基于增壓小型化的整車性能優(yōu)化分析

嚴(yán)飛，劉閃閃，常耀紅（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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基于增壓小型化的整車性能優(yōu)化分析

嚴(yán)飛，劉閃閃，常耀紅
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

增壓小型化目前已經(jīng)成為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的主要節(jié)能技術(shù)路線。小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)不僅能夠代替大排量自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)輸出相應(yīng)功率和扭矩，而且可以減小發(fā)動(dòng)機(jī)重量和體積。再配合缸內(nèi)直噴技術(shù)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，可同時(shí)提高整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。文章應(yīng)用CRUISE軟件模擬計(jì)算，四款車型分別通過1.0TGDI替代1.5VVT發(fā)動(dòng)機(jī)和1.5TGDI替代2.0VVT發(fā)動(dòng)機(jī)，其整車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性提升效果，并分析節(jié)油原理。

增壓小型化；動(dòng)力性；經(jīng)濟(jì)性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.041

CLC NO.: U464Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-127-03

前言

第四階段《乘用車燃油消耗量標(biāo)準(zhǔn)》已于 2016年開始實(shí)施，油耗限值相比第三階段平均降幅約為15%，同時(shí)要求2020年企業(yè)平均油耗降至5.0L/100km。面對(duì)日益緊逼的法規(guī)要求，除了純電動(dòng)、混合動(dòng)力等新能源汽車技術(shù)路線外，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)節(jié)能的主要技術(shù)路線之一就是增壓小型化。

為響應(yīng)節(jié)能減排趨勢，擬通過切換1.0TGDI和1.5TGDI小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，來優(yōu)化四款乘用車的整車性能?，F(xiàn)利用CRUISE仿真軟件，基于已有的整車模型更換發(fā)動(dòng)機(jī)輸入?yún)?shù)，對(duì)比計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，搭載小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可同時(shí)提高整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

1、模型建立

1.1整車模型

所需優(yōu)化的四款乘用車分別以A車、B車、C車和D車為代號(hào)。四款車型相關(guān)的整車參數(shù)如下表1所示。整車動(dòng)力性阻力在滿載質(zhì)量下測試，經(jīng)濟(jì)性阻力在整備質(zhì)量加 150kg的基礎(chǔ)上測試。由于公告申報(bào)質(zhì)量有 3%的浮動(dòng)范圍，暫時(shí)不考慮更換發(fā)動(dòng)機(jī)后整車質(zhì)量和滑行阻力的變化，整車阻力此處未列出。

表1　四款車型整車參數(shù)列表

1.2發(fā)動(dòng)機(jī)模型

所需分析的四款發(fā)動(dòng)機(jī)分別為 1.5VVT、1.0TGDI、2.0VVT和1.5TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)。四款發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩、額定功率和最低燃油消耗率等主要相關(guān)參數(shù)如下表2所示。由表中數(shù)據(jù)可以看出1.0TGDI相比1.5VVT發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩提升了 20.7%，1.5TGDI相比 2.0VVT發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩提升了41.1%。由于小排量增壓發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速較低，1.0TGDI的額定功率與1.5VVT基本相當(dāng)，1.5TGDI的額定功率比2.0VVT發(fā)動(dòng)機(jī)提升了20%左右。1.5VVT、1.0TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)和2.0VVT、1.5TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性對(duì)比如下圖所示?？梢园l(fā)現(xiàn)小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在扭矩提升的同時(shí)，低燃油消耗率的工況范圍更加寬廣。

表2　四款發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)列表

1.3傳動(dòng)系模型

傳動(dòng)系模型包括變速箱、主減與輪胎模塊，各模塊基本參數(shù)如下表所示。其中四款車型搭載同一款六檔手動(dòng)變速箱，小排量增壓發(fā)動(dòng)機(jī)使用了速比更小的主減。

表3　四款車型傳動(dòng)系參數(shù)列表

1.4Cruise計(jì)算仿真模型

所需分析四款車均為前置前驅(qū)手動(dòng)擋車型，其cruise仿真計(jì)算模型如下圖所示。

2、仿真結(jié)果

四款車型分別搭載兩款發(fā)動(dòng)機(jī)，其百公里加速時(shí)間、次高檔80-120km/h超車加速時(shí)間和NEDC循環(huán)油耗計(jì)算值如下表4所示。

表4　四款車型替換發(fā)動(dòng)機(jī)前后計(jì)算結(jié)果對(duì)比

2.1動(dòng)力性分析

如下圖所示：使用1.0TGDI代替1.5VVT發(fā)動(dòng)機(jī)后，A車和B車的百公里加速性能分別提升了13.3%和13%，五檔超車加速性能分別提升了33%和36.3%；使用1.5TGDI代替2.0VVT發(fā)動(dòng)機(jī)后C車和D車的百公里加速性能分別提升了20%和23.5%，五檔超車加速性能分別提升了26.7%和41.3%。由于小排量增壓發(fā)動(dòng)機(jī)外特性扭矩提升較大，整車動(dòng)力性能有明顯提升。

2.2經(jīng)濟(jì)性分析

目前衡量整車經(jīng)濟(jì)性能的主要指標(biāo)為NEDC循環(huán)油耗，由下圖可以看出通過切換1.0TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)后A車和B車的循環(huán)油耗都降低約11.8%；切換1.5TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)后C車和D車的循環(huán)油耗降低約13%和13.3%。通過切換小排量增壓發(fā)動(dòng)機(jī)后，A車、B車和C車的NEDC循環(huán)油耗滿足了四階段油耗限值，但D車仍不滿足，主要原因?yàn)檎囎枇^大。

3、增壓小型化節(jié)油原理分析

3.1渦輪增壓與缸內(nèi)直噴技術(shù)相結(jié)合

渦輪增壓技術(shù)充分利用廢氣能量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣進(jìn)行增壓，提高充氣效率的同時(shí)消除了自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失。再加上缸內(nèi)直噴技術(shù)，提高燃油噴射壓力，讓汽油和空氣混合得更加充分，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率。

3.2發(fā)動(dòng)機(jī)工況點(diǎn)在效率更高區(qū)域

以C車搭載1.5TGDI 和2.0VVT發(fā)動(dòng)機(jī)為例，其NEDC工況點(diǎn)分布如下圖所示。由于小排量增壓發(fā)動(dòng)機(jī)低燃油消耗率區(qū)域較自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)寬廣，NEDC工況中發(fā)動(dòng)機(jī)更多的運(yùn)行在高效率區(qū)域。同時(shí)在保證動(dòng)力性的情況下可以適當(dāng)?shù)臏p小主減速比，從而使整車更多的偏向經(jīng)濟(jì)性匹配。

4、結(jié)論

本文通過四款車型在更換小排量增壓發(fā)動(dòng)機(jī)前后的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果對(duì)比，分析了增壓小型化對(duì)整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化效果。并且有三款車型通過切換小排量增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，滿足了四階段油耗限值，說明增壓小型化路線對(duì)整車企業(yè)節(jié)能減排非常重要。仍有一款車型無法滿足油耗限值，要求整車企業(yè)采用更多的節(jié)油措施，包括智能啟停、開關(guān)式水泵、可變機(jī)油泵等傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)和混合動(dòng)力技術(shù)，才能滿足日益嚴(yán)格的油耗法規(guī)要求。

[1]余志生.汽車?yán)碚?北京:機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]孫軍.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理:安徽科學(xué)技術(shù)出版社.

[3]GB 19578-2014《乘用車燃料消耗量限值》.

[4]李駿.汽車節(jié)能減排先進(jìn)技術(shù):北京理工大學(xué)出版社.

[5]李春明.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控燃油噴射技術(shù):國防工業(yè)出版社.

Analysis of vehicle performance optimization based on miniaturized booster

Yan Fei,Liu Shanshan,Chang Yaohong
(Anhui Jianghuai Automobile Co.Ltd.,Anhui Hefei 230601)

Booster miniaturization has become the main energy saving technology of traditional engine.Small displacement turbocharged engine can not only replace the large displacement naturally aspirated engine output power and torque,and can reduce the weight and volume of the engine.With direct injection technology,improve the combustion efficiency of the engine,which can improve the performance and fuel economy of the vehicle.Four models respectively by 1.0TGDI alternative 1.5VVT engine and 1.5TGDI alternative 2.0VVT engine ,using cruise analysis vehicle dynamic and economic promotion effect and the fuel saving principle.

Booster miniaturization; Dynamic performance; Fuel economy

U464

A

1671-7988（2016）08-127-03

嚴(yán)飛，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。