典型机外技术对工况法油耗测试结果影响的研究

李 伟，于津涛，杨正军

(中国汽车技术研究中心 北京 100176)

0 引 言

汽车油耗水平一直得到业界内外的广泛关注，而油耗高低是汽车内在因素与外在技术综合作用的结果。目前，发动机已经通过采用轻量化材料，可变排量、可变气门驱动系统，缸内直喷加增压等技术，使油耗相比以前有了大幅降低。近些年来日益兴起的机外技术也对油耗降低产生了不同程度的影响，比较典型的主要包括START&STOP启停装置、低阻力轮胎、能量回收发电机、智能充电系统、电动助力转向等技术，同时车辆是否进行磨合也是测试条件对油耗的一个影响因素。

本文研究这些新技术以及在不同的测试条件下，车辆采用工况法测量油耗变化的情况，得出其影响比例，并对试验测试带来的新问题进行探讨。

1 试验描述

1.1 试验车辆

针对不同的典型机外技术及试验条件，分别选取采用这些技术的试验车辆进行相关试验。选取 3台车辆进行低阻力轮胎的油耗影响试验验证，选取2台试验车辆进行启停装置对油耗影响试验验证，再选取1台试验车辆进行带能量回收发电机装置对油耗影响试验验证。

1.2 试验设备

试验采用满足国Ⅴ标准的测试系统进行试验，主要测试设备和仪器见表1所示。

1.3 试验方案

针对 START&STOP启停装置、低阻力轮胎、能量回收发电机、智能充电系统这些机外技术以及是否磨合、充电的试验条件开展对比试验，所选车辆均进行GB 18352.3-2005中规定的I型冷启动排放试验，采用NEDC工况循环，在每次试验过程中，对车辆油耗进行统计计算。[1]最终确定这些因素对油耗测试的影响比例，并力图在试验过程中加以规范。

表1 试验主要测试仪器和设备Tab.1 Main testing instrumentation

2 试验结果及分析

2.1 磨合条件对油耗的影响

选取同一型号 3台试验车进行磨合条件对油耗影响的试验，按照统一的磨合方法进行，车辆以80,km/h的速度行驶 3,000,km，保持起步平稳，踩踏油门轻缓，避免发动机转速过高的方法进行，车辆在磨合前后试验结果如表2所示。

表2 磨合条件对油耗的影响Tab.2 Influence of running-in condition on fuel consumption

图1 磨合前、后测功机阻力比较Fig.1 Contrast of dynamometer’s resistance pre and post running-in test

由于3台车为同一型号，磨合前3台车阻力基本一致，在图1中用磨合前阻力表示。磨合后3台车分别进行滑行试验，得出各自的测功机施加阻力。从图1中可以看出，磨合后阻力在50,km/h以上时均小于磨合前阻力，随着车速的增加这种趋势越来越大；70,km/h以上时两者相差 10%左右，在车速 120,km/h时最多达到 17%。磨合期间降低了车辆各旋转部件的内阻，进而降低了油耗。

根据现行法规GB 19233-2008，厂家可以选用磨合求渐变系数或者乘以0.92。从目前几个车的结果来看，0.92的系数设定有些偏小。为进一步规范试验，需要对更多车辆进行摸底，统计现有发动机技术对磨合的依赖程度。

2.2 不同轮胎对油耗的影响

轮胎阻力系数的不同，会直接影响滚动阻力和加速阻力，所以会直接影响车辆工况法油耗值。通过对同一型号3台试验车进行低阻力轮胎、普通阻力轮胎油耗试验，研究其对工况法油耗的影响程度。表 2是其他设定不变的情况下，3台试验车仅换装不同阻力轮胎时车辆工况法油耗的试验结果。

表3 不同轮胎对油耗的影响Tab.3 Influence of tyres on fuel consumption

从表3中可以看出，3台试验车换装普通阻力轮胎后，阻力系数增大，油耗均升高，上升油耗量为0.11～0.2,L/100,km，上升变化率为1.7%～3.1%。综合表1和表2可以得出，轮胎阻力对油耗的影响程度要大于磨合条件对油耗的影响。

由于轮胎影响较大，建议对以低阻力轮胎申报低油耗的车型，在试验时需验证试验车辆的一致性。

2.3 启停技术对油耗的影响

发动机启停 STAR&STOP技术可以使车辆在怠速时关闭发动机，并在需要时快速启动，该技术能够有效降低怠速时的油耗，怠速工况的油耗下降会直接影响整个 NEDC工况循环的燃油消耗量。整个NEDC工况循环时间为 1,180,s，其中 ECE阶段怠速工况时间为 240,s，占总时间 780,s的 30.8%，EUDC阶段怠速工况时间为 40,s，占总时间 400,s的 10%，ECE阶段怠速工况比例大于EUDC阶段。

选取2台试验车，进行开启启停装置与关闭启停装置的工况法油耗对比试验，试验结果见表4。

从表4中可以看出，开启启停装置后试验车辆的油耗有较大幅度的下降，降低了 0.4,L/100,km和0.6,L/100,km，下降变化率为 5.3%与 8.82%。对于工况法油耗测试，启停装置启用与否对油耗测试有更为明显的影响，开启启停装置可以大幅降低燃油消耗量。

表4 启停装置对油耗的影响Tab.4 Influence of start&stop device on fuel consumption

图2 1#车EC E工况下启停开、关对比Fig.2 Contrast of switch on-off of Start&Stop of 1# Vehicle under EC E work condition

图3 2#车EC E工况下启停开、关对比Fig.3 Contrast of switch on-off of Start&Stop of 2# Vehicle under EC E work condition

图 2与图 3分别为 1#与 2#试验车冷启动情况下，开启与关闭启停功能时 CO2排放量的对比图。从图中可以看出在怠速阶段，开启启停功能时车辆的CO2排放量明显低于关闭该功能时，而CO2的排放量直接关系到最终燃油消耗量的计算，发动机在怠速时停止工作，减少怠速时 CO2的排放，进而降低整体的油耗水平。

图4为1#试验车开启启停功能，在冷、热启动情况下 CO2排放量的对比图。从图中可以看出在第1个城市循环中，热启动时CO2排放量明显低于冷启动，在剩余的NEDC循环中冷、热启动时CO2排放水平相当，因此 1#试验车热启动情况下油耗为7.0,L/100,km，略低于冷启动情况。

图4 1#车EC E工况下冷、热启动对比Fig.4 Contrast of cold and warm start of 1# Vehicle under EC E work condition

2.4 能量回收系统对油耗的影响

本文选取1台配有能量回收系统的试验车，进行关闭/开启能量回收系统的对比试验，结果如表 5所示。

表5 能量回收系统对油耗的影响Tab.5 Influence of energy recovery system on fuel consumption

从表5中可以看出，启用能量回收系统后油耗降低了 0.5,L/100,km，下降变化率为 6.17%。该系统是将发电机和电池能源管理系统结合使用，在驾驶过程中存储制动和减速时的能量，在加速或启动时再将此部分能量释放出来，从而减少发动机的负担，减少燃料消耗，达到降低油耗的目的。

图5 能量回收系统充放电瞬态图Fig.5 Charge-discharge transient diagram of energy recovery system

图5为能量回收系统充放电瞬态图，图中(- - -)表示关闭能量回收系统时发电机输出电流，(——)表示开启能量回收系统时发电机输出电流。从中可以看出开启能量回收系统时，每个运行工况的减速段都会出现一个电流峰值，这是能量回收系统在存储制动和减速时的能量，而关闭该系统时并没有出现明显的电流变化。在NEDC工况后期由于电瓶电量的消耗，能量回收发电机会持续进入发电状态。

3 结 论

①车辆磨合后可以降低工况法燃油消耗量，其影响比例不大于 2%。车辆磨合后测功机模拟的道路阻力小于磨合前，是造成油耗下降的主要原因。②轮胎阻力系数直接影响滚动阻力和加速阻力，低阻力轮胎的应用可以降低燃耗量，其影响比例为 3%左右，选择最适合的低阻力轮胎能够减少车辆对发动机的功率需求，配合平滑的车身能更好的降低燃料消耗和排放。③NEDC循环工况中 ECE阶段怠速工况时间为240,s占 30.8%，EUDC阶段怠速工况时间为 40,s占10%，启停技术对油耗下降的影响为5%～9%，起到较大的作用。④能量回收系统对油耗降低的影响为6%，该系统回收车辆在制动或惯性滑行中释放出的多余能量，并通过发电机将其转化为电能，再储存在蓄电池中，用于之后的运行，降低了对发动机的依赖，减少了二氧化碳排放。

总之，通过试验研究了解各种机外技术对燃油消耗量的影响，在实验室中采用工况法测量油耗时，应对这些因素加以控制，以便正确的测量车辆油耗。

［1］ 国家环境保总局. 轻型汽车污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ、Ⅳ阶段)[S]. 北京：中国环境科学出版社，2005.

［2］ 郑贺悦，陆红雨，戴春蓓，等. 实验室内车辆油耗测量影响因素研究[J]. 汽车工程，2004(3)：32-35.

［3］ 潘飞，段娜，刘杰．不确定度评定在发动机油耗测试中的应用[J]. 重型汽车，2012(6)：29-31.