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輕型車測試由NEDC向WLTC轉軌 工況切換將改變市場技術格局

發布時間:2019-04-11 16:03 來源: 人民網
  

國六排放標準即將實施,車型測試工況將從國五的NEDC(新標歐洲測試循環)切換為WLTC(全球輕型汽車測試循環)。據了解,相同產品在兩種工況下進行測試,燃油消耗情況往往截然不同,有些車型甚至可能無法滿足試驗及法規要求,因此遭遇暫停銷售或禁售命運。

測試方法變了,考察的重點也變了。這些改變體現在哪些方面?對汽車零部件技術有何導向作用?對于企業的產品規劃又將產生怎樣的影響?車輛測試工況轉換可能帶來的一系列問題,引發業界密切關注。

■ NEDC工況與實際情況脫軌

不少消費者購車后都有過相似的疑惑:汽車4S店展廳內同款車型貼在前窗的工信部“黃標簽”顯示,其在市區工況下油耗不足8L/100km,但車輛在使用過程中的實際油耗往往超過10L/100km。其實,此前工信部標識的車型油耗結果就是通過NEDC工況測試方法獲得的。

由于在較長一段時間內,中國沒有自己的工況標準,所以工信部在排放標準方面借鑒了歐洲曾使用的NEDC工況。它在一定時期內確實促進了我國汽車節能和環保技術的進步,但其自誕生之初就受到外界的質疑,因為在這一套測試體系中,車輛整體的運行工況比較穩定。

據悉,NEDC工況分為市區工況(City)和市郊工況(Highway)兩部分。市區工況由四個市區運轉循環單元組成,即同一過程重復四次;在測試過程中最高車速50km/h,平均車速19km/h,每個循環時間為195秒,共行駛4.052km。市郊工況測試共一個循環,平均車速62.6km/h,有效行駛時間400秒,共行駛6.955km路程。

研究人員在記錄NEDC工況的試驗數據并制圖后發現,車輛在測試中多數時間處于勻速行駛狀況。這種測試沒有充分考慮市區交通堵塞時車輛走走停停的情況,市郊工況更是加速和勻速的測試,發動機會維持較好的工作狀態,因此試驗得到的油耗結果普遍偏低。同時,NEDC測試工況中四個市區循環的測試條件完全相同,導致很多企業在標定發動機時有更多的傾向性,即讓車輛在測試的條件下更多地處在一個相對經濟的工況,從而進一步加劇了實際油耗和工黃標簽”數值的偏差。

另外,在NEDC工況下,與同功率輸出的大排量自然吸氣發動機相比,小排量渦輪增壓發動機一般能夠實現更好的燃油效率及較低的排放,發揮出自身的優勢。所以,在許多采用這一測試標準的國家和地區,小排量渦輪增壓發動機逐漸替代自然吸氣發動機成為市場的主流,企業很大程度上也是為了油耗和排放數值更“好看”。

然而,實際交通路況時時變化,配裝渦輪增壓發動機的車型在頻繁變化的工況下,燃油效率要低于穩定工況的。這就解釋了為什么“黃標簽”的數值頗為理想,但車主無論怎么駕駛,車輛油耗都無法“達標”。這樣一來,工信部標識的油耗對于購車的參考意義被大打折扣。部分業內人士認為,在以NEDC工況為主導的國標條件下,“黃標簽”的油耗數據不僅不具備參考意義,而且限制了一批實際使用中不是很耗油的大排量自然吸氣車型。

■ WLTC工況的改變體現在兩方面

事實上,無論歐洲的NEDC,還是日本的JC08,其測試條件均比較單一,在某些工況或在某些特定車型上都會出現標稱與實際不符的情況。有鑒于此,由日本、美國、歐洲等地的專家共同制定的WLTC工況登上了世界舞臺,其特點是在全世界范圍內收集真實的行駛工況數據,將車輛通過功率/車重分為三個級別(其中目前主要用到的是Class 3b),并針對不同的時速,增加城市擁堵工況的比重。

相比于NEDC,WLTC工況的改變主要體現在兩個方面:車速波動大、怠速工況少,而且沒有特別的規律性;涵蓋更廣的速度區間,測試周期也更長。

WLTC工況中沒有周期性的加速、減速,更好地體現了在不同擁堵程度的路面車速時快時慢的情況;而且,由于工況變化沒有周期性,加大了車企在標定發動機時“耍心眼兒”的難度。另外,相比于NEDC測試體系,WLTC工況的測試周期從1180s延長到1800s,測試平均速度也從34km/h增至46km/h。相比于NEDC工況四個最高車速不到50km/h的城市循環,WLTC更長的測試周期和更高的平均速度,明顯更貼近車輛實際行駛情況,而且更廣的速度區間對車輛綜合性能的考驗也更嚴格。

雖然針對NEDC工況過于平穩的問題進行了改進,但這并不意味著WLTC工況無懈可擊,對于某些實際情況,它依然存在“盲區”。據了解,WLTC工況的測試方法為按照設定的標準加速后再減速,并且在一些減速的工況中摻雜再加速的情況。雖然看起來比較合理,但其加速度并不大,所以與日常駕駛依然存在一些偏差。比如,用25秒從靜止將車速提升到45km/h,其實已是相當漫長的加速過程。我們在日常遇到的實際情況是,駕駛員很可能在10秒左右就已將車速從靜止提升至60km/h了。

另據介紹,WLTC工況中大部分時間的車速要比NEDC工況高許多,但由于平均車速較高,有利于節省燃油,所以理論上來說WLTC工況所得出來的油耗結果仍然偏低。但即便如此,相對于NEDC而言,WLTC工況得出的數據仍具有更大的參考意義。

■ 企業技術路線或將調整

工況的變化給消費者帶來了福音,因為標識油耗的參考意義更大了。但對于車企而言,工況的切換可謂“牽一發而動全身”。在愈發嚴格的油耗法規和排放標準之下,不少企業壓力陡增。據悉,在已施行WLTC工況的歐洲市場,許多在新工況下無法達標的車型不得不退出市場。比如,大眾部分車型因排放不達標而被暫停銷售;寶馬也因為新標準的實施,停止旗下M3車型的銷售。

除了以上這些可見的影響外,WLTC工況還將產生更為深層次的影響,且它們不會在短時間內顯現。比如前文有所提及,NEDC工況的特性,在很大程度上促成了此前小排量渦輪增壓發動機走熱。而在WLTC工況下,小排量渦輪增壓發動機恐怕會“降溫”,大排量自然吸氣發動機的測試結果反而更接近實際情況。事實上,業界已有人提出,這是否意味著被束之高閣的自然吸氣發動機將迎來新的機遇,而小排量渦輪增壓發動機將被“雪藏”?

一家主流自主品牌車企的發動機研發專家認為,工況切換至少表明,不能一味地追求小排量渦輪增壓發動機了。“小排量渦輪增壓發動機的優勢在于平穩工況,但切換到WLTC工況后,相關車型的測試結果可能還不如同功率的大排量自然吸氣發動機。”這位不愿具名的企業人士說。不過,他同時表示,不應否定渦輪增壓技術對汽車行業的貢獻,其為輕量化和小型化提供了發展思路,未來技術路線很可能是并行的,而非取代關系。

其實,無論渦輪增壓還是自然吸氣技術,都存在發展瓶頸。“自然吸氣發動機要想增大功率只能通過兩種方法,即加大排量和提高轉速。但提升轉速到一定程度后,其活塞連桿往復慣性、零部件摩擦阻力、進氣系統負壓等部分的內耗都會明顯提升,所以提升轉速是有瓶頸的。”汽車行業資深專家唐志軍說。從這個角度出發,外界就不難理解寶馬為何放棄此前多年堅持的自然吸氣發動機轉投渦輪增壓陣營了——因為渦輪增壓技術在當時的條件下有更大的潛力可挖。

渦輪增壓技術讓發動機以更小的排量、更小體積和更輕的質量實現了更高的功率和更大的扭矩,但渦輪增壓發動機的油耗相比自然吸氣發動機,并沒有實質性改善。企業要達到乘用車平均油耗2020年降至5L/100km以下的目標,僅靠內燃機的優化難以實現,未來渦輪增壓、自然吸氣、混合動力等技術將并存。

行業視點

上海交通大學機械與動力工程學院內燃機研究所教授呂興才

工況僅是評價手段 技術進步必不可少

我讀到一些新聞報道或研究報告,內容是:對比某一款發動機或某一項具體技術,在兩種測試工況下的表現。這是不嚴謹的,因為用有限的試驗和小樣本數據,得出某一結論并不科學。從本質上說,NEDC更側重于穩態工況,WLTC更注重瞬態和過渡工況,它們無法直接進行比較,我們也無法評價兩類循環工況本身對油耗和排放的影響。發動機技術始終朝著低油耗和低排放方向發展,油耗法規和排放標準的發展亦是如此,測試工況僅僅是評價的一種手段。

事實上,國六排放標準引入顆粒物濃度限制是最大的變化。發動機小型強化及直噴技術可以提高燃油經濟性,得到了業界的公認,但如果要達到顆粒物濃度限制標準,直噴發動機比較“吃虧”,還需采取其他技術措施。目前,不同的技術方案很難同時兼顧油耗、氣體排放、顆粒物排放和動力性的要求,都是各種措施一起上才能解決問題。而針對顆粒物濃度的應對方案是提高噴射壓力,加顆粒捕集器,但這會帶來其他工程問題,講起來比較復雜。

總而言之,與其推斷工況切換將帶來哪些變化,不如說法規標準對油耗、排放的要求越來越高,企業必須采取相應的措施。無論采用什么測試工況,技術進步都必不可少。

博格華納相關技術人員:WLTC工況對技術發展提出更高要求

相比NEDC,WLTC工況下車型的平均速度、最高速度、最大加速度等都有提升,使被檢測產品的負荷增大、油耗增加。與此同時,WLTC怠速比例大幅下降,削弱了怠速啟停和混合動力等技術的節油效果。WLTC工況可能促使發動機研發從一味小型化向尋找適中尺寸過渡。未來,我認為,1.5L~2.0L排量發動機需求將占乘用車產品主流。

WLTC工況對于整車標定的瞬態工況要求更高,瞬態過程油耗和排放占整個運行區間的比例更大。因此,減少大負荷和外特性的加濃必不可少,而在NEDC工況下,整車企業不太關心這方面的情況。

怠速啟停、48V微混等技術在WLTC工況下的節能效果將被弱化。在我看來,未來的標桿動力總成既要上增壓,也要有米勒循環,還要附帶微混系統。另外,不能簡單說NEDC工況促成了小排量渦輪增壓發動機的發展趨勢。渦輪增壓為發動機小型化、輕量化提供了一條適應技術需求的可行之路,以后還會繼續發展。

從技術發展的層面說,由于WLTC對瞬態工況和平均車速的增加,我認增程式混合動力可能更適用。專用于增程式混合動力的高效發動機(如馬自達的均質壓燃技術)將迎來較好的發展前景。48V混動系統可能會向高壓混動系統發展,而發動機將向深度阿特金森-米勒循環發展,減小瞬態運行需求。  結合RDE(真實排放測試)循環,發動機要在保證功率的同時,增加排氣溫度以降低高速加濃區間,改善實際道路排放和油耗。對于渦輪增壓器和排期歧管而言,需要耐受1050℃高溫,對材料和隔熱也提出了更高要求。

(張海天)


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