不同溫度條件下重型車輛車載空調對油耗及污染物排放的影響研究

【摘要】針對重型車輛車載空調引起的附加油耗和污染物排放問題，分析不同溫度條件下重型車輛車載空調開啟和關閉對油耗及污染物排放的影響，并基于中國重型商用車輛行駛工況（CHTC）進行了轉轂測試，結果表明：高溫條件下空調附加油耗為7%左右，較常溫條件下空調附加油耗（5%左右）更高；重型車輛質量越大，空調系統對總體油耗的影響越小；空調開啟可降低NOx排放量，且高溫條件下的NOx排放量較常溫條件下低；空調開啟會造成粒子數量（PN）和CO2排放量提高。

關鍵詞：重型車輛車載空調 油耗 污染物排放 溫度 中國重型商用車輛行駛工況

中圖分類號：U467.1+2" "文獻標志碼：A" "DOI： 10.20104/j.cnki.1674-6546.20240265

Research on the Effects of Heavy-Duty Vehicle Air Conditioning on Fuel Consumption and Pollutant Emissions under Different Temperature Conditions

Li Huang， Wang Shuaibin， Xiao Wei， Tian Gang

（China Automotive Engineering Research Institute Co.， Ltd.， Chongqing 401122）

【Abstract】For the additional fuel consumption and pollutant emissions caused by heavy-duty vehicle air conditioning， this paper analyzes the effects of turning on or off air conditioning on fuel consumption and pollutant emissions under different temperature conditions. Dynamometer test is performed based on China Heavy-duty commercial vehicle Test Cycle （CHTC）. The test results show that the additional fuel consumption of the air conditioning is about 7% under high temperature， 5% higher than that under normal temperature. The larger the weight of a heavy-duty vehicle， the smaller the impact of the air conditioning system on fuel consumption. Turning on the air conditioning can reduce NOx emission， and NOx emission under high temperature is lower than that under normal temperature. Turning on the air conditioning will cause an increase of Particle Number （PN） and CO2 emissions.

Key words： Heavy-duty vehicle air conditioning， Fuel consumption， Pollutant emissions， Temperature， China Heavy-duty commercial vehicle Test Cycle （CHTC）

1 前言

車載空調能夠調節駕駛室內的溫、濕度，提高乘員的舒適性，但其帶來的油耗增加及污染物排放問題越來越受到重視。

國外相關標準、法規在車載空調系統的油耗和排放測試方面主要分為兩個方向：一是直接對車載空調系統的制冷劑泄漏進行檢測，以國際自動機工程師學會制定的J2763-2015《移動空氣調節系統產生的制冷排放物測定用試驗規程》[1]及歐盟委員會制定的（EC）No.706/2007《空調系統泄漏量實驗條例》[2]為代表；二是采用間接油耗和排放測試方法對由空調系統啟動引起的車輛附加油耗和污染物排放進行檢測，以《美國聯邦法典》（U.S. Code of Federal Regulations）第40冊中的AC17空調測試循環[3]和聯合國歐洲經濟委員會制定的《移動空調測試程序》（Mobile Air-Conditioning Test Procedure）[4]為代表。我國國家標準GB/T 40711.3—2021《乘用車循環外技術/裝置節能效果評價方法 第3部分：汽車空調》[5]為乘用車車載空調節能效果提供了評價方法，該方法采用中國輕型汽車測試循環-乘用車（China Light-duty vehicle Test Cycle-Passenger，CLTC-P）工況檢測車載空調的附加油耗和CO2排放量。

研究成果方面，張旭陽等[6]研究了車載空調對輕型乘用車油耗的影響，對比了新歐洲駕駛循環（New European Driving Cycle，NEDC）、全球統一輕型車輛測試循環（Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle，WLTC）和中國輕型汽車測試循環（China Light-duty vehicle Test Cycle，CLTC）3種工況下的空調附加油耗，發現CLTC工況下空調附加油耗增幅最大。李騰騰等[7]研究了車輛載荷及空調對重型車輛實際道路污染物排放的影響，發現開啟空調會降低NOx的排放量，但會造成粒子數量（Particle Number，PN）增加。趙偉等[8]在轉轂上運行NEDC工況對輕型車輛車載空調進行研究，發現開啟空調會導致車輛部分污染物排放量及油耗不同程度增加。

上述標準和研究的對象多為輕型車輛，近年來，我國重型車輛保有量持續增加，其油耗及污染物排放量相對較高，因此亟需補充完善重型車輛車載空調的相關標準。本文對滿足國家第六階段機動車污染物排放標準的3輛不同類型的重型車輛進行車載空調間接油耗及排放測試，在轉轂上運行中國重型商用車輛行駛工況（China Heavy-duty commercial vehicle Test Cycle，CHTC），研究不同溫度條件下重型車輛車載空調對油耗及污染物排放的影響，以期為重型車輛車載空調能耗管控政策、標準的建立提供數據基礎。

2 油耗及污染物排放試驗

2.1 試驗方案

本文選取滿足國六排放標準的3款不同整車質量的重型柴油車，在環境艙內進行轉轂試驗，分別在空調開啟和關閉狀態下測量油耗及污染物排放量。試驗車輛參數如表1所示，各車輛的后處理系統方案均為柴油機氧化型催化器（Diesel Oxidation Catalyst，DOC）+選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，SCR）+氨逃逸催化器（Ammonia Slip Catalyst，ASC）+柴油機顆粒捕集器（Diesel Particulate Filter，DPF）。

試驗環境溫度為常溫25 ℃和高溫40 ℃，在每種溫度條件下，車輛在空調開啟、關閉時分別運行2個完整循環，3輛車共完成24次循環試驗。試驗車輛均由同一駕駛員操作，車載空調開啟時均設置為制冷模式最大擋位，均關閉車輛門窗保持內循環模式，轉轂阻力設置為對應的滑行阻力。處理數據時，對每2個相同工況循環的數據結果取平均值。試驗環境艙如圖1所示。

2.2 試驗工況

轉轂測試循環采用GB/T 38146.2—2019《中國汽車行駛工況 第2部分：重型商用車輛》[9]規定的CHTC循環。根據試驗車輛的不同類型選取相應的曲線，車輛A、車輛B采用中國重型貨車行駛工況（China Heavy-duty commercial vehicle Test Cycle for Heavy Truck，CHTC-HT），車輛C采用中國半掛牽引車行駛工況（China Heavy-duty commercial vehicle Test Cycle for Tractor-Trailer，CHTC-TT），如圖2所示。

2.3 試驗設備

采用油耗儀測量瞬時油耗及百公里油耗等數據，使用排放分析儀記錄發動機數據、測量污染物瞬時排放量，試驗時環境艙可設置為恒溫。試驗設備參數如表2所示。

3 試驗結果分析

3.1 空調開啟對油耗的影響

車輛空調開啟、關閉時的油耗數據如表3所示。

空調開啟條件下，測試車輛在高溫下的油耗較常溫高，車輛A、車輛B、車輛C的增幅分別為3.96%、6.13%、5.22%，發動機做功的增幅分別為3.82%、5.83%、4.99%，油耗增幅與發動機做功增幅基本一致。

空調關閉條件下，測試車輛在高溫下的油耗較常溫高，這是因為發動機冷卻系統在高溫環境下需要更多能量來維持發動機的正常工作溫度。

計算測試車輛在常溫和高溫條件下空調運行時單位整車質量的附加油耗，如圖3所示?？梢钥闯觯S著車型質量的增加，空調運行時單位整車質量帶來的附加油耗呈遞減趨勢，說明重型車量質量越大，車載空調系統對車輛總體的油耗影響越小。

3.2 空調開啟對污染物排放的影響

按照國家標準GB 17691—2018《重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》[10]監測的污染物（CO、NOx、粒子、CO2），對試驗車輛的污染物排放情況進行分析，常溫和高溫條件下車輛空調開啟、關閉時的污染物排放數據如表4所示。

由表4可知，空調開啟、關閉會造成污染物排放量的差異：

a. 空調開啟后NOx排放量出現降低趨勢，但降幅不明顯，高溫條件下NOx排放量較常溫條件下低。導致該現象的原因可能是NOx催化還原反應需要在較高的溫度下才能進行，而開啟空調與環境溫度升高都能使SCR系統更快達到反應溫度，從而降低NOx排放量。以車輛A為例，不同條件下排氣溫度隨時間的變化情況如圖4所示。常溫空調開啟狀態、常溫空調關閉狀態、高溫空調開啟狀態、高溫空調關閉狀態下的平均排氣溫度分別為230.4 ℃、228.7 ℃、243.4 ℃和237.3 ℃，由此可知，空調開啟與環境溫度升高都會使排氣溫度升高，使SCR系統更快達到反應溫度。

b. 空調開啟會造成PN和CO2排放量升高，且高溫條件下排放量較常溫條件下高。不同溫度條件下PN和CO2排放量的增幅如圖5所示。

c. PN、CO2排放量與油耗緊密相關，排放量變化規律與油耗變化規律一致。其中，CO2排放量增幅與油耗增幅十分接近，粒子經過DPF過濾，吸附效率差異導致增幅規律存在差異。

d. 空調開啟對CO排放量無明顯影響，但高溫條件下的CO排放量較常溫條件下高。

4 結束語

本文研究了不同溫度條件下3款重型車輛車載空調開啟和關閉對整車油耗和污染物排放的影響，結論如下：

a. 常溫條件下空調附加油耗在5%左右，高溫條件下空調附加油耗在7%左右，高溫條件下空調附加油耗更高。

b. 重型車輛整車質量越大，空調系統對總體的油耗影響越小。

c. 空調開啟使NOx排放量出現降低的趨勢，高溫條件下NOx排放量較常溫條件下低；空調開啟還會造成PN和CO2排放量升高，CO2排放量增幅與油耗增幅具有一致性，受DPF影響，PN增幅存在差異；空調開啟造成的CO排放量差異無明顯規律，但高溫條件下CO排放量較常溫條件下高。

為進一步分析和驗證引起油耗和污染物排放差異的原因，后續還需引入駕駛室尺寸、空調功率等條件。

參考文獻

[1] SAE International. Test Procedure for Determining Refrigerant Emissions from Mobile Air Conditioning Systems： SAE J2763-2015[S/OL]. （2015-02-20）[2024-09-18]. https：//www.sae.org/standards/content/j2763_201502/.

[2]" "European Parliament and Council. Commission Regulation （EC）： No.706/2007[S/OL]. （2007-06-22）[2024-09-18]. https：//eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/？uri=CELEX：32007R0706.

[3] U.S. Code of Federal Regulations Title 40 Chapter I： Environmental Protection Agency[S/OL]. （2024-11-06）[2024-11-08]. http：//www.ecfr.gov/cgi-bin/textidx？SID=3c7a01f0bf8375057e581df8a7a3c7beamp;node-se40.19.86-11869-612amp;rgn=div8.

[4]" United Nations Economic Commission for Europe. Mobile Air-Conditioning Test Procedure[S/OL]. （2012-06-08）[2024-09-18]. https：//unece.org/fileadmin/DAM/trans/doc/2012/wp29grpe/GRPE-64-23.pdf.

[5]" "工業和信息化部. 乘用車循環外技術/裝置節能效果評價方法 第3部分：汽車空調： GB/T 40711.3—2021[S]. 北京： 中國標準出版社， 2021.

Ministry of Industry and Information Technology. Off-Cycle Technology/Device Energy Saving Effects Evaluation Methods for Passenger Cars—Part 3： Automotive Air Conditioner： GB/T 40711.3—2021[S]. Beijing： Standards Press of China， 2021.

[6]" "張旭陽， 胡志遠， 韓維維， 等. 空調對輕型乘用車油耗影響的試驗研究[J]. 汽車技術， 2020（5）： 49-54.

ZHANG X Y， HU Z Y， HAN W W， et al. Experimental Research on The Influence of Air Conditioning on Fuel Consumption of Light Passenger Vehicles[J]. Automobile Technology， 2020（5）： 49-54.

[7]nbsp; "李騰騰， 汪曉偉， 凌健， 等. 車輛載荷和空調對重型車實際道路排放的影響[J]. 小型內燃機與車輛技術， 2021， 50（1）： 75-78.

LI T T， WANG X W， LING J， et al. Effects of Vehicle Load and Air Conditioner on Real Driving Emissions of Heavy-Duty Vehicle[J]. Small Internal Combustion Engine and Vehicle Technique， 2021， 50（1）： 75-78.

[8]" "趙偉， 趙亮， 王玉偉， 等. 汽車空調對汽車污染物排放及油耗的影響[J]. 制冷與空調， 2019， 19（5）： 58-61+70.

ZHAO W， ZHAO L， WANG Y W， et al. Influence of Vehicle Air-Conditioning on Vehicle Emissions and Fuel Consumption[J]. Refrigeration and Air-Conditioning， 2019， 19（5）： 58-61+70.

[9]" "工業和信息化部. 中國汽車行駛工況 第2部分：重型商用車輛： GB/T 38146.2—2019[S]. 北京： 中國標準出版社， 2019.

Ministry of Industry and Information Technology. China Automotive Test Cycle Part 2： Heavy-Duty Commercial Vehicles： GB/T 38146.2—2019[S]. Beijing： Standards Press of China， 2019.

[10] 生態環境部. 重型柴油車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）： GB 17691—2018[S]. 北京： 中國標準出版社， 2019.

Ministry of Ecology and Environment. Limits and Measurement Methods for Emissions from Diesel Fuelled Heavy-Duty Vehicles （CHINA VI）： GB 17691—2018[S]. Beijing： Standards Press of China， 2019.

（責任編輯 白 夜）

【引用格式】 李璜， 王帥濱， 肖偉， 等. 不同溫度條件下重型車車載空調對油耗及污染物排放的影響研究[J]. 汽車工程師， 2025（4）： 44-48.

LI H， WANG S B， XIAO W， et al. Research on the Effects of Heavy-Duty Vehicle Air Conditioning on Fuel Consumption and Pollutant Emissions under Different Temperature Conditions[J]. Automotive Engineer， 2025（4）： 44-48.