多態開關技術對提高汽車燃油經濟性的研究

尹文杰

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710020）

多態開關技術對提高汽車燃油經濟性的研究

尹文杰

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710020）

文章對某運輸車在多種工況下的燃油消耗量進行計算，定量分析多態開關技術對提高汽車燃油經濟性的效果。

多態開關技術；燃油經濟性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.041

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-126-03

引言

近年來，各大發動機廠家相繼研發了多態開關技術。濰柴BOSCH電控系統的多態開關技術，通過限制發動機的扭矩和轉速,使發動機運行在指定的扭矩、轉速區域中，從而達到降低燃油消耗的目的。多態開關技術對提高汽車燃油經濟性的效果，一直采用整車試驗的方法，試驗的結果受駕駛員和環境的影響很大，每次試驗結果的差別也較大，不能夠準確反映多態開關的節油效果。

文章利用MATLAB軟件，計算某運輸車在不同工況下的燃油消耗量，定量分析多態開關技術對提高汽車燃油經濟性的效果。

1、多態開關技術原理

發動機多態開關技術是在發動機ECU的1.62、1.65兩個針腳之間串接一組電阻，不同檔位對應不同的阻值。多態開關有3檔，分別為空載、中載和重載，電阻值分別為9.8kΩ、 4.2kΩ、1.5kΩ，見圖1。

發動機ECU通過檢測不同的電壓值，使發動機運行在不同的功率狀態，從而使發動機運行在預先標定的扭矩、轉速區域中，達到降低汽車燃油消耗的目的。多態開關不同檔位對應的發動機功率是預先標定的，濰柴WP10.375發動機預先標定的功率為240馬力、290馬力和375馬力。

2、燃油經濟性計算

在我國，燃油經濟性常用一定運行工況下汽車行駛百公里的燃油消耗量來衡量，單位為L/100km，其數值越小，燃油經濟性越好。

2.1整車參數

質量參數：整車整備質量11500kg，載質量9000kg，半載總質量16000kg，重載總質量20500kg。

發動機：WP10.375，多態開關功率空載240馬力，中載290馬力，重載375馬力。

變速器：RT-11509C，各檔速比8.29,6.08,4.53,3.36,2.47, 1.81,1.35,1.00。

分動器：ZQC1600，高檔速比0.89。橋：速比5.73。

2.2等速工況燃油消耗量

在一定車速時，汽車單位時間內的燃油消耗量

式中，—單位時間內的燃油消耗量，mL/s；P—發動機的功率，kW；b —燃油消耗率，g/(kW·h)；—柴油的重度，N/L，取γ=8.04N/L。

冶金及材料化學成分分析測試技術與方法、冶金過程與環保檢測、形態/狀態分析、表面/界面及形貌分析等方面具有一定創新性、先進性的研究成果，實驗室管理、標準物質研制、能力驗證與質量控制方案的應用與創新，儀器設備的研制與技術改進，綜述與評論等。

繪制發動機萬有特性曲線，并在其上繪制375、290、240馬力發動機外特性曲線，以及汽車在重載、中載、空載工況最高檔行駛時的需求扭矩曲線，見圖2。圖2中，細實線為發動機等燃油消耗率曲線，粗實線為375馬力、290馬力、240馬力發動機外特性扭矩曲線，點劃線為汽車重載、中載、空載工況最高檔位行駛時的需求扭矩曲線。

從式（1）和圖1可知，汽車在等速行駛時，發動機發出的功率為部分功率，通過多態開關限制發動機的最大功率對燃油消耗量無影響。所以等速行駛時，多態開關對提高燃油經濟性無作用。

同時也可以看出，當汽車加速行駛時，發動機的外特性功率限制了發動機的最大輸出功率，此時使用多態開關，就可限制燃油消耗量。

2.3加速工況燃油消耗量計算方法

根據發動機轉速，計算汽車各檔位的車速

式中：—汽車行駛速度，km/h；r—車輪半徑，m；n—發動機轉速，r/min；—變速器傳動比；—分動器傳動比；—橋傳動比。

根據汽車的行駛方程式：

轉質量轉換系數，取=0.04；—行駛加速度，m/s2。可得，各檔位油門全開時的加速度：

對加速度取倒數，對曲線積分，可得各檔位加速時間ti，對曲線積分，可得各檔位加速距離si。

根據式（1），計算汽車的各檔位油耗，對曲線積分，可得各檔位加速油耗，各檔位加速油耗/各檔位加速距離si100，可得加速時各檔位的百公里油耗。

對于換擋加速過程，從1檔換擋加速到最高檔，按照每檔發動機轉速增加到2200r/min時，換入高一檔位，計算得到換擋加速過程的總加速油耗、總加速距離s和總加速時間t，總加速油耗Q/總加速距離s100，可得換擋加速的百公里油耗。

2.4空載加速工況燃油消耗量

對汽車空載工況，計算匹配375、290和240馬力發動機，換擋加速時的燃油消耗量。計算得到各檔位加速度曲線（見圖3），換擋加速百公里油耗-時間t曲線（見圖4）。

從圖3、圖4可得，發動機功率越小，加速度越小，換擋加速時百公里油耗越小。計算得，375馬力發動機的換擋加速的百公里油耗為99.2L/100km，290馬力發動機為72.7L/100km，240馬力發動機為57.0L/100km。按百分比換算，汽車空載時，限制375馬力發動機最大輸出扭矩到240馬力發動機，其換擋加速時百公里油耗可節省42.6，若限制到290馬力發動機，可節省26.7。

2.5中載加速工況燃油消耗量

對汽車中載工況，從上圖2可得，240馬力發動機的外特性曲線已不能滿足汽車最高檔的行駛要求，所以只計算匹配375馬力和290馬力發動機，換擋加速時的燃油消耗量。計算得到各檔位加速度曲線（見圖5），換擋加速百公里油耗-時間t曲線（見圖6）。

計算得，375馬力發動機的換擋加速的百公里油耗為97.4L/100km，290馬力發動機為70.2L/100km。按百分比換算，汽車中載時，限制375馬力發動機最大輸出扭矩到290馬力發動機，其換檔加速時百公里油耗可節省28.0。

2.6加速時間對比

通過多態開關限制發動機的最大輸出功率，可以降低汽車加速時的油耗，同時也會使汽車后備功率降低，加速時間變長。多態開關作用下，加速換擋百公里油耗和加速時間的對比見表1。

表1 加速油耗和加速時間對比

從加速時間對比分析可得，換擋加速時間變長是相對同一載荷工況下不同功率的發動機而言。空載240馬力、中載290馬力與滿載375馬力發動機的加速時間基本相當，也即是根據汽車載荷限制發動機的最大輸出扭矩，只是損失了汽車因載荷變小而增加的動力性，汽車的動力性仍能夠保證。

3、結論

當汽車加速行駛時，發動機多態開關技術在一定程度上可降低燃油消耗量，提高汽車的燃油經濟性。同時，也會導致加速時間變長，但不影響整車的動力性指標。在實際使用中，駕駛員可根據汽車的負載狀態，選擇多態開關合適的檔位，降低汽車的油耗。

[1] 余志生.汽車理論（第2版）[M].北京:機械工業出版社,1999.

[2] 王望予.汽車設計（第4版）[M].北京:機械工業出版社,2004.

[3] 張志涌.精通MATLAB[M].北京:北京航空航天大學出版社,2000.

[4] 藍擎歐Ⅲ柴油機使用保養說明書WP10/WP12.濰柴動力股份有限公司.

The Research of Improving Fuel Economy On Smart Switch

Yin Wenjie
( Shaanxi Heavy-Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710020 )

This paper calculates the fuel consumption of a vehicle in many conditions. The results can give detailed data on the influence of smart switch to improving fuel economy.

Smart switch; Fuel economy

U467.3

A

1671-7988（2015）09-126-03

尹文杰，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院。