发动机多态技术在商用车降耗的应用研究

2013-03-05余仕侠柯柳强

汽车零部件 2013年4期

余仕侠，柯柳强

(1.江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601;2.广州机械科学研究院，广州 510700)

0 前言

21世纪世界各国政府都在致力于解决两个问题:降低导致气候变化的温室气体和减少石油消耗、降低对石油的依赖。对应于汽车行业就是通过降低整车燃油消耗来解决上述两个问题。随着交通部JT 719-2008《营运货车燃料消耗量限值及测量方法》［1］和环保部 GB 22757-2008《轻型汽车燃料消耗量标识》［2］两部法规的颁布实施，在我国如何降低整车的燃油消耗被推向风口浪尖，成为决定各大主机厂商能否符合法规赢得顾客所必须解决的头等问题之一。在商用车市场，随着物流行业的不断发展，顾客对大功率大扭矩的整车动力的需求不断提高，这与整车燃油消耗降低形成了一个矛盾，摆在了整车和发动机厂商面前。排放技术的提高，发动机由机械控制时代走向了电控时代，电控技术的精确和灵活性为解决上述矛盾提供了途径。发动机多态技术是结合电控功能实现发动机在整车不同载荷下提供多状态的动力输出，使发动机始终工作在较经济的区域，从而降低整车的燃油消耗限值。

1 发动机多态技术原理分析

柴油机喷油技术经历了传统的纯机械操纵式喷油和现代的电控操纵式喷油这两个发展阶段。而现代电控喷油技术的崛起，则应归功于计算机技术和传感检测技术的迅猛发展。目前电控喷油技术已从初期的位置控制型发展到时间控制型。现代电控发动机的燃油喷射系统通过发动机ECU(Engine Control Unit)接收各传感器传送来的发动机运行信息，加以运算处理后控制各执行器动作。在ECU内，由控制燃油喷射量的MAP图来控制燃油的喷射时间和喷射量［3－5］。

发动机多态开关技术是通过ECU两个针脚的定义，根据接入的不同电阻值来自动选定发动机的MAP数据，实现限制发动机的输出扭矩和转速的目的，从而使发动机运行在指定的扭矩、转速区域中，始终在最佳经济区域内运转，达到节油效果。

图1所示为一款BOSCH公司ECU电控单元多态控制的定义，ECU中的89针插头中包含1.62、1.65针脚，在这两个针脚之间串接一组电阻，不同挡位对应不同的阻值，ECU通过检测不同的电压值而使发动机运行在不同的状态。不同状态所对应的扭矩、转速区域是预先标定的。

发动机多态技术通过扭矩限制功能在ECU数据中设置3个不同的MAP曲线来限制扭矩，每挡MAP曲线通过选择对应开关来实现省油目的:

开关在K1时，为正常曲线，满负荷状态，行车时载重达到满载时使用;

开关在K2时，为2/3曲线，中负荷状态，行车时载重达到半载左右时使用;

开关在K3时，为1/3曲线，轻负荷状态，行车时载重达到空载左右时使用。

图2所示为不同电阻值选择对应发动机MAP曲线的限功率限扭矩示意图。根据车辆载重情况，选择相应的状态开关(空载－中载－满载)，实现同一发动机不同功率挡次，使柴油机始终处于最佳经济区域内运转，来达到节约燃油消耗的目的。从图2可以看出:在相同的扭矩需求情况下，通过空载－半载－满载的曲线限制可以调整转速，使发动机状态调整到经济区域，从而达到降低整车油耗的目的。

2 整车实际应用

2.1 试验车辆描述

下面以一款6×2牵引车为例，介绍发动机多态技术在整车上的验证试验及分析结果。表1所示为整车主要参数。

表1 6×2牵引车整车主要参数

2.2 试验方法设置

整车性能试验设置见表2。

表2 整车性能试验描述

2.3 试验结果

设置1:相同车辆，相同载荷(轻载)，不同驾驶员

图3和图4分别显示了不同驾驶员在空载条件下，由于驾驶习惯的不同，操纵加速踏板的信号跟踪情况。不难看出:驾驶员1的驾驶习惯是喜欢急速踩踏加速踏板，加速信号波动较大较频繁;而驾驶员2的驾驶习惯是踩踏加速踏板比较柔和，没有急加速、急减速的情况，加速信号波动较小，相对稳定。通过检测，驾驶员1的平均百公里油耗为34.37 L/100 km;驾驶员2的平均百公里油耗为32.1 L/100 km，相差2.27 L/100 km。不同的驾驶习惯对整车油耗有较大的影响。

不同的驾驶习惯影响到油耗的多少，多态开关的使用可以限制发动机的转速、扭矩，可以主动地改善司机的驾驶习惯。

设置2:中载试验，相同驾驶员，多态控制

整车中载时，通过ECU记录并读取发动机分别以224和200 kW的功率状态在高速上的工况点分布情况，见图5。

从图5不难看出:在相同的载荷下，可以通过限扭使发动机工作在较经济的区域，而不进入大功率高油耗区域，从而实现整车降耗的目的。通过检测，224 kW的平均百公里油耗为43.2 L/100 km;200 kW平均百公里油耗为40.6 L/100 km，相差2.6 L/100 km。

设置3:不同载荷，相同驾驶员，多态控制

整车综合油耗和动力性试验数据见表3。

表3 不同载荷和发动机功率下的整车车性能

从表3可以看出:在轻载、中载情况下，通过多态开关对发动机功率扭矩进行限制，整车经济性有了较大的提升，同时整车动力性指标基本保持不变;在重载条件下，如果发动机采用小功率状态，整车动力性和经济性都发生了明显的劣化，而采用大功率状态反而具有明显的优势，这一点与商用车向重载大功率化发展是一致的。通过多态开关对发动机功率扭矩状态进行选择，能够很好地兼顾商用车在实际运行过程中不同载荷情况下整车动力性和经济性的最优匹配。