改善車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性先進(jìn)方法的開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證

鑒于全球燃油經(jīng)濟(jì)性和CO2減排要求的日益嚴(yán)格，未來(lái)汽車(chē)的發(fā)展趨向于大幅度提高燃油效率。電氣化車(chē)輛是降低燃油消耗的一種有效方法，但就目前而言成本太高，內(nèi)燃機(jī)還將占據(jù)主導(dǎo)地位。因而，提高內(nèi)燃機(jī)的效率具有廣泛的適用性。使用內(nèi)燃機(jī)的整車(chē)可以采用很多措施減少燃油消耗、改善高燃油經(jīng)濟(jì)性，如減輕車(chē)輛質(zhì)量、減小空氣阻力，降低輪胎滾動(dòng)阻力等。為提高車(chē)輛的燃油效率，可以改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器技術(shù)，提高燃燒效率，減少由于摩擦產(chǎn)生的寄生損耗、泵吸損失、發(fā)動(dòng)機(jī)配件負(fù)荷、發(fā)動(dòng)機(jī)怠速損耗等。對(duì)車(chē)輛各系統(tǒng)進(jìn)行分析，通過(guò)減少摩擦損失和寄生損耗來(lái)改善車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。美國(guó)能源部資助德?tīng)柛Ｆ?chē)系統(tǒng)公司與美國(guó)現(xiàn)代技術(shù)中心合作，研究如何改善汽油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。該項(xiàng)目分為兩個(gè)階段，第一階段主要分析可能影響燃油經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)且已經(jīng)完成；第二階段則通過(guò)試驗(yàn)得出數(shù)據(jù)分別驗(yàn)證第一階段各技術(shù)的影響程度。主要對(duì)第一階段的工作進(jìn)行了介紹。

首先確定了影響燃油經(jīng)濟(jì)性的新技術(shù)，包括汽油缸內(nèi)直噴技術(shù)、冷卻廢氣再循環(huán)技術(shù)、兩級(jí)可變氣門(mén)升程技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)起停技術(shù)、改進(jìn)的曲軸和凸輪軸、兩極式機(jī)油泵技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)降速減摩技術(shù)、尾氣余熱利用技術(shù)。這些技術(shù)涵蓋了改善燃油經(jīng)濟(jì)性的各種機(jī)制，通過(guò)改善燃燒特性減少寄生損耗、泵吸損失，發(fā)動(dòng)機(jī)配件負(fù)荷等損失。試驗(yàn)采用了兩輛2011年生產(chǎn)的配備6擋手動(dòng)變速器和2.4L Theta II發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)代索納塔轎車(chē)。兩輛試驗(yàn)車(chē)均可以實(shí)現(xiàn)缸內(nèi)直噴技術(shù)并采用冷卻廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，而其它影響燃油經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)也分別應(yīng)用在這兩輛試驗(yàn)車(chē)上。

試驗(yàn)車(chē)輛1不需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊或控制算法進(jìn)行較大的更改，只需要對(duì)車(chē)輛標(biāo)定進(jìn)行小的改變。通過(guò)對(duì)活塞組摩擦表面處理，改進(jìn)曲軸和凸輪軸，應(yīng)用尾氣余熱回收技術(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)降速技術(shù)減少發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦。通過(guò)應(yīng)用兩極式機(jī)油泵技術(shù)，減少發(fā)動(dòng)機(jī)配件負(fù)荷。試驗(yàn)車(chē)輛2則通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)改善燃油經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于該車(chē)應(yīng)用了新的發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊和控制算法，應(yīng)用兩級(jí)可變氣門(mén)升程技術(shù)減少泵吸損失，應(yīng)用發(fā)動(dòng)機(jī)起停技術(shù)減少怠速損耗。

對(duì)試驗(yàn)車(chē)輛1和車(chē)輛2分別進(jìn)行相同的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放試驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果表明，與原始車(chē)輛相比，試驗(yàn)車(chē)輛1的燃油經(jīng)濟(jì)性在高速公路循環(huán)工況下改善了13.9%，在城市公路循環(huán)工況下改善了12.6%，兩種循環(huán)工況復(fù)合條件下改善了13.1%。試驗(yàn)車(chē)輛2的燃油經(jīng)濟(jì)性在相應(yīng)工況下分別改善了12.8%、13.6%和13.4%。理論分析顯示，若將應(yīng)用在兩輛試驗(yàn)車(chē)上的技術(shù)盡可能集合在一輛試驗(yàn)車(chē)上，與原始車(chē)輛相比燃油經(jīng)濟(jì)性應(yīng)能改善20%。

Keith A.Confer et al.SAE 2013-01-0280.

q編譯：王祥