某PHEV車型限扭策略對排放及油耗的影響

成祖權　吳紹君　梁鵬飛

摘 要：本文主要通過測試一臺搭載1.2L渦輪增壓汽油機PHEV車型的WLTC循環工況， 研究使用發動機水溫限扭策略對整車排放及油耗的影響。測試發現，WLTC循環的第一階段，對發動機使用水溫限扭策略能有效降低發動機PN排放和改善油耗。

關鍵詞：限扭 PHEV車型 PN排放 油耗

Effects of Torsion Limitation Strategy on Emission and Fuel Consumption of a PHEV Vehicle

Cheng Zuquan，Wu Shaojun，Liang Pengfei

Abstract：This paper， mainly through testing the WLTC cycle of a PHEV vehicle which equipped with a 1.2L turbocharged gasoline engine， studied the effects of torsion limitation depending on engine water temperature on vehicle emission and fuel consumption. The test found that the used torsion limitation depending on engine water temperature in first phase of the WLTC cycle can effectively reduce engine PN emission and improve fuel consumption.

Key words：torsion limitation， PHEV vehicle， PN emission， fuel consumption

1 引言

近年來，隨著汽車工業的快速發展，汽車在改善人類出行方式的同時，也造成了對環境污染的加重和能源消耗的提升。實現車輛的低排放及低能耗已成為汽車工業可持續發展的重要環節。2016年國家環保局發布的《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》排放標準，要求自2023年7月1日起，所有銷售和注冊登記的輕型汽車應符合本標準要求，其中I型試驗應符合6b限值要求[1]。同時，2020年公布的《關于修改〈乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法〉的決定》也已于2021年1月1日開始實施。可見，為響應國家越來越嚴苛的排放及節能法規要求，降低車輛的排放及油耗已成為各國內汽車企業的首要任務。

本文將主要研究在WLTC循環中使用水溫限扭策略對插電式混合動力汽車（Plug-in hybrid electric vehicles，PHEV）排放及油耗的影響。

2 PHEV汽車及水溫限扭策略簡介

當前的新能源汽車主要有三種形式：插電式混合動力汽車（PHEV：plug-in hybrid electric vehicle）、純電動汽車（EV：electric vehicle）以及燃料電池汽車（FCV：flue-cell electric vehicle）[2]。其中，插電式混合動力汽車，因電池容量大，可外插充電，行駛里程長，可高效應對汽車全工況功效需求等特點，是目前新能源汽車的研究開發熱點之一[3]。從PHEV整車架構分析，因其動力源由傳統發動機和至少一個以上的驅動電機組成，整車工況相對傳統燃油車，除了要對發動機進行控制，還要兼顧對驅動電機的控制以及發動機和驅動電機之間的協同工作，從而增大了WLTC循環工況的復雜程度。為更好的對整車進行控制以滿足排放及油耗法規要求，PHEV汽車的排放及油耗需要從多方面共同優化。

水溫限扭，即PHEV汽車的混合動力控制單元（Hybrid Control Unit，HCU），根據發動機管理系統（Engine Management System，EMS）的發動機水溫來進行對發動機需求扭矩的限制。而傳統燃油車的水溫限扭策略主要是從發動機自身進行限扭，因為當發動機的水溫過高時會導致開鍋，不加以控制甚至會導致發動機失效[4]。區別于傳統燃油車的發動機水溫限扭策略，PHEV汽車的水溫限扭策略是外界需求的主動限值。圖1為PHEV發動機水溫限扭策略的邏輯圖。

具體限扭策略為：HCU參考EMS的發動機水溫，當水溫小于或等于50℃時，對發動機最大需求扭矩限制在70Nm以下。

3 I型試驗測試結果分析

基于一臺搭載1.2L廢氣渦輪增壓汽油機的PHEV汽車，整車測試質量為2125kg，驅動電機為P2+P4結構。根據《GB18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》標準對混合動力電動汽車的試驗要求，PHEV（Plug-in hybrid electric vehicles，插電式混合動力汽車）屬于OCV-HEV（Off-vehicle charging hybrid electric vehicle，可外部充電的混合動力電動汽車）范疇。結合R.3.2.2要求和PHEV車型整車架構特點，我們選擇“選項3”進行試驗，即電量消耗模式I型試驗和電量保持模式I型試驗。本文重要是對電量保持模式I型試驗展開研究，按國6b排放限值對整車尾氣排放結果進行評價。

3.1 水溫限扭對排放的影響

為確保試驗的準確性，兩次試驗均按照完整的“選項3”試驗要求對同一車輛進行試驗，并由同一試驗人員駕駛該車輛。表1為使用水溫限扭策略（下文簡稱限扭）和不使用水溫限扭策略（下文簡稱不限扭）WLTC測試循環尾氣中污染物排放結果。

從結果發現，使用限扭策略較不使用限扭策略，THC由8.44mg/km上升至10.22mg/km，增加3.56%;CO由195.06mg/km上升至238.39mg/km，增加8.67%;NMHC由7.30mg/km上升至8.79mg/km，增加4.25%;N2O由0.47mg/km上升至0.50mg/km，增加0.15%;NOx由11.05mg/km下降至7.77mg/km，減少9.37%;PM由1.17mg/km下降至0.78mg/km，減少13.00%;PN由5.98E+11個/km下降至4.34E+11個/km，減少27.41%。對比限扭策略和不限扭策略排放結果的變化幅度，可見，限扭策略對PN排放貢獻大，如下著重對PN展開分析。