不同运转循环下的轻型汽车排放特性研究

李晨贞1，2徐月云1，2
（1-中国汽车技术研究中心天津3003002-国家轿车质量监督检验中心）

摘要：介绍了美国、欧洲等国家和地区的轻型车尾气排放法规运转循环的发展历程及现状。对轻型汽车在不同运转循环FTP75、NEDC和WLTC（第5.3版）下的排放结果进行了分析，并讨论影响排放结果的因素，研究不同运转循环下轻型汽车的排放特性。

关键词：运转循环排放影响因素

引言

随着汽车工业的迅猛发展和汽车保有量的增加，空气质量问题日益严峻，汽车排放污染一直是环境保护工作中重点关注的一方面。国际、国内汽车排放法规也不断修订，以达到更加合理、严格的控制汽车排放污染物的目的。国内对排放法规的研究一直参考欧美等发达国家的排放法规，随着环境问题越来越紧迫，道路的交通状况也发生了一定的变化，近些年国内各相关机构也加大了对排放法规的跟进和研究，不断调整车辆行驶工况以尽量符合国内车辆的实际行驶特征和排放控制要求。但目前国内大部分的研究是针对单一运转循环的分析，未针对目前世界主流的运转循环进行系统性的排放差异分析。本文通过在FTP75、NEDC和WLTC（第5.3版）运转循环下对3辆轻型汽车进行排放测试，对排放特性及排放结果影响因素进行研究和分析。

1　运转循环的发展与现状

车辆行驶工况又称运转循环，是一种测试工具，用于确定车辆污染物排放量和燃油消耗量。车辆典型行驶工况在一定程度上反映所在国的人们交通出行状况，是在调查本国或地区的行驶工况基础上制定出来的，是制定排放或油耗测试方法和标准的基础。

自美国加州1966年开发出世界上第一个车辆行驶工况后，世界各主要汽车生产销售的国家和地区均开展了相关研究和开发，目前已经形成了种类繁多、用途各异的循环工况，约有70多种知名的不同的地方和城市的实际行驶工况。根据国际上排放油耗法规用行驶工况的采用情况，可以将目前全球的车辆和发动机循环工况划分为以下两大类：美国循环工况、欧洲循环工况[1]。此外还有日本循环工况等也广为人知，先后采用了10、10-15和JC08运转循环[2]。目前我国轻型车测试循环使用的是欧洲的运转循环NEDC（New European Driving Cycle）[3]，随着国内自主开发先进排放控制技术车辆和新型动力车辆的紧迫需要，各研究机构和企业开发过一些地域行驶工况，由于中国道路交通状况不同于欧美等国家，现用的NEDC运转循环与我国车辆代表性行驶工况相差很大。

1.1美国运转循环

为改善大气污染状况，减少汽车废气排放量，美国环保局经过研究，于1972年统计出一条关于车辆行驶的时间——速度曲线，用作认证车辆排放的测试程序（简称FTP72）[4]。随后通过相关研究又增加了热启动部分，形成了FTP75运转循环。FTP75运转循环由冷启动循环、瞬态循环及热启动循环三部分组成。第3部分热启动与第1部分冷启动循环曲线完全相同。在第2部分结束后和第3部分之间发动机停机10min。FTP75运转循环全长17.77 km，时长1 874 s，最大车速91.2 km/h，平均车速34.1 km/h。

1.2欧洲运转循环

1.2.1NEDC

NEDC是一种稳态工况，包括市内循环、市郊循环两部分。市内循环部分包括4个模拟市区驾驶状况的运转循环[5-6]，具有低速、低负荷和低排气温度的特性。由于车辆市郊运行比例的增加和NOx排放管理的加严，欧洲于1992年增补了模拟高速行驶工况的部分。后在欧洲Ⅲ/Ⅳ排放法规中加严了对冷启动阶段的排放考核。NEDC运转循环市区部分全长4.052 km，时长780 s，最大车速50 km/h，平均车速19km/h。市郊部分较市区部分车速更高，全长6.955km，时长400 s，最大车速120 km/h，平均车速62.6 km/h。1.2.2WLTC

从2009年起世界车辆协调法规论坛（WP29）开发了WLTC（World Light TestCycle）运转循环。WLTC为瞬态循环，是基于美国、瑞士、印度、欧盟、韩国和日本6个国家或地区车辆实际行驶工况特征开发的[7]。WLTC运转循环涉及较多车辆类别（M1，N1和M2车辆、多种多样的发动机排量等），包括不同的道路类型（城市、乡村、高速公路）以及行驶工况（高峰期、非高峰期、节假日）[7]，被认为是反映车辆实际行驶情况的运转循环。

目前修订的运转循环为WLTC第5.3版，分为市区、郊区、高速和超高速4个部分，全长23.27 km，时长1 800 s，其中市区循环3.12 km，市郊4.74 km，高速7.14 km，超高速8.25 km，最大车速131.3 km/h，平均速度46.54 km/h。

1.3不同运转循环的主要基本统计特征比较

对不同运转循环的时间、里程、平均车速、最大车速、最大减速度、最大加速度和怠速时间比例等主要基本特征进行比较，如表1所示。结果显示不同运转循环之间存在着明显差异，运转循环的时间集中在1 800 s和1 200 s两个时间段左右，平均车速在46 km/h、34 km/h左右。FTP75的加减速度最大，达到了1.78m/s2。NEDC怠速时间比例最高，为24.8%，WLTC（第5.3版）的怠速时间比例仅为13.2%。

表1　不同运转循环的主要基本统计特征比较

2　不同运转循环下的轻型汽车排放特性

2.1试验车辆

小小飞机达到一定高度后，便俨然如降落伞盘旋而下，依然落在场中一角，可以重新拾起，且重新派它向上高升。或当发放时稍偏斜一点，它的归宿处便改了地方，有时随风扬起挂在柳梢上，有时落在各种小摊白色幕顶上，有时又凑巧停顿在或一路人草帽上。它是那么轻，什么人草帽上有了这小东西时，先是一点儿不明白，仍然扬长向在人丛中走去，于是一群顽皮小孩子，小狗般跟在身后嚷着笑着，直到这游人把事弄明白，抓了头上小东西摔去，小孩子方才争着抢夺，忘了这或一游人，不再理会。

试验选取3辆轻型汽车，试验车辆参数如表2所示：

表2 试验车辆参数

2.2测试设备和方法

试验用仪器设备为BURKE公司的4000底盘测功机、HORIBA公司的MEXA-7200/CVS7200轻型车排放污染物测试系统、德国PIERBURG公司的AMA 4000/CVS 2000环境仓定容取样分析系统以及海拔环境仓等设备。除运转循环外，环境条件、车辆状态、阻力设定等均按GB 18352.5-2013《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）》标准的I型试验要求进行设定[8]。运转循环分别为FTP75、WLTC（第5.3版）、NEDC运转循环三种。

2.3不同运转循环下的排放结果分析

排放结果如图1所示，经过对排放结果的对比分析，发现车辆在WLTC（第5.3版）运转循环下的排放结果最高，THC排放平均高出0.05 g/km，CO排放平均高出0.30 g/km。在NEDC运转循环和FTP75运转循环下排放结果有高有低，但是使用较好排放控制技术的车辆（如车型1）在任何运转循环下的排放结果都较低。运转循环是一种测试工具，应该与测试方法和限值要求等共同使用，车辆在FTP75运转循环与NEDC运转循环下的排放结果虽有高有低，但FTP75运转循环采用的限值较低，因此采用FTP75运转循环同样可以达到控制车辆排放的要求。

图1　不同运转循环下轻型汽车排放结果分析

3　车辆排放结果的影响因素分析

3.1冷、热启动的影响

3.2市区循环、市郊循环影响

FTP75第2部分（市区）和第3部分（市郊）都是热启动，不同的是运行平均速度，经过对比发现THC排放在这两部分均比较低，CO排放和NOx排放绝大部分出现在第3部分（市郊），见图3。因此速度对于THC排放几乎没有影响，但是对于CO和NOx排放有一定的影响。

图2　FTP75运转循环下冷启动和热启动阶段排放污染物结果分析

3.3不同计算方法的影响

FTP75、NEDC、WLTC（第5.3版）运转循环都是由几个不同循环部分组成，最终结果的计算方法中每个部分的权重不同，导致排放因子不同，会对车辆排放结果造成一定的影响。

经过简化后的各运转循环的计算公式为：

式中：X为THC、CO、CO2、CH4、NOx、NMHC中任一种污染物；XFTP75等为各运转循环排放因子；XⅠ~XⅣ分别为各运转循环中第1部分排放因子~第4部分的排放因子。

经分析发现车辆排放大部分产生于冷启动阶段（见图4），冷启动阶段的排放污染物占总体排放污染物的比例达60%以上，因此冷启动阶段权重越高，车辆的排放结果也会越高。

图3　FTP75运转循环下市区和市郊排放结果分析

图4　FTP75运转循环下车辆的排放结果

4　结论

车辆运转循环作为一项车辆排放检测的核心技术、一种测量工具，是测试方法和标准的基础，从各车辆不同运转循环排放结果分析来看，车辆排放结果在FTP75、NEDC和WLTC（第5.3版）不同运转循环下的表现有很大差别，计算方法中各部分不同权重的差别、冷启动、热启动、市区行驶、市郊行驶等因素都是轻型汽车排放结果差异的主要影响因素。因此研究和制定更加符合车辆实际行驶特征的运转循环是十分重要的，通过运转循环下轻型汽车排放特性的表现，可以看出控制好车辆的行驶状态有助于有效地控制污染物的排放。

参考文献

1雷伟.武汉市道路轻型车行驶工况与排放特性研究[D].武汉：武汉理工大学，2007

2张建伟，李孟良，艾国和，等.车辆行驶工况与特征的研究[J].汽车工程，2005，27（2）：220-224，245

3柯锦武，兰钦，朱卫庆，等.基于发动机稳态工况预测轻型车排放研究[J].内燃机，2015（1）：21-25

4姜平.城市混合道路行驶工况的构建研究[D].合肥：合肥工业大学，2011

5王艳锋，单超群.NEDC与稳态工况转化的研究[J].内燃机科技，2014：397-405

6张富兴.城市车辆行驶工况的研究[D].武汉：武汉理工大学，2005

7Monica Tutuianu,A lessandro Marotta,Heinz Steven,etal. DevelopmentofaWorld-wideWorldwide harmonized Light duty driving Test Cycle(WLTC)[EB/OL]．http://www.unece. org/fileadmin/DAM/trans/doc/2014/wp29grpe/GRPE-68-03e.pdf,2014-01-07

8环境保护部.GB 18352.5-2013轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段）[S].北京：中国环境科学出版社，2013

中图分类号：U467.1+9

文献标识码：A

文章编号：2095-8234（2015）05-0021-05

收稿日期：（2015-06-21）

作者简介：李晨贞（1986-），女，硕士，工程师，主要从事汽车及其相关产品检测和标准分析研究工作。

A Study on Exhaust Em ission Characteristic in Different Driving Cycles for Light-duty Vehicle

LiChenzhen1,2,Xu Yueyun1,2
1-China Automotive Technology and Research Center（Tianjin，300300,China）
2-National Passenger CarQuality Supervision and Inspection Center

Abstract：In thispaper,we introduced the driving cycles for light-duty vehicle used by the United States and Europeetc.And we studied the exhaustemission characteristicsby comparing theexhaustemission resultsof light-duty vehicle in different driving cycle FTP75，NEDC and WLTC(Ver.5.3）.And we also discussed the factors thatinfluence theexhaustemission results.

Keywords：Driving cycle,Exhaustemission,Influence factors