基于整车性能达成的发动机优化需求（续2）

2014-06-24简虎任平

汽车工程师 2014年11期

简虎任平

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心）

1.2 发动机动力性优化

根据发动机转速将发动机转速区段分为3 段，低转速区段为 0～2 000 r/min，中转速区段为 2 000～4 000 r/min，高转速区段为4 000 r/min 以上。低转速主要考察坡道起步及起步加速性能，中转速区段是在全油门加速条件下考察4～6 挡位80～120 km/h 加速时间是否满足动力性要求，高转速区段为考察各挡最高车速性能。

1.2.1 低转速区间段发动机动力性能需求

在发动机低转速区段内，发动机输出扭矩大，主要用于汽车起步，而坡道起步是对发动机低速性能的极限考验，因此依据2 000 r/min20%坡道起步来确认低速区间段的扭矩性能是否满足需求。图2示出在Cruise软件内输入2 000 r/min20%坡道起步工作任务的输出的结果。图2中，离合器经过1 次半联动，车速逐渐增加，发动机转速随着离合开度的降低而减小，但是车速保持提升，说明汽车能够顺利起步，且表1中0～100 km/h 加速时间达到了设计目标。而且100 km 车速出现在3 挡，100 km 加速时间也达到了设计要求，故综合分析认为，在低转速区段发动机动力性能满足设计要求。

1.2.2 中转速区间段发动机动力性能需求

中转速段区间是在驾驶员全油门超车加速条件下考察发动机性能。由表1能够看出，4～6 挡时，加速时间达不到设计目标，动力性能不能满足要求，需要对相应转速区段内发动机扭矩进行优化。4，5，6 挡在80～120 km/h时对应转速范围分别为 2400～3700，1900～2900，1600～2 500 r/min。可以看出，扭矩需要提升的转速范围为1 600～3 700 r/min。同时各挡位发动机转速区间有交集，为保证动力性能够满足要求，在交集转速区间内，采用优化比例最高的进行计算。

由表2可知，4，5，6 挡加速时间降低比例分别为13.2%，8.7%，8.5%。

由运动学原理可知，加速度（a/（m/s2））、速度（v/（m/s））及加速时间（t/s）有以下关系:

式中:v1，v2——速度积分的上下限值，m/s。

加速时间可以通过积分法或图解法求出[1]，在对应速度区间内的面积就是通过此速度区间的加速时间。在速度范围不变的条件下，可以计算出对应的加速度。图3示出汽车的加速度倒数曲线图，图3b 中Δ 的面积为t。

以4 挡80～120 km/h 为例，在此区间段，需要降低加速时间13.2%，相当于将区间面积降低13.2%，因此考虑将在此速度区间划分为N 个小区间，每个区间的Δv 为1。为使整个区间的面积下降13.2%，每个小区间面积均减少13.2%。于是得到加速度倒数曲线下降13.2%，即加速度曲线提高13.2%。同理于5，6 挡。推算出加速度后，由式（3）～（10）可以推算出各挡位转速区间内对应的发动机扭矩。

式中:m——整车整备质量，kg；

Ft——驱动力，N；

Fw，Ff——空气、滚动阻力，N。

式中:ua——车速，km/h；

r——轮胎滚动半径，m；

n——发动机转速，r/min；

i0，ig——主减速器、变速箱速比；

式中:f——滚动阻力系数；

A——迎风面积，m2；

CD——空气阻力系数。

式中:ηT——传动效率。

其中:f0=0.014

其中:δ1=δ2=0.03～0.05

将式（5）和（6）代入式（3），得出发动机扭矩:

假设加速时间需降低ξ（百分比），则相当于加速度需提升ξ，提升后加速度为a（1+ξ），将提升后的加速度代入式（9）推算出提升扭矩为:

根据发动机不同的转速区间，通过上述推导的扭矩公式计算出优化后发动机的扭矩参数及提升比例，如表3所示。整车搭载原发动机时，将发动机转速和扭矩代入由式（3）～（6）计算出的发动机对应转速、对应扭矩下4，5，6 挡的车速及加速度，具体如表4所示。

表3 发动机扭矩的优化

表4 挡位的转速扭矩车速及加速度关系

1.3 发动机经济性优化

在发动机万有特性曲线图上，根据发动机在特定转速所对应的功率下，可以确定单位时间内相应燃油消耗量（Qt/mL）。即:

式中:P——功率，kW；

ρ——燃油体积质量，kg/L；

g——重力加速度，m/s2；

b——燃油消耗率，g/kW·h。

1.3.1 等速油耗判断

原等速油耗在通过降低2.9%后得到等速油耗目标值，并将车速代入式（4）得出发动机转速；由式（5）计算出行驶阻力；由车速与行驶阻力计算出发动机需求功率；由式（13）可计算出发动机对应扭矩；由式（12）可计算出目标燃油消耗率。与当前发动机的燃油消耗率进行对比，得出平均差值比率与目标降低差值比率相同。如表5所示。