重型商用车用发动机中国工况研究分析

高翠 GAO Cui；徐龙 XU Long；董秀云 DONG Xiu-yun；马涛 MA Tao

（①内燃机可靠性国家重点实验室，潍坊 261061；②潍柴动力股份有限公司，潍坊 261061）

0 引言

发动机型式检验标准测试循环是判定发动机型式检验合格与否的重要基准，并且测试循环对于产品技术路线选择、产品研发、车辆实际运行排放水平能力有着直接影响。现阶段重型商用车用发动机国六阶段产品型式检验的标准试验循环采用的是欧洲标准体系定义的稳态试验循环（WHSC：world harmonised steady state cycle）和瞬态试验循环（WHTC：world harmonised transient cycle）。但是中国地域广阔，车辆道路运行应用场景与欧美差异较大，为使得测试循环能够更加真实的反映车辆实际道路行驶特征，建立起中国汽车行驶工况的试验循环是十分必要的。

1 术语

1.1 归一化转速系数

归一化转速系数指对发动机实际转速进行规范化处理形成的百分数[1]。

式中：

N为发动机实际转速，单位r/min；

Nidle为发动机怠速转速，单位r/min；

Nrate为发动机额定转速，单位r/min。

1.2 负荷百分数

负荷百分数指发动机某一转速下能够达到的最大扭矩百分数[1]。

2 中国汽车行驶工况

2019年发布的GB/T 38146[1-3]中国汽车行驶工况是汽车标准体系中反应中国车辆实际道路运行特征的系列标准。该标准由三部分构成，各部分发布及实施时间见表1。后续将为我国车辆及发动机产品研发、排放及油耗达标检验提供选择及依据。

表1 中国汽车行驶工况标准

3 发动机中国工况

GBT 38146.3-2021中国汽车行驶工况标准第3部分明确规定了发动机中国试验工况的构成，包括中国发动机稳态试验工况和中国发动机瞬态试验工况。该标准定义工况适用于最大设计总质量大于3500kg的商用车用发动机。

3.1 中国发动机稳态试验工况

中国发动机稳态试验工况（China Heavy-duty Commercial Vehicle Test Cycle-Steady state Cycle，以下简称为CHTC-SC）是由归一化转速系数和负荷百分比组合定义出的13个稳态工况点，CHTC-SC稳态试验循环总时长1800秒，WHSC[4]相比缩短了94秒，CHTC-SC工况分布与WHSC相比，部分工况点分布有着明显差异，具体工况定义见表2。

表2 中国发动机稳态试验工况

3.2 中国发动机瞬态试验工况

中国发动机瞬态试验工况（China Heavy-duty Commercial Vehicle Test Cycle-Transient Cycle，以下简称为CHTC-TC）是由归一化转速系数和负荷百分比构成的1800个逐秒变换工况的发动机瞬态试验工况，工况时长共计1800秒，整体循环组成见图1，图2试验工况落点分布主要分布在发动机万有的中低转速区域且负荷分布较为宽泛。

图1 中国发动机瞬态试验工况定义

图2 中国发动机瞬态试验工况落点

3.3 工况对比分析

3.3.1 稳态试验工况对比分析

以一款重型发动机机型为例，对比分析CHTC-SC与WHSC两个稳态循环。13个稳态工况点中，怠速之外的11个工况点，转速分布变化不大，负荷分布存在明显差异。其中，低负荷工况点增加，负荷百分比低于35%的工况点多达6个工况点，在整个循环工况点中占比达46%，与WHSC相比，负荷低于35%的工况点占比增加23%；负荷百分比100%的工况点减少2个，在整个循环工况点中总占比仅为8%，与WHSC相比，负荷100%工况点占比减少15%；没有负荷50%的工况点，与WHSC相比，占比减少了15%，详细落点分布见图3。

图3 稳态试验工况落点对比分析

3.3.2 瞬态试验工况对比分析

将CHTC-TC试验循环与WHTC[4]进行对比分析，瞬态工况落点分布见图4，整体万有上的落点分布区域差异不大。但从图5所示的瞬态循环对比可以看出，前后两端的差异还是比较大的。CHTC-TC与WHTC相比，怠速工况总占比增加4%，其中循环前600秒负荷明显偏低负荷，且怠速工况CHTC-TC占比达43%，比WHTC循环的怠速占比增加18%，从排放控制开发角度考虑，进一步增大了冷态循环的排放控制难度。循环后400秒的瞬态性显明加剧，从OBD开发角度考虑，需要基于循环差异性，验证各诊断项标定适应性。

图4 瞬态试验工况落点对比分析

图5 瞬态试验循环对比分析

4 结论

①重型商用车用发动机中国工况的发布实施给未来发动机排放与油耗的检验放行测试循环提供了选择，测试循环的应用可行性还需要从应用效果、场景适应性及成本等角度综合考量。②CHTC-SC稳态试验循环与WHSC相比，转速落点分布差异不大，负荷落点分布差异明显，低负荷工况占比增加，其中负荷低于35%的工况点在整个循环中占比达46%，比WHSC占比增加23%。③CHTC-TC瞬态试验循环与WHTC工况相比，怠速工况总占比加大，其中循环前600秒转速/负荷明显偏低速低负荷，且怠速占比增加18%，进一步增大了产品研发的冷态循环排放控制难度，循环后400秒的瞬态性显明加剧，增加了OBD诊断标定适应性验证工作量。