基于等速油耗测量的车用发动机匹配优化试验分析方法

黎 程，张 有，杜志良，王念申，周海宁

（1.同济大学，上海2000921；2.潍柴动力上海研发中心，上海201315）

基于等速油耗测量的车用发动机匹配优化试验分析方法

黎 程1,2，张 有2，杜志良2，王念申2，周海宁2

（1.同济大学，上海2000921；2.潍柴动力上海研发中心，上海201315）

基于一台公路运输车辆在试验场内的油耗试验，通过采集发动机电控数据信息和发动机台架试验数据，结合试验场内的整车路试试验方法，得到平均车速、等速百公里油耗、等效整车运行工况在发动机万有特性上的分布等结果，提出了车用发动机在整车上匹配优化的一种新的试验分析方法。

车用发动机优化匹配试验分析方法

1 引言

从发动机到车轮，汽车整个动力传动系统的匹配优化，一直是业内研究的重要课题。各种设计、试验、分析的方法和手段，都已相当成熟。但是，发动机的动力性与经济性，相对于汽车的车速和负荷，是一个非线性系统；用户的使用状态千差万别，难以针对所有汽车、甚至于某一个车型，开发出一个完善的、普遍适用的系统。在乘用车领域，大城市家庭用车、出租车和郊区乡镇地区用车之间，在商用货车领域，城市间高速运输车辆、市区与郊区间的货物接驳车量之间，在商用客车领域，公交车与长途大巴之间，都有很大的使用差异。这种差异，通常通过折衷标定的办法解决。

近年来，随着对细分市场产品的要求不断提高，汽车厂家也在根据不同地区用户的使用需要，推出高原版、出租版、公交版、公路运输版等特定车辆，改善了汽车的实际使用性能，受到用户欢迎[1]。

本文以某车型配套的发动机为例，详细地说明了基于等速油耗测量的车用发动机匹配试验分析方法。可以验证发动机与整车匹配的合理性，寻找动力总成优化的节油潜力，指导整车匹配的开发方向。

2 试验分析体系的总体构思

以试验场试验为基础平台，完整采集样车各档等速运行状态下的行驶时间、行驶里程、燃油消耗量等数据。在台架上完成发动机万有特性试验，获得发动机全工况运行参数。

为了使车辆具有良好的油耗，开发设计时尽量使车辆在实际常用行驶状态下，发动机处于低油耗区。为此必须根据用户可能的实际使用情况，对动力系统进行优化匹配，合理地选择后桥（驱动桥）减速比及变速箱档位数、速比等，以使车辆获得良好的动力性和经济性。

通过近年来对发动机优化匹配的研究，有必要将整车试验与发动机台架试验结合起来整体分析。通过引入变速箱速比、后桥速比、轮胎滚动半径等参数，将发动机万有特性数据进行换算，可以分析车辆在不同档位下发动机的百公里油耗表现。

在发动机电控系统上建立移动数据采集系统，其连接简图如图1所示。通过数据读取单元，将ECU与电脑相连，读取ECU内的发动机运行数据，实时显示并记录下来供分析研究。

图1 数据采集系统简图

3 整车等速运行试验

为研究发动机在车辆动力系统总成上的表现，使用某型号电控发动机所配牵引车进行试验场内等速油耗试验，主要动力总成配置见表1。试验道路选择东风襄樊试验场高环。

表1 试验车辆主要动力总成配置

试验记录的主要参数有：车速、行驶时间、行驶里程、燃油消耗量、发动机转速等。结合发动机台架试验数据，可以得到以下分析结果。

4 试验结果处理分析

4.1 发动机万有特性数据

通过对发动机台架测量的小时耗油量数据进行处理，绘制出最高档及次高档以百公里油耗为等高线的发动机万有特性数据，如图2和图3所示。

图2 最高档百公里油耗万有特性曲线

图3 次高档百公里油耗万有特性曲线

通过对最高档及次高档不同档位下百公里油耗万有特性数据的对比分析得到：当输出扭矩不变时，发动机转速升高，百公里油耗变化很小；当发动机转速不变，百公里油耗随输出扭矩增大而增加；当发动机转速及输出扭矩相同时，最高档的百公里油耗较次高档的百公里油耗要低。

以百公里油耗为纵坐标、车速为横坐标绘制发动机等功率线。通过对最高档及次高档的对比分析，整车车速相同及发动机输出功率相同的条件下，图4中在点划线左上方，次高档耗油较最高档的低；在点划线右下方，最高档耗油较次高档的低。

图4 最高档及次高档状态发动机功率等高线

4.2 结合整车试验数据采用Matlab软件插值计算

对表1样车通过测量整车等速油耗数据，结合最高档及次高档以百公里油耗为纵坐标的发动机扭矩、功率等高线的发动机万有特性数据，采用Matlab软件插值计算发动机等效扭矩。具体数据见表2和表3。

表2 最高档时试验车辆的等速油耗数据

表3 次高档时试验车辆的等速油耗数据

4.3 结果分析

从图5最高档与次高档等速运行工况在万有特性图上的分布图可以发现，在整车等速运行过程中，最高档各车速下发动机等效运行点所处位置并非油耗率最低区域。可使用调整速比及优化发动机经济区位置实现节油。

图5 最高档及次高档运行工况在万有特性图上的分布图

从图6最高档及次高档等速油耗试验数据在等功率图上的分布可以看出，等速50 km/h时最高档与次高档油耗测试值相当，而高于50 km/h车速的最高档油耗较次高档低，而且随着车速的提高越来越低，符合对最高档及次高档以百公里油耗为纵坐标，车速为横坐标的发动机等功率线的对比分析结果。

图6 最高档及次高档等速油耗曲线分布图

5 结论

（1）通过对发动机台架测量的小时耗油量数据进行处理，绘制出最高档及次高档以百公里油耗为等高线的发动机万有特性数据，结合最高档与次高档的功率变化关系可简单分析动力系统的节油潜力。

（2）结合发动机台架试验数据，可以更精确地做出发动机运行等效状态在万有特性图上的分布规律。

1杜志良.车用发动机匹配优化的一种试验分析方法[J].柴油机设计与制造，2010（1）.

An Experimental Analysis Method of Engine Matching Optimization Based on Constant Speed Fuel Consumption Test

Li Cheng1,2,Zhang You2,Du Zhiliang2,Wang Niansheng2,Zhou Haining2
（1.Tongji University,Shanghai,200092,China;2.Weichai Power Co.,Ltd.,Shanghai 201315,China）

Based on a vehicle fuel consumption test in test field,a new experimental analysis method of matching optimization is developed.The distributions of fuel consumption,average speed,vehicle operation conditions on universal characteristics are obtained from the information of the engine control system collected in the field test and from the engine performance data in a test bench.As a result,the new method is formulated based on the distributions result with combination of the vehicle road test method.

engine,matching optimization,experimental analysis method

10.3969/j.issn.1671-0614.2014.01.008

来稿日期：2013-09-21

黎程（1985-），男，试验工程师，主要研究方向为汽车测试技术。