發(fā)動(dòng)機(jī)多態(tài)技術(shù)在商用車(chē)降耗的應(yīng)用研究

余仕俠，柯柳強(qiáng)

(1.江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥 230601;2.廣州機(jī)械科學(xué)研究院，廣州 510700)

0 前言

21世紀(jì)世界各國(guó)政府都在致力于解決兩個(gè)問(wèn)題:降低導(dǎo)致氣候變化的溫室氣體和減少石油消耗、降低對(duì)石油的依賴(lài)。對(duì)應(yīng)于汽車(chē)行業(yè)就是通過(guò)降低整車(chē)燃油消耗來(lái)解決上述兩個(gè)問(wèn)題。隨著交通部JT 719-2008《營(yíng)運(yùn)貨車(chē)燃料消耗量限值及測(cè)量方法》［1］和環(huán)保部 GB 22757-2008《輕型汽車(chē)燃料消耗量標(biāo)識(shí)》［2］兩部法規(guī)的頒布實(shí)施，在我國(guó)如何降低整車(chē)的燃油消耗被推向風(fēng)口浪尖，成為決定各大主機(jī)廠(chǎng)商能否符合法規(guī)贏得顧客所必須解決的頭等問(wèn)題之一。在商用車(chē)市場(chǎng)，隨著物流行業(yè)的不斷發(fā)展，顧客對(duì)大功率大扭矩的整車(chē)動(dòng)力的需求不斷提高，這與整車(chē)燃油消耗降低形成了一個(gè)矛盾，擺在了整車(chē)和發(fā)動(dòng)機(jī)廠(chǎng)商面前。排放技術(shù)的提高，發(fā)動(dòng)機(jī)由機(jī)械控制時(shí)代走向了電控時(shí)代，電控技術(shù)的精確和靈活性為解決上述矛盾提供了途徑。發(fā)動(dòng)機(jī)多態(tài)技術(shù)是結(jié)合電控功能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在整車(chē)不同載荷下提供多狀態(tài)的動(dòng)力輸出，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在較經(jīng)濟(jì)的區(qū)域，從而降低整車(chē)的燃油消耗限值。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)多態(tài)技術(shù)原理分析

柴油機(jī)噴油技術(shù)經(jīng)歷了傳統(tǒng)的純機(jī)械操縱式噴油和現(xiàn)代的電控操縱式噴油這兩個(gè)發(fā)展階段。而現(xiàn)代電控噴油技術(shù)的崛起，則應(yīng)歸功于計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感檢測(cè)技術(shù)的迅猛發(fā)展。目前電控噴油技術(shù)已從初期的位置控制型發(fā)展到時(shí)間控制型?，F(xiàn)代電控發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU(Engine Control Unit)接收各傳感器傳送來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行信息，加以運(yùn)算處理后控制各執(zhí)行器動(dòng)作。在ECU內(nèi)，由控制燃油噴射量的MAP圖來(lái)控制燃油的噴射時(shí)間和噴射量［3－5］。

發(fā)動(dòng)機(jī)多態(tài)開(kāi)關(guān)技術(shù)是通過(guò)ECU兩個(gè)針腳的定義，根據(jù)接入的不同電阻值來(lái)自動(dòng)選定發(fā)動(dòng)機(jī)的MAP數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)限制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速的目的，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在指定的扭矩、轉(zhuǎn)速區(qū)域中，始終在最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到節(jié)油效果。

圖1所示為一款BOSCH公司ECU電控單元多態(tài)控制的定義，ECU中的89針插頭中包含1.62、1.65針腳，在這兩個(gè)針腳之間串接一組電阻，不同擋位對(duì)應(yīng)不同的阻值，ECU通過(guò)檢測(cè)不同的電壓值而使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在不同的狀態(tài)。不同狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的扭矩、轉(zhuǎn)速區(qū)域是預(yù)先標(biāo)定的。

發(fā)動(dòng)機(jī)多態(tài)技術(shù)通過(guò)扭矩限制功能在ECU數(shù)據(jù)中設(shè)置3個(gè)不同的MAP曲線(xiàn)來(lái)限制扭矩，每擋MAP曲線(xiàn)通過(guò)選擇對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)省油目的:

開(kāi)關(guān)在K1時(shí)，為正常曲線(xiàn)，滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)，行車(chē)時(shí)載重達(dá)到滿(mǎn)載時(shí)使用;

開(kāi)關(guān)在K2時(shí)，為2/3曲線(xiàn)，中負(fù)荷狀態(tài)，行車(chē)時(shí)載重達(dá)到半載左右時(shí)使用;

開(kāi)關(guān)在K3時(shí)，為1/3曲線(xiàn)，輕負(fù)荷狀態(tài)，行車(chē)時(shí)載重達(dá)到空載左右時(shí)使用。

圖2所示為不同電阻值選擇對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)MAP曲線(xiàn)的限功率限扭矩示意圖。根據(jù)車(chē)輛載重情況，選擇相應(yīng)的狀態(tài)開(kāi)關(guān)(空載－中載－滿(mǎn)載)，實(shí)現(xiàn)同一發(fā)動(dòng)機(jī)不同功率擋次，使柴油機(jī)始終處于最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，來(lái)達(dá)到節(jié)約燃油消耗的目的。從圖2可以看出:在相同的扭矩需求情況下，通過(guò)空載－半載－滿(mǎn)載的曲線(xiàn)限制可以調(diào)整轉(zhuǎn)速，使發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)調(diào)整到經(jīng)濟(jì)區(qū)域，從而達(dá)到降低整車(chē)油耗的目的。

2 整車(chē)實(shí)際應(yīng)用

2.1 試驗(yàn)車(chē)輛描述

下面以一款6×2牽引車(chē)為例，介紹發(fā)動(dòng)機(jī)多態(tài)技術(shù)在整車(chē)上的驗(yàn)證試驗(yàn)及分析結(jié)果。表1所示為整車(chē)主要參數(shù)。

表1 6×2牽引車(chē)整車(chē)主要參數(shù)

2.2 試驗(yàn)方法設(shè)置

整車(chē)性能試驗(yàn)設(shè)置見(jiàn)表2。

表2 整車(chē)性能試驗(yàn)描述

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

設(shè)置1:相同車(chē)輛，相同載荷(輕載)，不同駕駛員

圖3和圖4分別顯示了不同駕駛員在空載條件下，由于駕駛習(xí)慣的不同，操縱加速踏板的信號(hào)跟蹤情況。不難看出:駕駛員1的駕駛習(xí)慣是喜歡急速踩踏加速踏板，加速信號(hào)波動(dòng)較大較頻繁;而駕駛員2的駕駛習(xí)慣是踩踏加速踏板比較柔和，沒(méi)有急加速、急減速的情況，加速信號(hào)波動(dòng)較小，相對(duì)穩(wěn)定。通過(guò)檢測(cè)，駕駛員1的平均百公里油耗為34.37 L/100 km;駕駛員2的平均百公里油耗為32.1 L/100 km，相差2.27 L/100 km。不同的駕駛習(xí)慣對(duì)整車(chē)油耗有較大的影響。

不同的駕駛習(xí)慣影響到油耗的多少，多態(tài)開(kāi)關(guān)的使用可以限制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩，可以主動(dòng)地改善司機(jī)的駕駛習(xí)慣。

設(shè)置2:中載試驗(yàn)，相同駕駛員，多態(tài)控制

整車(chē)中載時(shí)，通過(guò)ECU記錄并讀取發(fā)動(dòng)機(jī)分別以224和200 kW的功率狀態(tài)在高速上的工況點(diǎn)分布情況，見(jiàn)圖5。

從圖5不難看出:在相同的載荷下，可以通過(guò)限扭使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在較經(jīng)濟(jì)的區(qū)域，而不進(jìn)入大功率高油耗區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)整車(chē)降耗的目的。通過(guò)檢測(cè)，224 kW的平均百公里油耗為43.2 L/100 km;200 kW平均百公里油耗為40.6 L/100 km，相差2.6 L/100 km。

設(shè)置3:不同載荷，相同駕駛員，多態(tài)控制

整車(chē)綜合油耗和動(dòng)力性試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 不同載荷和發(fā)動(dòng)機(jī)功率下的整車(chē)車(chē)性能

從表3可以看出:在輕載、中載情況下，通過(guò)多態(tài)開(kāi)關(guān)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率扭矩進(jìn)行限制，整車(chē)經(jīng)濟(jì)性有了較大的提升，同時(shí)整車(chē)動(dòng)力性指標(biāo)基本保持不變;在重載條件下，如果發(fā)動(dòng)機(jī)采用小功率狀態(tài)，整車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性都發(fā)生了明顯的劣化，而采用大功率狀態(tài)反而具有明顯的優(yōu)勢(shì)，這一點(diǎn)與商用車(chē)向重載大功率化發(fā)展是一致的。通過(guò)多態(tài)開(kāi)關(guān)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率扭矩狀態(tài)進(jìn)行選擇，能夠很好地兼顧商用車(chē)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中不同載荷情況下整車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)匹配。

3 結(jié)論

(1)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)多態(tài)開(kāi)關(guān)技術(shù)通過(guò)限制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩，可以主動(dòng)改善駕駛員的駕駛習(xí)慣，避免因駕駛習(xí)慣的原因?qū)е掳l(fā)動(dòng)機(jī)工作在高油耗狀態(tài)，幫助用戶(hù)控制整車(chē)油耗。

(2)對(duì)于輕載、中載工況而言，通過(guò)多態(tài)開(kāi)關(guān)定義把發(fā)動(dòng)機(jī)限定工作在中低功率狀態(tài)下，滿(mǎn)足動(dòng)力需求同時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在萬(wàn)有特性的低油耗區(qū)內(nèi)，達(dá)到了降低燃油消耗的目的。

(3)多態(tài)開(kāi)關(guān)能夠幫助整車(chē)在重載和輕載時(shí)兼顧對(duì)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性能的要求，能夠很好地解決兩者之間的矛盾。

(4)如何自動(dòng)識(shí)別整車(chē)的載荷狀況，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU主動(dòng)切換功率狀態(tài)是今后的研究方向。

【1】交通部能源管理辦公室．JT 719-2008營(yíng)運(yùn)貨車(chē)燃料消耗量限值及測(cè)量方法［S］．北京:人民交通出版社，2008:1－3．

【2】全國(guó)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)．GB 22757-2008輕型汽車(chē)燃料消耗量標(biāo)識(shí)［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009:1－3．

【3】余志生．汽車(chē)?yán)碚摚跰］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000．

【4】陳家瑞．汽車(chē)構(gòu)造:上冊(cè)［M］．北京:人民交通出版社，2001．

【5】劉惟信．汽車(chē)設(shè)計(jì)［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2006．