發(fā)動機多態(tài)技術(shù)在商用車降耗的應(yīng)用研究

余仕俠，柯柳強

(1.江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601;2.廣州機械科學(xué)研究院，廣州 510700)

0 前言

21世紀(jì)世界各國政府都在致力于解決兩個問題:降低導(dǎo)致氣候變化的溫室氣體和減少石油消耗、降低對石油的依賴。對應(yīng)于汽車行業(yè)就是通過降低整車燃油消耗來解決上述兩個問題。隨著交通部JT 719-2008《營運貨車燃料消耗量限值及測量方法》［1］和環(huán)保部 GB 22757-2008《輕型汽車燃料消耗量標(biāo)識》［2］兩部法規(guī)的頒布實施，在我國如何降低整車的燃油消耗被推向風(fēng)口浪尖，成為決定各大主機廠商能否符合法規(guī)贏得顧客所必須解決的頭等問題之一。在商用車市場，隨著物流行業(yè)的不斷發(fā)展，顧客對大功率大扭矩的整車動力的需求不斷提高，這與整車燃油消耗降低形成了一個矛盾，擺在了整車和發(fā)動機廠商面前。排放技術(shù)的提高，發(fā)動機由機械控制時代走向了電控時代，電控技術(shù)的精確和靈活性為解決上述矛盾提供了途徑。發(fā)動機多態(tài)技術(shù)是結(jié)合電控功能實現(xiàn)發(fā)動機在整車不同載荷下提供多狀態(tài)的動力輸出，使發(fā)動機始終工作在較經(jīng)濟的區(qū)域，從而降低整車的燃油消耗限值。

1 發(fā)動機多態(tài)技術(shù)原理分析

柴油機噴油技術(shù)經(jīng)歷了傳統(tǒng)的純機械操縱式噴油和現(xiàn)代的電控操縱式噴油這兩個發(fā)展階段。而現(xiàn)代電控噴油技術(shù)的崛起，則應(yīng)歸功于計算機技術(shù)和傳感檢測技術(shù)的迅猛發(fā)展。目前電控噴油技術(shù)已從初期的位置控制型發(fā)展到時間控制型。現(xiàn)代電控發(fā)動機的燃油噴射系統(tǒng)通過發(fā)動機ECU(Engine Control Unit)接收各傳感器傳送來的發(fā)動機運行信息，加以運算處理后控制各執(zhí)行器動作。在ECU內(nèi)，由控制燃油噴射量的MAP圖來控制燃油的噴射時間和噴射量［3－5］。

發(fā)動機多態(tài)開關(guān)技術(shù)是通過ECU兩個針腳的定義，根據(jù)接入的不同電阻值來自動選定發(fā)動機的MAP數(shù)據(jù)，實現(xiàn)限制發(fā)動機的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速的目的，從而使發(fā)動機運行在指定的扭矩、轉(zhuǎn)速區(qū)域中，始終在最佳經(jīng)濟區(qū)域內(nèi)運轉(zhuǎn)，達(dá)到節(jié)油效果。

圖1所示為一款BOSCH公司ECU電控單元多態(tài)控制的定義，ECU中的89針插頭中包含1.62、1.65針腳，在這兩個針腳之間串接一組電阻，不同擋位對應(yīng)不同的阻值，ECU通過檢測不同的電壓值而使發(fā)動機運行在不同的狀態(tài)。不同狀態(tài)所對應(yīng)的扭矩、轉(zhuǎn)速區(qū)域是預(yù)先標(biāo)定的。

發(fā)動機多態(tài)技術(shù)通過扭矩限制功能在ECU數(shù)據(jù)中設(shè)置3個不同的MAP曲線來限制扭矩，每擋MAP曲線通過選擇對應(yīng)開關(guān)來實現(xiàn)省油目的:

開關(guān)在K1時，為正常曲線，滿負(fù)荷狀態(tài)，行車時載重達(dá)到滿載時使用;

開關(guān)在K2時，為2/3曲線，中負(fù)荷狀態(tài)，行車時載重達(dá)到半載左右時使用;

開關(guān)在K3時，為1/3曲線，輕負(fù)荷狀態(tài)，行車時載重達(dá)到空載左右時使用。

圖2所示為不同電阻值選擇對應(yīng)發(fā)動機MAP曲線的限功率限扭矩示意圖。根據(jù)車輛載重情況，選擇相應(yīng)的狀態(tài)開關(guān)(空載－中載－滿載)，實現(xiàn)同一發(fā)動機不同功率擋次，使柴油機始終處于最佳經(jīng)濟區(qū)域內(nèi)運轉(zhuǎn)，來達(dá)到節(jié)約燃油消耗的目的。從圖2可以看出:在相同的扭矩需求情況下，通過空載－半載－滿載的曲線限制可以調(diào)整轉(zhuǎn)速，使發(fā)動機狀態(tài)調(diào)整到經(jīng)濟區(qū)域，從而達(dá)到降低整車油耗的目的。

2 整車實際應(yīng)用

2.1 試驗車輛描述

下面以一款6×2牽引車為例，介紹發(fā)動機多態(tài)技術(shù)在整車上的驗證試驗及分析結(jié)果。表1所示為整車主要參數(shù)。

表1 6×2牽引車整車主要參數(shù)

2.2 試驗方法設(shè)置

整車性能試驗設(shè)置見表2。

表2 整車性能試驗描述

2.3 試驗結(jié)果

設(shè)置1:相同車輛，相同載荷(輕載)，不同駕駛員

圖3和圖4分別顯示了不同駕駛員在空載條件下，由于駕駛習(xí)慣的不同，操縱加速踏板的信號跟蹤情況。不難看出:駕駛員1的駕駛習(xí)慣是喜歡急速踩踏加速踏板，加速信號波動較大較頻繁;而駕駛員2的駕駛習(xí)慣是踩踏加速踏板比較柔和，沒有急加速、急減速的情況，加速信號波動較小，相對穩(wěn)定。通過檢測，駕駛員1的平均百公里油耗為34.37 L/100 km;駕駛員2的平均百公里油耗為32.1 L/100 km，相差2.27 L/100 km。不同的駕駛習(xí)慣對整車油耗有較大的影響。

不同的駕駛習(xí)慣影響到油耗的多少，多態(tài)開關(guān)的使用可以限制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、扭矩，可以主動地改善司機的駕駛習(xí)慣。

設(shè)置2:中載試驗，相同駕駛員，多態(tài)控制

整車中載時，通過ECU記錄并讀取發(fā)動機分別以224和200 kW的功率狀態(tài)在高速上的工況點分布情況，見圖5。

從圖5不難看出:在相同的載荷下，可以通過限扭使發(fā)動機工作在較經(jīng)濟的區(qū)域，而不進(jìn)入大功率高油耗區(qū)域，從而實現(xiàn)整車降耗的目的。通過檢測，224 kW的平均百公里油耗為43.2 L/100 km;200 kW平均百公里油耗為40.6 L/100 km，相差2.6 L/100 km。

設(shè)置3:不同載荷，相同駕駛員，多態(tài)控制

整車綜合油耗和動力性試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同載荷和發(fā)動機功率下的整車車性能

從表3可以看出:在輕載、中載情況下，通過多態(tài)開關(guān)對發(fā)動機功率扭矩進(jìn)行限制，整車經(jīng)濟性有了較大的提升，同時整車動力性指標(biāo)基本保持不變;在重載條件下，如果發(fā)動機采用小功率狀態(tài)，整車動力性和經(jīng)濟性都發(fā)生了明顯的劣化，而采用大功率狀態(tài)反而具有明顯的優(yōu)勢，這一點與商用車向重載大功率化發(fā)展是一致的。通過多態(tài)開關(guān)對發(fā)動機功率扭矩狀態(tài)進(jìn)行選擇，能夠很好地兼顧商用車在實際運行過程中不同載荷情況下整車動力性和經(jīng)濟性的最優(yōu)匹配。

3 結(jié)論

(1)發(fā)動機電控系統(tǒng)多態(tài)開關(guān)技術(shù)通過限制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、扭矩，可以主動改善駕駛員的駕駛習(xí)慣，避免因駕駛習(xí)慣的原因?qū)е掳l(fā)動機工作在高油耗狀態(tài)，幫助用戶控制整車油耗。

(2)對于輕載、中載工況而言，通過多態(tài)開關(guān)定義把發(fā)動機限定工作在中低功率狀態(tài)下，滿足動力需求同時，使發(fā)動機工作在萬有特性的低油耗區(qū)內(nèi)，達(dá)到了降低燃油消耗的目的。

(3)多態(tài)開關(guān)能夠幫助整車在重載和輕載時兼顧對動力性和經(jīng)濟性能的要求，能夠很好地解決兩者之間的矛盾。

(4)如何自動識別整車的載荷狀況，實現(xiàn)發(fā)動機ECU主動切換功率狀態(tài)是今后的研究方向。

【1】交通部能源管理辦公室．JT 719-2008營運貨車燃料消耗量限值及測量方法［S］．北京:人民交通出版社，2008:1－3．

【2】全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會．GB 22757-2008輕型汽車燃料消耗量標(biāo)識［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009:1－3．

【3】余志生．汽車?yán)碚摚跰］．北京:機械工業(yè)出版社，2000．

【4】陳家瑞．汽車構(gòu)造:上冊［M］．北京:人民交通出版社，2001．

【5】劉惟信．汽車設(shè)計［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2006．