重型商用車用發動機中國工況研究分析

高翠 GAO Cui；徐龍 XU Long；董秀云 DONG Xiu-yun；馬濤 MA Tao

（①內燃機可靠性國家重點實驗室，濰坊 261061；②濰柴動力股份有限公司，濰坊 261061）

0 引言

發動機型式檢驗標準測試循環是判定發動機型式檢驗合格與否的重要基準，并且測試循環對于產品技術路線選擇、產品研發、車輛實際運行排放水平能力有著直接影響。現階段重型商用車用發動機國六階段產品型式檢驗的標準試驗循環采用的是歐洲標準體系定義的穩態試驗循環（WHSC：world harmonised steady state cycle）和瞬態試驗循環（WHTC：world harmonised transient cycle）。但是中國地域廣闊，車輛道路運行應用場景與歐美差異較大，為使得測試循環能夠更加真實的反映車輛實際道路行駛特征，建立起中國汽車行駛工況的試驗循環是十分必要的。

1 術語

1.1 歸一化轉速系數

歸一化轉速系數指對發動機實際轉速進行規范化處理形成的百分數[1]。

式中：

N為發動機實際轉速，單位r/min；

Nidle為發動機怠速轉速，單位r/min；

Nrate為發動機額定轉速，單位r/min。

1.2 負荷百分數

負荷百分數指發動機某一轉速下能夠達到的最大扭矩百分數[1]。

2 中國汽車行駛工況

2019年發布的GB/T 38146[1-3]中國汽車行駛工況是汽車標準體系中反應中國車輛實際道路運行特征的系列標準。該標準由三部分構成，各部分發布及實施時間見表1。后續將為我國車輛及發動機產品研發、排放及油耗達標檢驗提供選擇及依據。

表1 中國汽車行駛工況標準

3 發動機中國工況

GBT 38146.3-2021中國汽車行駛工況標準第3部分明確規定了發動機中國試驗工況的構成，包括中國發動機穩態試驗工況和中國發動機瞬態試驗工況。該標準定義工況適用于最大設計總質量大于3500kg的商用車用發動機。

3.1 中國發動機穩態試驗工況

中國發動機穩態試驗工況（China Heavy-duty Commercial Vehicle Test Cycle-Steady state Cycle，以下簡稱為CHTC-SC）是由歸一化轉速系數和負荷百分比組合定義出的13個穩態工況點，CHTC-SC穩態試驗循環總時長1800秒，WHSC[4]相比縮短了94秒，CHTC-SC工況分布與WHSC相比，部分工況點分布有著明顯差異，具體工況定義見表2。

表2 中國發動機穩態試驗工況

3.2 中國發動機瞬態試驗工況

中國發動機瞬態試驗工況（China Heavy-duty Commercial Vehicle Test Cycle-Transient Cycle，以下簡稱為CHTC-TC）是由歸一化轉速系數和負荷百分比構成的1800個逐秒變換工況的發動機瞬態試驗工況，工況時長共計1800秒，整體循環組成見圖1，圖2試驗工況落點分布主要分布在發動機萬有的中低轉速區域且負荷分布較為寬泛。

圖1 中國發動機瞬態試驗工況定義

圖2 中國發動機瞬態試驗工況落點

3.3 工況對比分析

3.3.1 穩態試驗工況對比分析

以一款重型發動機機型為例，對比分析CHTC-SC與WHSC兩個穩態循環。13個穩態工況點中，怠速之外的11個工況點，轉速分布變化不大，負荷分布存在明顯差異。其中，低負荷工況點增加，負荷百分比低于35%的工況點多達6個工況點，在整個循環工況點中占比達46%，與WHSC相比，負荷低于35%的工況點占比增加23%；負荷百分比100%的工況點減少2個，在整個循環工況點中總占比僅為8%，與WHSC相比，負荷100%工況點占比減少15%；沒有負荷50%的工況點，與WHSC相比，占比減少了15%，詳細落點分布見圖3。

圖3 穩態試驗工況落點對比分析

3.3.2 瞬態試驗工況對比分析

將CHTC-TC試驗循環與WHTC[4]進行對比分析，瞬態工況落點分布見圖4，整體萬有上的落點分布區域差異不大。但從圖5所示的瞬態循環對比可以看出，前后兩端的差異還是比較大的。CHTC-TC與WHTC相比，怠速工況總占比增加4%，其中循環前600秒負荷明顯偏低負荷，且怠速工況CHTC-TC占比達43%，比WHTC循環的怠速占比增加18%，從排放控制開發角度考慮，進一步增大了冷態循環的排放控制難度。循環后400秒的瞬態性顯明加劇，從OBD開發角度考慮，需要基于循環差異性，驗證各診斷項標定適應性。

圖4 瞬態試驗工況落點對比分析

圖5 瞬態試驗循環對比分析

4 結論

①重型商用車用發動機中國工況的發布實施給未來發動機排放與油耗的檢驗放行測試循環提供了選擇，測試循環的應用可行性還需要從應用效果、場景適應性及成本等角度綜合考量。②CHTC-SC穩態試驗循環與WHSC相比，轉速落點分布差異不大，負荷落點分布差異明顯，低負荷工況占比增加，其中負荷低于35%的工況點在整個循環中占比達46%，比WHSC占比增加23%。③CHTC-TC瞬態試驗循環與WHTC工況相比，怠速工況總占比加大，其中循環前600秒轉速/負荷明顯偏低速低負荷，且怠速占比增加18%，進一步增大了產品研發的冷態循環排放控制難度，循環后400秒的瞬態性顯明加劇，增加了OBD診斷標定適應性驗證工作量。