尹文杰

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710020）

多態(tài)開關(guān)技術(shù)對提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的研究

尹文杰

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710020）

文章對某運(yùn)輸車在多種工況下的燃油消耗量進(jìn)行計(jì)算，定量分析多態(tài)開關(guān)技術(shù)對提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的效果。

多態(tài)開關(guān)技術(shù)；燃油經(jīng)濟(jì)性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.041

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-126-03

引言

近年來，各大發(fā)動(dòng)機(jī)廠家相繼研發(fā)了多態(tài)開關(guān)技術(shù)。濰柴BOSCH電控系統(tǒng)的多態(tài)開關(guān)技術(shù)，通過限制發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速,使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在指定的扭矩、轉(zhuǎn)速區(qū)域中，從而達(dá)到降低燃油消耗的目的。多態(tài)開關(guān)技術(shù)對提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的效果，一直采用整車試驗(yàn)的方法，試驗(yàn)的結(jié)果受駕駛員和環(huán)境的影響很大，每次試驗(yàn)結(jié)果的差別也較大，不能夠準(zhǔn)確反映多態(tài)開關(guān)的節(jié)油效果。

文章利用MATLAB軟件，計(jì)算某運(yùn)輸車在不同工況下的燃油消耗量，定量分析多態(tài)開關(guān)技術(shù)對提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的效果。

1、多態(tài)開關(guān)技術(shù)原理

發(fā)動(dòng)機(jī)多態(tài)開關(guān)技術(shù)是在發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的1.62、1.65兩個(gè)針腳之間串接一組電阻，不同檔位對應(yīng)不同的阻值。多態(tài)開關(guān)有3檔，分別為空載、中載和重載，電阻值分別為9.8kΩ、 4.2kΩ、1.5kΩ，見圖1。

發(fā)動(dòng)機(jī)ECU通過檢測不同的電壓值，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在不同的功率狀態(tài)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在預(yù)先標(biāo)定的扭矩、轉(zhuǎn)速區(qū)域中，達(dá)到降低汽車燃油消耗的目的。多態(tài)開關(guān)不同檔位對應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率是預(yù)先標(biāo)定的，濰柴WP10.375發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)先標(biāo)定的功率為240馬力、290馬力和375馬力。

2、燃油經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

在我國，燃油經(jīng)濟(jì)性常用一定運(yùn)行工況下汽車行駛百公里的燃油消耗量來衡量，單位為L/100km，其數(shù)值越小，燃油經(jīng)濟(jì)性越好。

2.1整車參數(shù)

質(zhì)量參數(shù)：整車整備質(zhì)量11500kg，載質(zhì)量9000kg，半載總質(zhì)量16000kg，重載總質(zhì)量20500kg。

發(fā)動(dòng)機(jī)：WP10.375，多態(tài)開關(guān)功率空載240馬力，中載290馬力，重載375馬力。

變速器：RT-11509C，各檔速比8.29,6.08,4.53,3.36,2.47, 1.81,1.35,1.00。

分動(dòng)器：ZQC1600，高檔速比0.89。橋：速比5.73。

2.2等速工況燃油消耗量

在一定車速時(shí)，汽車單位時(shí)間內(nèi)的燃油消耗量

式中，—單位時(shí)間內(nèi)的燃油消耗量，mL/s；P—發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，kW；b —燃油消耗率，g/(kW·h)；—柴油的重度，N/L，取γ=8.04N/L。

冶金及材料化學(xué)成分分析測試技術(shù)與方法、冶金過程與環(huán)保檢測、形態(tài)/狀態(tài)分析、表面/界面及形貌分析等方面具有一定創(chuàng)新性、先進(jìn)性的研究成果，實(shí)驗(yàn)室管理、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制、能力驗(yàn)證與質(zhì)量控制方案的應(yīng)用與創(chuàng)新，儀器設(shè)備的研制與技術(shù)改進(jìn)，綜述與評論等。

繪制發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性曲線，并在其上繪制375、290、240馬力發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線，以及汽車在重載、中載、空載工況最高檔行駛時(shí)的需求扭矩曲線，見圖2。圖2中，細(xì)實(shí)線為發(fā)動(dòng)機(jī)等燃油消耗率曲線，粗實(shí)線為375馬力、290馬力、240馬力發(fā)動(dòng)機(jī)外特性扭矩曲線，點(diǎn)劃線為汽車重載、中載、空載工況最高檔位行駛時(shí)的需求扭矩曲線。

從式（1）和圖1可知，汽車在等速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率為部分功率，通過多態(tài)開關(guān)限制發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率對燃油消耗量無影響。所以等速行駛時(shí)，多態(tài)開關(guān)對提高燃油經(jīng)濟(jì)性無作用。

同時(shí)也可以看出，當(dāng)汽車加速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性功率限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出功率，此時(shí)使用多態(tài)開關(guān)，就可限制燃油消耗量。

2.3加速工況燃油消耗量計(jì)算方法

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，計(jì)算汽車各檔位的車速

式中：—汽車行駛速度，km/h；r—車輪半徑，m；n—發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；—變速器傳動(dòng)比；—分動(dòng)器傳動(dòng)比；—橋傳動(dòng)比。

根據(jù)汽車的行駛方程式：

轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，取=0.04；—行駛加速度，m/s2。可得，各檔位油門全開時(shí)的加速度：

對加速度取倒數(shù)，對曲線積分，可得各檔位加速時(shí)間ti，對曲線積分，可得各檔位加速距離si。

根據(jù)式（1），計(jì)算汽車的各檔位油耗，對曲線積分，可得各檔位加速油耗，各檔位加速油耗/各檔位加速距離si100，可得加速時(shí)各檔位的百公里油耗。

對于換擋加速過程，從1檔換擋加速到最高檔，按照每檔發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加到2200r/min時(shí)，換入高一檔位，計(jì)算得到換擋加速過程的總加速油耗、總加速距離s和總加速時(shí)間t，總加速油耗Q/總加速距離s100，可得換擋加速的百公里油耗。

2.4空載加速工況燃油消耗量

對汽車空載工況，計(jì)算匹配375、290和240馬力發(fā)動(dòng)機(jī)，換擋加速時(shí)的燃油消耗量。計(jì)算得到各檔位加速度曲線（見圖3），換擋加速百公里油耗-時(shí)間t曲線（見圖4）。

從圖3、圖4可得，發(fā)動(dòng)機(jī)功率越小，加速度越小，換擋加速時(shí)百公里油耗越小。計(jì)算得，375馬力發(fā)動(dòng)機(jī)的換擋加速的百公里油耗為99.2L/100km，290馬力發(fā)動(dòng)機(jī)為72.7L/100km，240馬力發(fā)動(dòng)機(jī)為57.0L/100km。按百分比換算，汽車空載時(shí)，限制375馬力發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩到240馬力發(fā)動(dòng)機(jī)，其換擋加速時(shí)百公里油耗可節(jié)省42.6，若限制到290馬力發(fā)動(dòng)機(jī)，可節(jié)省26.7。

2.5中載加速工況燃油消耗量

對汽車中載工況，從上圖2可得，240馬力發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性曲線已不能滿足汽車最高檔的行駛要求，所以只計(jì)算匹配375馬力和290馬力發(fā)動(dòng)機(jī)，換擋加速時(shí)的燃油消耗量。計(jì)算得到各檔位加速度曲線（見圖5），換擋加速百公里油耗-時(shí)間t曲線（見圖6）。

計(jì)算得，375馬力發(fā)動(dòng)機(jī)的換擋加速的百公里油耗為97.4L/100km，290馬力發(fā)動(dòng)機(jī)為70.2L/100km。按百分比換算，汽車中載時(shí)，限制375馬力發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩到290馬力發(fā)動(dòng)機(jī)，其換檔加速時(shí)百公里油耗可節(jié)省28.0。

2.6加速時(shí)間對比

通過多態(tài)開關(guān)限制發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出功率，可以降低汽車加速時(shí)的油耗，同時(shí)也會(huì)使汽車后備功率降低，加速時(shí)間變長。多態(tài)開關(guān)作用下，加速換擋百公里油耗和加速時(shí)間的對比見表1。

表1 加速油耗和加速時(shí)間對比

從加速時(shí)間對比分析可得，換擋加速時(shí)間變長是相對同一載荷工況下不同功率的發(fā)動(dòng)機(jī)而言?？蛰d240馬力、中載290馬力與滿載375馬力發(fā)動(dòng)機(jī)的加速時(shí)間基本相當(dāng)，也即是根據(jù)汽車載荷限制發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出扭矩，只是損失了汽車因載荷變小而增加的動(dòng)力性，汽車的動(dòng)力性仍能夠保證。

3、結(jié)論

當(dāng)汽車加速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)多態(tài)開關(guān)技術(shù)在一定程度上可降低燃油消耗量，提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致加速時(shí)間變長，但不影響整車的動(dòng)力性指標(biāo)。在實(shí)際使用中，駕駛員可根據(jù)汽車的負(fù)載狀態(tài)，選擇多態(tài)開關(guān)合適的檔位，降低汽車的油耗。

[1] 余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.

[2] 王望予.汽車設(shè)計(jì)（第4版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[3] 張志涌.精通MATLAB[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2000.

[4] 藍(lán)擎歐Ⅲ柴油機(jī)使用保養(yǎng)說明書WP10/WP12.濰柴動(dòng)力股份有限公司.

The Research of Improving Fuel Economy On Smart Switch

Yin Wenjie
( Shaanxi Heavy-Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710020 )

This paper calculates the fuel consumption of a vehicle in many conditions. The results can give detailed data on the influence of smart switch to improving fuel economy.

Smart switch; Fuel economy

U467.3

A

1671-7988（2015）09-126-03

尹文杰，就職于陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院。