停缸技术节油分析

2018-10-21李丹李小坚

汽车实用技术 2018年17期

关键词：节油

李丹李小坚

摘要：停缸技术由于具有较好的节油效果，正在被越来越多的汽车企业研究和应用；合理选择停缸工作区域，既可以达到节油效果又可以平衡整车的平顺性及NVH。文章从理论上计算停缸区域的选择和停缸后的燃油经济性，为CAE分析停缸后的扭振和后期标定点的选择提供指导。

关键词：停缸技术；节油；工作区域

中图分类号：U461 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2018）17-116-02

Abstract： The stop cylinder technology is being studied and applied by more and more automobile enterprises because of its good fuel saving effect. The reasonable selection of the working area of the stop cylinder can not only achieve the efficiency of fuel saving but also balance the ride comfort and NVH of the whole vehicle. This paper theoretically calculates the selection of cylinder stopping area and fuel economy after cylinder stopping， which provides guidance for CAE analysis of torsional vibration after cylinder stopping and selection of calibration point in later period.

Keywords： stop cylinder technology； fuel saving； working condition point

CLC NO.： U461 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-116-02

引言

對于传统汽车，通过发动机实现整车节油的技术主要有两种：一是提高发动机本身的热效率，比如丰田的Dynamic Force Enging发动机；二是通过控制发动机负荷，让其运行在更低油耗区域，比如增压技术、停缸技术等。其中，停缸技术具有较好的节油效果，正在被各大汽车企业研究和应用。

1 停缸节油原理

停缸是可变排量技术的一种方式，为了方便分析停缸前后不同有效排量之间的性能差别，需要使用平均有效压力这一参数。平均有效压力是指单位气缸工作容积发出的有效功，是将不同排量发动机之间动力性比较的重要指标。根据发动机原理，对与四冲程发动机来说，平均有效压力（BMEP）与发动机扭矩（Ttq）之间数学关系如下：

以某四缸发动机为例，在某一档位的车速下，四缸全部工作时发动机运行工况点为图1中的A点（2000rpm，BMEP=3bar，BSFC=320g/kW.h）。停2缸后，为了满足相同工况下车辆对发动机的扭矩需求，发动机单个缸的平均有效压力需要提升为原来的2倍，即停缸后发动机运行工况点将切换到B点（2000rpm，BMEP=6bar，BSFC=269g/kW.h），相对A点发动机燃油消耗率降低16%。

2 工作区域选择策略分析

根据上文原理分析可知，实现停缸节油的前提是停缸后发动机工况点的比油耗要优于停缸前的比油耗。根据发动机原理，发动机工作的负荷越低、油耗越高，这意味着，停缸技术在低负荷区域的节油效果会比较好。从整车实际使用角度，车速越低，停缸节油效果越好，因此，停缸工况点主要范围主要在发动机工作的低负荷区域。

3 停缸区域选择

3.1 停缸工况点计算

为确定停缸区域需要对停缸后的工况点进行计算。根据发动机万有特性MAP图，通过差值法计算停缸后的理论油耗以确定理论的停缸区域。

差值法即利用线性拟合曲线y=kx+b来计算，其中y代表油耗，单位g/kW.h，x代表BMEP，单位bar。停缸后单缸的BMEP为原来的两倍，利用不停缸工作时发动机的MAP图，在停缸点前后的两个工况点的BMEP和BSFC列出y=kx+b的方程，在已知BMEP的情况下，计算BSFC，得到停缸后的理论油耗数据。

根据发动机停缸执行机构及发动机最大BMEP的要求，计算过程中需要限制最高转速和BMEP的最大值，具体如下：

3.1.1 由于采用凸轮移位的停缸执行机构

基于该机构的工作范围在4000rpm以下，我们计算的最高停缸转速为4000rpm。

3.1.2 某发动机的最大平均有效压力为18bar

停缸后的平均有效压力亦不能超过18bar，否则该工况无法工作。

基于以上进行计算，通过对比四缸和两缸下的油耗，得知各转速的停缸临界点如表一，该临界点下四缸和两缸的发动机油耗比较接近，负荷继续增大停缸油耗增加；

以2000rpm为例停缸前后的油耗数据曲线如图，红色方框为停缸临界点。2000rpm/99Nm为该工况下的停缸临界点，负荷继续增加停缸后油耗更大，不适合停缸工作。

3.2 停缸工况MAP图

根据各工况点的停缸理论计算，绘制停缸前后的万有特性MAP图，从图3中可以看出停缸后在低转速低负荷区域发动机节油效果明显，发动机的低比油耗区域明显下移，低油耗区域增大；

图3中红色实线为停缸区域分界点，在红线区域内停缸后发动机节油效果明显。发动机在停缸和不停缸区间切换会带来明显的转速波动，直接影响整车的平顺性和NVH，需对该区域进行详细的CAE分析和优化。

3.3 停缸后节油计算

按照停缸后发动机MAP，对某车匹配该发动机进行NEDC工况油耗计算，热机状态下相比不停缸发动机节油8.5%，节油效果较好。