新现实主义

WLTP和RDE测试会带来什么?

内燃机汽车会达到什么样的废气排放量和油耗量,这些数据结果主要取决于所使用的测试方法。欧盟规定从 2017 年秋季采用新的测试方法,包括道路交通中的实测。其目的在于减小实验台和实际行驶工况下所测得数据之间的巨大差异。

有一位作者用文中最后一句话警告读者:“耗油量不应界定为实际的油耗量,这种误解会不断地重复出现。”这是沃尔夫冈·彼得斯(Wolfgang Peters)1995年秋季在《法兰克福汇报》上发表的一篇文章内容,介绍了所推行的新欧洲行驶循环(NEFZ) 。它取代了此前使用的“Drittelmix”(1/3混合工况)测试。汽车行业放弃 Drittelmix测试并不是件轻而易举的事情:尤其是那些大排量、大功率的发动机原先从这种测试方法中受益匪浅。这主要是因为在模拟农村道路和高速公路行驶工况下,汽车并没有加速。相反,消费者权益保护者对于新的测试循环表示欢迎,认为这种测试方法更加贴近实际情况。实践中适用以下的物理法则:物体加速需要能量。质量更大的物体,比如更大的汽车,需要更多的能量加速达到更快的速度。在使用了20年之后,新欧洲测试循环现在也将要被取代。欧盟计划从2017年秋季开始根据世界轻型汽车测试规程 (WLTP)确定新车的排放数据。这个规程起先只适用于正在接受型号试验的车型。然而在一年之后,所有汽车生产商都必须根据 WLTP 出示自家新车的排放数据。有一点毫无争议,那就是:新的测试规程比原先的测试方法更加贴近道路上的实际工况。例如,新规程中的平均车速提高了大约三分之一,达到大约时速47公里,最大车速提高至每小时131 公里。除此之外,这个在底盘测功机上完成的测试工况持续时间为半小时,之前的测试时间只有20分钟。显而易见,车辆的标准排放数据在新的测试循环下显著上升,这是因为测试对发动机提出了更高的要求。与此同时,停车的次数减少了,先进的发动机启停系统可以充分发挥其优势。今后我们在测试中还要考虑提高了行驶阻力的车辆选装配置。评判结果时,我们发现换算并不容易:因为新测试方法有几项测试内容与先前的测试方法完全相反的。例如发动机在冷态时的机油还比较粘稠,因此在刚刚启动后的耗油量特别大。WLTP测试持续时间更长,因此开始几分钟耗油量的比重有所下降。另外在 NEFZ 测试中只有急停,而WLTP测试中有速度逐渐降低的时间段,这满足了车辆利用48伏系统回收制动能量的理想条件。 

在一辆采用技术完全相同的汽车上,两种测试循环所得的结果区别有多大,这是很多汽车生产商严防死守的秘密。但也不乏例外情况:欧宝公司2016年就已经主动承诺,针对最常采用的发动机变速箱组合,公司将公布采用两种测试循环所得出的排放数据。测试结果并没有让专家们惊讶:紧凑型车型Astra搭载功率较高的汽油发动机,最大功率可达147 千瓦, 汽油发动机1.6 升。两种测试结果呈现出非常大的差异。在搭配一款六挡手动变速箱后,NEFZ条件下所测得的耗油量为每百公里6.1升,而用 WLTP 测得的数值则为每百公里10.0升。相反,配备 1.6 升柴油发动机 (100千瓦)的欧宝 Mokka X 车型在没有选装配置的情况下用两种测试循环得出的结果完全相同,都是 每百公里4.9升。用户自己的耗油量归根结底是不会变化的。因此只要不涉及二氧化碳整体排放限值,人们可以将这一切视为令人烦心的官方规定而不予考虑,将其束之高阁。从 2021 年起,汽车二氧化碳排放量不得超过每公里 95克。而这个排放限值对于每个汽车厂商而言是单独计算的,取决于实际销售车辆的重量。根据博安咨询集团的一项预测,豪华汽车厂商的整体排放值目前已经达到了每公里 100克。2017 年,欧盟将进一步加大压力,设定一个新的排放限值,该限值要求最迟到2030 年实现。专家们预计,针对乘用车二氧化碳排放的新限值为每公里 75克,相当于每百公里 3.2升汽油耗油量和每百公里2.8升的柴油耗油量。

所有排放极限值基于此前利用NEFZ所测定的数值

转而采用WLTP测试循环也就相当于变相地降低排放限值。欧盟对于这个标准转换工作没有列出具体规划,而是在经过一个观察期之后开始启用特定的换算系数。在短短几年之后,普通的汽车购买者就很少再记得起NEFZ了,这情况与以前的 Drittelmix 一样。您在高速公路上行驶时,可能时不时地超过一辆后保险杠上固定了硕大金属箱的汽车。这时,坐在后排刚刚上学的孩子会问那个东西是什么。坐在前排的父亲就会说起一个遥远的故事:“你知道吗,在几年前出现了一条骇人听闻的新闻。人们发现,汽车在道路上排出的有毒废气比所有人想象的都要多得多。因此,人们决定不再通过实验室的实验来估计汽车所排放的废气,而是在汽车道路行驶过程中利用一个安装在保险杠的微型实验室测量汽车实际排放的废气。”这个虚构的父亲准确地理解了RDE的测量历史。RDE 是“Real Driving Emissions”(实际行驶排放)的缩写,综合了多个新的测量规程,同样将从 2017 年秋季开始生效,其规定将逐步变得愈发严苛。RDE针对的不是无毒的二氧化碳,而是传统意义上尾气中所含有的有害物质,其主要成分是氮氧化合物。RDE 测量在实际的行驶工况下进行,但这并不意味实施这类测试不遵循任何具体的规则。一次有效的测量工况要求汽车必须分别在城市道路、农村道路和高速公路上各行驶 16公里,并且在这过程中必须总共跨越 1200米的海拔高度。车辆载重可达到允许载重总量的最多 90%。为了使测量过程变得不那么轻松容易,规程制定了一个根据平均加速度和平均车速计算出来的动态指标。测试过程中最不利的情况下,上述因素可能会叠加起来,设置重重障碍。今后,道路上新车的排放量将只允许超过暂行NEFZ测试所得排放值的2.1倍。2020年起生效后,车辆排放总量必须遵守的排放极限值是测量值减去可能 50%的测量公差。RDE 规程将先在欧洲实施。目前我们还在讨论是否从 2020年起也在中国推行。WLTP 规程在名称上表现出其普世的功用。其实WLTP起初也只是应用在少数几个地区。例如,从 2018 年起日本将逐渐用 WLTP 取代之前所使用的 JCO8 测试。

新的测试循环,新的商机

如果发动机研发人员被问及新测试方法RDE给他们带去的挑战,他们会画这么一副简单的示意图:x 轴表示发动机转速,y 轴表示输出功率。然后他们在上面画了很多点。如果使用此前的NEFZ测试循环,则这些点在图像左下部构成了一个稠密点云。如果我们使用2017年秋季开始使用的 WLTP 测试循环,点云就会更大一些,而且一直延伸到图像中间。相反,如果采用 RDE 测试,这些点几乎分布在各处。对于未来的发动机而言,这就意味着它们在任何运行状态下都要排放尽可能少的有害物质。要实现这一目标,其实我们已经基本上拥有所有所需的技术,为专业的零配件供应商提供了新的增长机遇。选择性催化还原法 (SCR)为人们提供了一种尾气再处理的技术,可以高效降低柴油发动机的氮氧化物排放。但尽管如此,所有的汽车厂商仍在力求尽可能减少使用还原剂 AdBlue(一种尿素溶液)减少发动机内部产生的原始排放仍旧一如既往地重要。在这方面,废气再循环 (EGR)系统是非常有效的手段。通过使用耐磨损的电动机械执行器可以扩大该系统的运行范围,尤其是在发动机冷启动后的低温工况下。莱茵金属汽车集团所做的试验表明,精心设计废气再循环系统可以将 AdBlue 消耗量从每公里3升降低到每公里1升。对于汽油发动机而言,即将大规模批量生产的微粒滤清器一劳永逸地解决了尾气问题,但汽油发动机现在必须尽可能减小与柴油发动机在油耗量上的差距。对此我们可以使用废气再循环系统,该系统即使在发动机高转速、高负荷的运行工况下仍起作用,此时所喷射的燃油经常要多于燃烧实际所需的量。燃油可以冷却满负荷工况下有时温度超过1000 ℃的发动机组件。向燃烧室输送已经冷却的废气也可以达到同样的效果。莱茵金属汽车集团将研制可相应承受高温负荷的废气再循环组件,并在必要时配备主动式冷却系统。这是莱茵金属汽车集团的一项主要任务。除此之外,新的测试循环还促使汽车动力系统实现电子化,其中也包括了配备48伏车载电机,主要涉及运动型插电式混合动力的汽车。随着驾驶者每一次踩下油门,无论是油耗量还是污染排放量都会急剧升高。如果一部分所需的功率由电动系统产生,那么我们就可以减小这种效应。莱茵金属汽车集团也从发动机辅助系统(例如冷却液泵或者制冷剂压缩机)的电子化趋势中受益,这些辅助系统此前都采用机械式驱动的。