NEDC工况下主动进气格栅对某车型油耗及关键排放物的影响

刘兴华，杨 鹏，于洪涛，宫庆伟，白 洋，岳广照

Liu Xinghua，Yang Peng，Yu Hongtao，Gong Qingwei，Bai Yang，Yue Guangzhao

（1. 北京理工大学，北京 100081；2. 北京汽车动力总成有限公司，北京 101113；3. 北京汽车股份研究院，北京 101300）

NEDC工况下主动进气格栅对某车型油耗及关键排放物的影响

刘兴华1，杨 鹏1，于洪涛2，宫庆伟3，白 洋2，岳广照1

Liu Xinghua，Yang Peng，Yu Hongtao，Gong Qingwei，Bai Yang，Yue Guangzhao

（1. 北京理工大学，北京 100081；2. 北京汽车动力总成有限公司，北京 101113；3. 北京汽车股份研究院，北京 101300）

为改善某国Ⅴ车型的油耗和排放特性，采用主动进气格栅（Active Grille Shutter，AGS）技术，研究AGS开启角度对整车阻力、整车油耗及关键排放物的影响。通过整车滑行试验（AGS、NO_AGS）确定整车滑行阻力曲线；利用转鼓试验台加载滑行阻力曲线，开展NEDC工况下整车油耗及关键排放物测试。结果表明：安装AGS后油耗平均降低1.47%，CO2排放平均减少1.23%，THC排放减少13.5%，NMHC（非甲烷烃）排放降低15%，CO和NOx排放有所升高，但均处于国Ⅴ排放标准之内。

主动进气格栅；NEDC；整车滑行阻力；油耗；排放

0 引 言

日益严峻的环境和能源问题使得节能型汽车产业化刻不容缓。2012年国务院发布《国家节能与新能源汽车产业发展规划》明确要求到2015年乘用车平均油耗降至6.9 L/100 km，2020年达到

5.0 L/100 km[1]。由于乘用车平均油耗的降低，车企纷纷寻找降低油耗的新技术，主动进气格栅技术就是其中之一。

传统的汽车前进气格栅的设计主要考虑散热方面的功能，使其能满足最恶劣工况下散热风量需求。在实际工况下，该设计不但造成热量损失，也会导致整车阻力上升，进而限制了进一步提升汽车的风阻性能。以普通乘用车为例，车速为90 km/h时，克服行驶阻力所消耗的油耗约占总油耗的25%。车速从90 km/h加速到110 km/h 时，行驶阻力增加约40%，油耗增加约10%～15%[2]。基于减少整车空气阻力的需求，AGS通过优化控制调整前进气格栅的开度来改变其开口面积（Grille Opening Area，GOA），减少发动机前舱进风量，从而减少整车的内循环阻力，进而减少整车滑行阻力及CO2排放。除此之外，AGS能够使整车发动机在合适的温度下工作运转，从而提升发动机的燃烧效率，降低油耗；在整车冷启动的情况下，AGS能够使发动机舱内温度急剧上升到最佳温度，降低该时期的排放值。对于轻型车辆，AGS能够使CO2排放量降低0.5～3 g/km，风阻系数减少0.03[3]。

王文玺[4]等人加载AGS降低油耗0.13 L/100 km。Julien Bouilly[5]等人分别在-7℃和 25℃室温下进行NEDC工况油耗试验；25℃室温下NEDC工况节约油耗1.7%，-7℃室温下NEDC工况节约油耗2.4%。

AGS对整车油耗及排放的最大影响因素为整车阻力的大小，整车阻力越大，整车油耗越高，排放越差。整车滑行阻力是依据GB18352.5—2013中道路滑行试验标准进行整车滑行试验得到，整车油耗及排放结果是依据GB18352.5—2013中整车Ⅰ型试验（常温下冷启动后排气污染物排放试验）标准进行排放试验得到。因此，分别对AGS、NO_AGS整车进行道路滑行试验，得出对应整车的滑行阻力曲线；在 NEDC工况下，加载对应的整车滑行阻力并进行对比整车Ⅰ型试验，得出对应的油耗及排放值；对比并分析两者的油耗及排放值，得出该工况下AGS对整车油耗及排放的影响。

1 AGS滑行试验及结果

试验采用某款SUV，整车参数见表 1，AGS装配图如图1所示。

表1 试验车型参数

图1 AGS装配图

图2 AGS与散热器位置及结构尺寸示意图

AGS置于散热器与原进气格栅之间，控制进入散热器的进气量。如图 2所示，散热器尺寸为600 mm×40 mm，AGS共14个栅叶，每个栅叶尺寸为285 mm×37.5 mm，厚度为6 mm，图中阴影部分为全关闭时的栅叶；依据散热器的尺寸将AGS分为7行格栅，每行有2个栅叶，上方4行格栅，下方3行格栅。0°（0%）为AGS关闭状态，90°（100%）为AGS全开状态。

采取空挡方式使整车车速从125 km/h滑行到15 km/h，并进行多组重复试验，其中平均滑行时间与车速、平均AGS开度关系如图3所示。根据GB18352.5—2013，计算车速和滑行时间并用最小二乘法拟合，得出AGS整车滑行阻力多项式为

滑行阻力收益多项式

由上可得，加载AGS后平均减阻4.4%，当车速在90 km/h以上时减阻不低于5.8%，如图4所示。

图4 滑行阻力对比及阻力收益图

2 AGS整车Ⅰ型试验及试验分析

2.1 整车Ⅰ型试验

转鼓上车辆损失（Vehicle Loss）阻力和转鼓设定（Dyno set）阻力之和模拟了实际道路阻力[6]；测功机前方的鼓风机的转速随着整车车速的变化而变化，从而为整车提供不同的进风气流，使整车的散热状态与实际道路相似，实际运行装置如图5所示。

图5 整车I型试验实际运行装置图

依据GB 18352.5—2013（轻型汽车污染物排放限值及测量方法中国第五阶段）和GB/T 19233—2008（轻型汽车燃料消耗量试验方法）对整车进行Ⅰ型试验（常温下冷启动后排气污染物排放试验），收集整车尾气排放物，运用碳平衡法计算整车油耗。Ⅰ型试验采用NEDC工况进行试验，NEDC含有4个市区工况和1个市郊工况[7]；1个市区工况运行时间为195 s，1个市郊工况运行时间为400 s。

2.2 试验结果

试验中，AGS和NO_AGS 2次试验中车速与NEDC标准车速基本一致，满足整车Ⅰ型试验标准，如图6所示。

图6 整车I型试验与NEDC工况对比图

1）油耗及CO2排放结果

2辆待测车辆Ⅰ型试验油耗及 CO2结果见表2～4，其中，P1阶段为市区工况，P2阶段为市郊工况，WEIGHTED阶段为整个NEDC工况。

表2 NO_AGS整车油耗及CO2排放值

表3 AGS整车油耗及CO2排放值

表4 加载AGS整车降低油耗及CO2排放值

在P1阶段加载AGS后，市区工况油耗降低0.84%，约0.11 L/100km；CO2排放量降低0.78%，约2.46 g/km。

在P2阶段加载AGS后，市郊工况油耗降低1.89%，约0.16 L/100 km；CO2排放量降低1.93%，约3.92 g/km。

在WEIGHTED阶段加载AGS后，降低油耗1.47%，约0.15 L/100 km；CO2排放量降低1.23%，约3g/km。

2）污染物排放结果

该试验车型为M1类车；在GB 18352.5—2013Ⅰ型试验中，M1类车限制排放物有 CO、THC、NMHC和NOx，具体限值见表5。

表5 I型试验排放物限值g/km

如图7～10所示，加载AGS后，排放物中THC在整个工况减少13.5%，P1阶段减少13.3%；排放物中NMHC在整个工况减少15%，P1阶段减少14.2%；NOx、CO排放较原车有所提高，但都处在国Ⅴ标准限值之内。

图7 THC排放对比

图10 NMHC排放对比

2.3 试验结果分析

结合试验中排放物秒采结果，并分析AGS对整车的影响因素，得出以下几点。

1）整车阻力减少，导致油耗及CO2排放降低。

依据运行时间进行计算，加载AGS后P1阶段平均减阻5 N，P2阶段平均减阻20 N。此外，如图11所示，整个NEDC中加载AGS后CO2瞬态排放量都比原车少，P2阶段排放量减少更多。因此，AGS降低油耗，减少CO2排放，在P2阶段更明显。

2）减少暖机时间，提高冷启动能力，降低冷启动排放物。

加载AGS后，整车冷却水温比原车进入第1个温度峰值的时间提早约10 s；在工况中后期，整车冷却水温比原车更高，平均温度高5 ℃左右，如图12所示。因此，AGS缩短动力系统进入最佳工作温度范围的时间，提高了整车发动机前舱的热管理能力，从而降低油耗和CO2排放值。

图11 I型试验CO2排放秒采结果对比

图12 NEDC工况下整车冷却水温及AGS开度图

在试验初期，发动机处于冷启动阶段，排放值是通常状态下的若干倍，其中 THC、NOx排放突出。如图13和图14所示，加载AGS后，发动机工作温度升高更快，故冷启动阶段THC排放降低明显，但是也造成了冷启动阶段NOx排放升高。

图13 I型试验THC排放物秒采结果对比

图14 I型试验NOx排放物秒采结果对比

3 结 论

1）AGS能够降低整车阻力，随着车速增加效果越来越明显。与未加AGS相比，加载AGS后整车滑行阻力平均减少4.4%，高速时减阻达到5.8%。

2）AGS能够有效降低油耗，市郊工况降低油耗更明显，随着车速增加效果越来越明显。与未加AGS相比，加载AGS后降低油耗1.47%；市区工况降低油耗0.84%，市郊工况降低油耗1.89%。

3）AGS能够有效降低排放，尤其是CO2、THC和NMHC排放减少幅度较大；其中，市区工况THC和NMHC排放减少更明显；市郊工况CO2排放减少更明显；其他排放物排放虽有所增加，但也处于国Ⅴ排放标准之内。与未加 AGS相比，加载AGS后 CO2排放减少 1.23%，THC排放减少13.5%，NMHC排放减少15%。

[1]肖利英，王文玺，李趁前.基于中心组合设计的主动进气格栅控制标定[J]. 小型内燃机与车辆技术，2015，44（3）：38-43.

[2]Xu B, Leffert M, Belanger B. Fuel Economy Impact of Grille Opening and Engine Cooling Fan Power on a Mid-size Sedan [J]. Bumpers Fascias & Grilles, 2013.

[3]Pfeifer C. Evolution of Active Grille Shutters[R]. SAE Technical Paper, 2014.

[4]王文玺，吴存学，干能强，等. 基于中心组合设计的主动进气格栅多开度控制模型设计[C]//“现代汽车电子开发技术及能力突破”高级研修班论文集. 重庆市人力资源和社会保障局，重庆汽车工程学会，2014.

[5] Bouilly J, Lafossas F, Mohammadi A, et al. Evaluation of Fuel Economy Potential of an Active Grille Shutter by the Means of Model Based Development Including Vehicle Heat Management [J].SAE International Journal of Engines, 2015,8 (5).

[6]马杰，周华，陆红雨，等. 底盘测功机阻力设定对汽车尾气排放的影响[J]. 汽车工程，2006，28（9）：873-876.

[7]轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国 V 阶段）：GB18352.5—2013 [S].

U467.4

：ADOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2017.01.002

1002-4581（2017）01-0005-05

2016− 08− 08