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麦娟，喻杨，余俊
重庆长安汽车股份有限公司
【摘要】 为研究现有法规工况下，空调系统对整车燃料消耗量的影响，选取了包括WLTC工况、CLTC工况及RWTC工况开展整车开空调状态下油耗测试，以寻找不同工况下，整车空调系统对油耗的影响程度。本次研究显示，CLTC工况下整车开空调下燃料消耗增量更大，推荐用于评价空调系统能耗变化。
【关键词】 燃料消耗量，开空调，多工况，空调能耗
Study on the Fuel Consumption Test of Vehicle with Air Conditioning Based on Multiple Working Conditions
Mai Juan, Yu Yang, Yu Jun
Chongqing Chang ' an Automobile Co ., Ltd.
Abstract: In order to study the influence of air conditioning system on the whole car fuel consumption under the working conditions of existing regulations.In order to find out the influence of the whole car air conditioning system on fuel consumption under different working conditions,this paper selects the fuel consumption test including WLTC working condition,CLTC working condition and RWTC working condition.This study shows that under CLTC condition,when the whole car is equipped with air conditioning,the increment of fuel consumption is larger,so it is recommended to evaluate the energy consumption change of air conditioning system.
Key words: fuel consumption,air conditioning,multiple working conditions,air conditioning energy consumption
根据GB/T 19233—2020《轻型汽车燃料消耗量试验方法》，测试工况引入WLTC工况和CLTC工况以替换NEDC工况，同时新增3种条件下的燃料消耗量测试方法，分别为低温环境下燃料消耗量试验方法、开启空调制冷状态下燃料消耗量试验方法、高海拔环境下燃料消耗量试验方法，本文主要研究开启空调制冷状态下燃料消耗量试验方法。本文选取5个乘用车样本量，根据GB/T 19233—2020及本企业内部开空调燃料消耗量测试标准，进行包括WLTC、CLTC及RWTC（本企业内部标准工况）多个工况下的燃料消耗量测试，对比分析以获得不同工况下各车型燃料消耗量差异及趋势情况。
按照设备测试原理，采用碳平衡法进行测试，碳平衡法是基于物质守恒定律而进行计算的一种方法。汽油是以C（碳）和H（氢）化合物为主要成分的一种混合物，经过燃烧生成CO（一氧化碳）、CO 2 （二氧化碳）、HC（碳氢化合物）及H 2 O（水），因为空气中含有N 2 （氮气），所以还生成一定量NO x （氮氧化物），其中，燃烧生成物中的C元素均来自于汽油，因此只需要测出汽车尾气中的CO、CO 2 、HC中C的含量，再与汽油燃料中的碳当量进行对比，即获得汽车燃料消耗量结果。
汽油燃料消耗量计算公式如下：
式中， FC 是燃料消耗量，单位为L/100km； D 是288K（15℃）下试验燃料的密度，单位为kg/L； HC 是测得的碳氢排放量，单位为g/km； CO 是测得的一氧化碳排放量，单位为g/km； CO 2 是测得的二氧化碳排放量，单位为g/km。
本次研究选用5辆满足国VI排放标准的车辆为样本，其主要信息统计见表1。
表1 车辆信息表
（续）
本次试验所用测试设备均为全进口先进精密设备，设备信息见表2。
表2 设备信息表
本次研究分别在两种测试标准下测试多种工况下燃料消耗量结果。
根据GB/T 19233—2020标准及要求，各工况下开关空调下燃料消耗量测试流程如图1和图2所示。
图1 开空调燃料消耗量测试流程图
图2 关空调燃料消耗量测试流程图
根据本企业内部标准要求，各工况下开关空调下燃料消耗量测试流程如图3和图4所示。
图3 开空调下燃料消耗量测试流程图
按照GB/T 19233—2020《轻型汽车燃料消耗量试验方法》中附录B及企业内部标准，开展WLTC、CLTC、RWTC（RWTC-C和RWTC-H）四个工况下开空调燃料消耗试验及关空调燃料消耗量试验，测试各工况试验结果。各试验工况对比情况见表3。
图4 关空调下燃料消耗量测试流程图
表3 测试工况对比表
各测试工况示意图如图5所示。
RWTC包括RWTC-C工况（低速工况）和RWTC-H工况（高速工况），为保证工况结果的可比性，对数据处理方式如下：
1）将RWTC-C工况和RWTC-H工况下的结果进行加权，用于和CLTC工况、WLTC工况结果对比分析（原则：RWTC作为一个工况，包括低速部分、中速部分及高速部分），加权计算公式为
式中， FC RWTC 是RWTC-C工况和RWTC-H工况加权后燃料消耗量，L/100km； FC RWTC-C 是RWTC-C工况下的燃料消耗量，L/100km； d RWTC-C 是RWTC-C工况下的里程，km； FC RWTC-H 是RWTC-H工况下的燃料消耗量，L/100km； d RWTC-H 是RWTC-H工况下的里程，km。
2）截取CLTC工况的1部和2部，结果和RWTC-C工况结果对比分析（原则：两个工况下平均车速、最高车速、最高运行车速基本接近），截取工况计算公式为
图5 各工况曲线示意图
式中， FC CLTC（1+2） 是CLTC工况1部和2部加权后燃料消耗量，L/100km； FC 1 是CLTC工况1部的燃料消耗量，L/100km； d 1 是CLTC工况1部的里程，km； FC 2 是CLTC工况2部的燃料消耗量，L/100km； d 2 是CLTC工况2部的里程，km。
3）将各工况整车开空调燃料消耗量以增量的形式展现，即：
式中， FC AC，ON 是开启空调状态下的燃料消耗量，L/100km； FC AC，OFF 是关闭空调系统状态下的燃料消耗量，L/100km。
试验样车在各工况下开空调燃料消耗量如图6所示，对比发现CLTC工况下各车型开空调燃料消耗量最大；对比CLTC（1+2）工况及RWTC-C工况开空调燃料消耗量增量情况，CLTC （1+2） 工况下增量更大。在整个测试循环中空调系统对整车燃料消耗量的影响主要在低速阶段，以4#车为例，如图7所示，CLTC工况及WLTC工况在低速段开空调燃料消耗量增量均较高，中高速段相对低速段而言，增量相对更小一点。而造成此现象的原因为低速段开始之前，车辆乘员舱内温度刚经历过30min的高温、强光照炙烤，车内温度升高，热负荷增大，而低速段为整个试验工况开始，为达到降温效果，压缩机需大负荷工作，此时能量消耗最大；到中高速段时，乘员舱内温度已经降至相对较低的温度，压缩机只需较小负荷维持乘员舱内温度即可。而CLTC工况低速阶段开空调油耗增量明显高于WLTC工况，因为在CLTC工况下，乘员舱内降温速率更慢，压缩机大负荷工作时间变长，相应的燃料消耗量增高，如图8所示。CLTC工况下头部平均温度从最高温度降至目标温度23℃耗时约9min，而WLTC工况下头部平均温度从最高温度降至目标温度23℃耗时约4min，此时能耗差异也接近一半。
图6 各工况下开空调燃料消耗量增量对比
图7 各阶段增量对比
图8 温度变化示意图
通过WLTC工况、RWTC工况及CLTC工况对比，CLTC工况在整车开空调情况下燃料消耗增量更大；CLTC工况为在中国交通环境下，描述特定车辆行驶特征的工况，更接近中国用户的真实行驶路况。在该工况下，整车乘员舱内降温速率相对其他工况降温更慢，空调系统高负荷工作时间更长，开空调状态下燃料消耗量增量更大，有利于反馈空调系统对整车燃料消耗量情况的影响。因此，推荐使用CLTC工况用于评价空调系统能耗变化。
[1]轻型汽车燃料消耗量试验方法：GB/T 19233—2020[S].
[2]轻型汽车燃料消耗量试验方法[S]:GB/T 19233—2008.