淺談發動機附件的節油潛力

吳磊，賀子龍，武煌

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230000)

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淺談發動機附件的節油潛力

吳磊，賀子龍，武煌

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230000)

節能減排的壓力下，傳統燃油車特別是發動機在機械損失方面仍有優化的空間。闡述了發動機的能量分布和機械損失的組成，提出了節油的技術，并整理了各技術的實測結果。結果表明：發動機附件的優化有明顯效果，NEDC工況下最多能節油7.47%。

發動機附件；損失；節油技術；節油效果

0 引言

國家于2012年發布的節能與新能源汽車產業發展規劃(2012—2020年)中明確了燃油經濟性的改善目標：即到2015年，當年生產的乘用車平均燃料消耗量降至6.9 L/100 km，節能型乘用車燃料消耗量降至5.9 L/100 km以下；到2020年，當年生產的乘用車平均燃料消耗量降至5 L/100 km，節能型乘用車燃料消耗量降至4.5 L/100 km以下；商用車新車燃料消耗量接近國際先進水平[1]。

為了保證總體目標的實現，國家近年來陸續頒布了GB 19578-2014《乘用車燃料消耗量限值》、GB 27999-2014《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》、GB 20997-2015《輕型商用車輛燃料消耗量限值》和GB 30510-XXXX《重型商用車輛燃料消耗量限值》征求意見稿等標準，對全系車輛的油耗提出了更嚴格的要求。

法規和市場的雙重壓力下，各主機廠紛紛加快對節油新技術的研究和商品化。新能源汽車是未來的方向，目前處于推廣或示范運營階段，規模和成熟度等有待完善。傳統燃油車在成本和可靠性等方面具備優勢，仍是當前的主流。發動機作為動力源，在改善機械損失特別是驅動附件損失方面還有較大的空間。

1 附件損失分析

發動機將化學能轉換為機械能的過程中，僅小部分用于對外輸出做功，這部分就是有效功，其余被白白浪費掉，見圖1。改善燃油經濟性可從降低排氣損失、冷卻損失、機械損失和泵氣損失等方面入手。

圖1 發動機的能量分布圖

機械損失由摩擦損失、驅動附件損失和泵氣損失三部分組成，其中驅動附件損失約占整個機械損失的10%～20%。發動機正常工作時，需要驅動的耗能附件有：配氣機構、冷卻水泵、潤滑油泵及燃油泵等。整車在實際使用時，冷卻風扇、液壓油泵(助力轉向用)及汽車空調等也會消耗一部分能量[2]。

2 節油技術簡介

在保證整車和發動機正常工作的前提下，通過應用電控技術，采取精準控制的方式，在滿足整車需求的同時，能進一步地降低油耗。識別出的節油技術清單見表1。

表1 節油技術清單-附件損失優化

2.1 高效智能發電機

圖2 高效智能發電機的示意圖

高效智能發電機節油體現在：(1)高效率。即采用高效率電機代替普通電機，相同發電量所消耗的燃料更少。(2)智能。根據車輛狀態控制發電機的輸出電壓，回收減速制動能量來給車輛供電。當車輛減速時，提高發電機輸出電壓，回收制動能量，并將能量通過發電機轉化為電能存儲在蓄電池中；當車輛加速時，降低發電機輸出電壓，蓄電池參與車輛供電，同時減小發動機負載；當車輛勻速時，保證正常輸出電壓，如圖2所示。

2.2 即起即停

當車輛處于發動機怠速工況時(如紅綠燈、短暫停車等)，在滿足一定條件下，起停系統將自動關閉發動機，實現發動機怠速時不運行，從而減少怠速油耗。再次起步時，起動機自動運轉并拖動發動機快速起動。當車速、發動機水溫、傳動鏈狀態、安全判斷等條件均滿足要求時，發動機才能自動停止。任何一個條件不滿足，發動機不能自動停止，見圖3。

圖3 即起即停的示意圖

2.3 電動助力轉向

傳統的液壓助力轉向，無論車輛是否轉向，提供助力的動力轉向泵都在運轉，消耗發動機的功率，而電動助力轉向系統只在轉向時電機才工作，可以減少不發生轉向時這部分的能量消耗。液壓助力轉向和電動助力轉向的示意圖見圖4。

圖4 液壓助力轉向和電動助力轉向的示意圖

2.4 高效空調

傳統空調開啟后，按某一固定排量進行制冷。如圖5所示，高效空調則根據外界環境、整車熱負荷、整車行駛狀況和空調系統壓力來計算和實現壓縮機變排量控制，從而避免過多的能耗浪費。在低負荷下，降低壓縮機排量，降低混入的熱風量；整車急加速時，降低壓縮機排量，保證動力性；同時，回收制動時浪費的動力并轉換為制冷量。

圖5 高效空調的示意圖

3 節油效果測量

在完成性能開發后，在轉轂上進行實車的油耗測量，以驗證每一項節油技術的節油效果。4項技術均是以乘用車為研究載體來實現的，因此測試工況為NEDC。通過測量運用節油技術前/后的油耗，就能獲得每一項技術的節油效果。每次試驗的邊界應保持一致，以減小試驗的測試誤差，如結果偏差較大，需重新試驗。對于改變電量的技術如高效智能發電機，還應測試車輛的用電量和油電轉換效率。對于高效空調，還需注意光照條件和空調開啟的風量及檔位。試驗結果見表2。

表2 各技術節油效果

4 結束語

不考慮節油技術在不同車輛上的差異和節油技術之間的相互影響，通過優化發動機附件損失，NEDC工況下最多可以節油7.47%，且開空調的油耗能改善5.1%。

研究單項技術時，應考慮其他性能如NVH、排放、電平衡、可靠性和操縱穩定性等的影響。集成多項技術時，還應考慮控制策略和節油效果之間是否存在相互干擾。

【1】中華人民共和國工業和信息化部裝備工業司.節能與新能源汽車產業發展規劃(2012—2020年)印發[EB/OL].http://www.miit.gov.cn/n1146925/n1146557/n1146619/c3072778/comtent.html,2012-07-09.

【2】常思勤.汽車動力裝置[M].北京:機械工業出版社,2006.

三花汽零創新成果入圍2017《汽車新聞》PACE獎最終名單

2016年10月11日， 三花汽車零部件有限公司，一家汽車熱管理解決方案供應商，正式入圍2017年《汽車新聞》 PACE大獎的最終名單。這也是中國的汽車企業第一次進入該名單。

PACE大獎作為業界創新的標桿，代表頂尖汽車供應商對業界做出的卓越貢獻，通常被視為汽車界的“奧斯卡金獎”。

三花汽零憑借一款自主研發的電子控制的空調閥門——電子膨脹閥(EXV)入圍最終PACE大獎名單。這款電子膨脹閥可以在行駛工況下，對空調制冷劑的動態變化做出快速反應。三花汽零的電子膨脹閥能夠用于各種不同的控制策略中，從而提升整體空調系統的效率和性能。 自主研發的電子膨脹閥不僅適用于R134a制冷劑系統，同時適用于環保冷媒R1234yf和CO2制冷劑系統。EXV可以實現從零(全關閉狀態)到最大流量的穩定控制。

實驗室臺架試驗已經證明，在一輛常規車的配置下，三花汽零的EXV能夠對制冷劑系統的性能帶來至少10%的提升。試驗標準采用SAE(美國汽車工程師協會)的空調測試標準。EXV對制冷劑快速、穩定、精確地控制，有效降低了壓縮機的負載，從而提高了燃油經濟性、壓縮機可靠性，以及降低了制冷劑系統的噪聲水平。

三花汽零EXV同時可以和電動車電池冷卻器整合成組合件，來更好地控制電池溫度，平衡冷卻器和乘客艙蒸發器之間的制冷劑效率，從而提高了新能源汽車的續航能力。

2017年的《汽車新聞》PACE大獎將于2017年4月3日在美國底特律頒發。

(來源：三花汽車零部件)

Discussion on Fuel-saving Potential of Engine Accessories

WU Lei, HE Zilong, WU Huang

(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd., Hefei Anhui 230000,China)

Under the pressure of energy conservation and emissions reduction, traditional fuel car especially engine has optimizing space in mechanical loss. The energy distribution of the engine and the composition of mechanical loss were expounded, the fuel-saving technologies were proposed and the fuel-saving benefit of each technology was measured.The result shows that the optimization of the engine accessories has obvious effect, under NEDC conditions 7.47% fuel can be saved.

Engine accessories；Loss；Fuel-saving technology；Fuel-saving benefit

2016-07-22

吳磊(1984—)，男，本科，助理工程師，主要研究發動機電控零部件設計開發技術。E-mail:hezilong007@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.10.011

U464

B

1674-1986(2016)10-049-03