主动进气格栅对整车油耗和排放的影响

黄柳升 朱海龙 彭有荣

摘要：为应对日趋严格的国内油耗法规，某车型引用了主动进气格栅（Active GrilleShutter，AGS）技术。本文阐述了在NEDC工况下主动进气格栅对整车排放及油耗的实际影响，并通过实际道路行驶，进一步验证了主动进气格栅的节油效果。

关键词：主动进气格栅;油耗;NEDC

中图分类号：TK417 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2018） 02-0032-04

1 前言

2012-6-28，国务院发布《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》，明确了我国汽车节能标准的整体目标，要求2020年当年乘用车新车平均燃料消耗量达到5.0 11100 Km。针对此目标，我们组织开展节能技术研究，并在某车型上引用了主动进气格栅，作为降油耗的技术之一。主动进气格栅（Active Grille System，简称AGS）是近些年汽车工程技术领域一项新兴的节油技术，它具备成本相对较低，节油效果明显的特点，目前它已在欧洲及北美汽车市场普及应用。它通过在行驶过程中合理地控制前进气格栅的开度，达到调节进入发动机舱冷却风量的目的，降低行驶过程中的内循环阻力，提升汽车燃油经济性。同时，主动进气格栅系统能够改善发动机暖机过程中的排放，提升汽车发动机效率，已在国外高端车型中应用，而国内自主品牌对其应用目前仍处于空白阶段。本章主要介绍合理控制主动进气格栅开度，对整车的暖机时间、NEDC循环排放及油耗、高速公路行驶油耗的实际效果。

2 AGS控制基本原理

AGS控制模塊通过CAN总线采集发动机状态、发动机水温、压缩机开启状态、车速、发动机负荷信号信息，并通过LIN提取主动格栅驱动电机反馈的当前位置角度、电机运行状态、电机故障状态信息，计算主动进气格栅目标开度，并驱动电机进行格栅的开启和关闭。

3 AGS整车Ⅰ型试验及分析

3.1某车型基本配置

4缸1.5L排量发动机，7座乘用车，整备质量1360Kg

3.2 AGS整车Ⅰ型试验方法

转鼓上车辆损失（Vehicle Loss）阻力和转鼓设定阻力（Dyno set）阻力之和模拟了实际道路阻力;根据GB18352.5-2013中汽车道路载荷的测量，得到一组实际道路阻力;把实际道路阻力设成转鼓设定阻力（Dyno set），根据GB18352.5-2013中转鼓滑行方法，得到转鼓上车辆损失阻力（Vehicle Loss）;使用同一辆车、同一组道路阻力和同一车辆损失阻力，依据GB18352.5-2013（轻型汽车污染物排放限值及测量方法中国第五阶段）进行Ⅰ型试验（常温下冷启动后排放污染物试验）;Ⅰ型试验采用NEDC工况进行试验，NEDC工况由4个市区工况和1个郊区工况组成，每个市区工况运行时间为195 s，1个市区工况运行时间为400 s，整个NEDC循环运行时间为19min40s;按Ⅰ型试验要求先做预处理浸车14小时，随后分别做4次NEDC试验，保证每次之间浸车14小时，中间不起动发动机，试验前需要保证每次蓄电池电压一致（大于12.3V）;第1、2次打开AGS功能，AGS根据控制策略正常工作，第3、4次关闭AGS功能，AGS格栅一直保持全打开状态。每次试验都能保证运行车速在GB18352.5-2013规定范围误差内，并且为同一个司机进行操作，试验过程收集排放物，通过排放分析仪进行排放物结果计算，并使用碳平衡法进行油耗结果计算。如图1为试验实际车速曲线，AGS（主动进气格栅）和NO_AGS（关闭主动进气格栅功能）试验时车速基本一样，差异很小。

3.3 试验结果分析

4次试验结果如下表1。

分别取AGS和NO_AGS的2次结果的平均值进行对比（图2），带主动进气格栅时，THC、CO、NOx、NMHC排放物都比不带主动进气格栅时略有增长，分别增加0.001、0.035、0.0064、0.004;相对于Ⅰ型试验排放限值：HC： 0.1，CO： 1.0，NOx：0.06，NMHC： 0.068，只是分别增长了1%，3.5%，10%，5.8%;带主动进气格栅的Ⅰ型试验排放结果都在限值要求内，并且结果显示，主动进气格栅对排放影响不大，在接受范围内。而对比油耗，带主动进气格栅比不带主动进气格栅降低了1.9%（图3）。

3.4 主动进气格栅对发动机水温及油耗的影响

合理地控制主动进气格栅的开度，可以缩短暖机时间;众所周知，发动机水温受风扇控制，而风扇的运转时间是由发动机水温控制，如果设置的水温区间太小，风扇必然会频繁开启关闭，这会加大驾驶过程中的噪声;而合理控制主动进气格栅，能在不改变风扇控制策略下，有效地控制水温在90度且较小的区间内变化。如图4所示为带主动进气格栅（AGS）和不带进气格栅（NO_AGS），在NEDC循环的水温曲线，在50～86℃区间，能明显看出带主动进气格栅的发动机水温上升得比较快;而在NEDC循环中的高速段，带AGS的发动机水温能有效地保持在87～91℃区间内，相比较不带AGS时的83～87℃区间，能稳定提升了4℃;动力系统的润滑效率与其工作温度息息相关，当润滑效率和性能高时，摩擦力小，动力系统磨损也小;而某车型发动机控制模块定义了发动机的摩擦损失补偿跟发动机水温和机油温度有关，发动机水温高，摩擦损失补偿就越小，图5为发动机控制模块（ECM）在NEDC循环中测量到的AGS和NO_AGS的发动机摩擦损失补偿（通过台架标定获得发动机水温、机油温度和摩擦损失补偿的map表，整车上ECM直接通过map表及实际工况计算摩擦损失补偿）

而本文章介绍的试验方法是带AGS和不带AGS都使用同一道路阻力的滑行法，这样试验过程中的转鼓阻力都一样，对比试验之下，带AGS时的油耗比不带AGS时的油耗减小1.9%，实际上很大程度都因为AGS对发动机机水温产生了影响，而发动机水温对机油粘度及发动机阻力矩都有影响，这就有了降低油耗的效果;如图6为发动机控制模块计算的燃油总消耗量，在NEDC结束时，AGS_SumFuel为783078 uL，[（783078/1000000）/11]*100=7.12 L/100KM，跟排放分析仪碳平衡计算的油耗7.173L/100KM相差不大;由此可以通过图6曲线，看出带主动进气格栅的油耗在高速段时比较明显低于不带主动进气格栅的油耗，这可以说明引用主动进气格栅影响了发动机水温，并通过影响发动机水温，达到了降油耗的效果。

4 AGS整车实际道路行驶对油耗的影响

4.1实际道路试验方法：

使用跟Ⅰ型试验同一辆车，载重：加司机共3人，每次都是同一司机驾驶，在城市环形高速100～120 kM/h行驶;打开AGS和关闭AGS功能各跑2次，每次行驶里程都一样（78 kM），记录发动机控制模块计算的燃油总消耗量，分别为AGS_SumFuel和NO_AGS_SumFuel。道路行驶车速曲线如图7，带主动进气格栅（AGS）和不带主动进气格栅（NO_ACJS）道路试验时车速基本都可以控制在100～120 kM/h。

4.2实际道路试验结果及分析

实际道路高速行驶78 kM，AGS和NO AGS分别得到发动机控制模块计算的燃油总消耗量为AGS_SumFuel=5545074 uL=5.545 L，折算百公里油耗为7.11L/100 kM，

NO_AGS_SumFuel=6115539 uL=6.1155 L，折算百公里油耗为7.84L/100 kM。

同时实际道路试验中，带主动进气格栅的发动机水温也同NEDC循环一样，高于不带主动进气格栅的水温，如图9;汽车在行驶过程中，压力阻力约占总行驶阻力91%，压力阻力由形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力组成。其中，气流流经发动机舱内阻所造成的内循环阻力占整个行驶阻力的约9%。因此真实道路行驶中，合理控制主动进气格栅开度，有效地减小气流流经发动机舱内阻所造成的内循环阻力，也能起到降油耗的效果。结合图8，整个实际道路试验中，带主动进气格栅大约能降9.3%油耗。

5结论

引用主动进气格栅，对整车排放影响不大，而对发动机水温有明显影响。使用同一道路阻力进行NEDC循环时，引用主动进气格栅能通过影响发动机水温，从而达到降油耗的效果;进行实际道路试验时，由于引用主动进气格栅不仅影响了发动机水温，同时降低了道路风阻，降油耗的效果更加明显。综合试验结果看，引用主动进气格栅，实际上对排放影响不大，而对整车油耗有实际的降油耗效果。