吳磊，賀子龍，武煌

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230000)

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淺談發(fā)動(dòng)機(jī)附件的節(jié)油潛力

吳磊，賀子龍，武煌

(安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230000)

節(jié)能減排的壓力下，傳統(tǒng)燃油車特別是發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)械損失方面仍有優(yōu)化的空間。闡述了發(fā)動(dòng)機(jī)的能量分布和機(jī)械損失的組成，提出了節(jié)油的技術(shù)，并整理了各技術(shù)的實(shí)測(cè)結(jié)果。結(jié)果表明：發(fā)動(dòng)機(jī)附件的優(yōu)化有明顯效果，NEDC工況下最多能節(jié)油7.47%。

發(fā)動(dòng)機(jī)附件；損失；節(jié)油技術(shù)；節(jié)油效果

0 引言

國(guó)家于2012年發(fā)布的節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)中明確了燃油經(jīng)濟(jì)性的改善目標(biāo)：即到2015年，當(dāng)年生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降至6.9 L/100 km，節(jié)能型乘用車燃料消耗量降至5.9 L/100 km以下；到2020年，當(dāng)年生產(chǎn)的乘用車平均燃料消耗量降至5 L/100 km，節(jié)能型乘用車燃料消耗量降至4.5 L/100 km以下；商用車新車燃料消耗量接近國(guó)際先進(jìn)水平[1]。

為了保證總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，國(guó)家近年來(lái)陸續(xù)頒布了GB 19578-2014《乘用車燃料消耗量限值》、GB 27999-2014《乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)》、GB 20997-2015《輕型商用車輛燃料消耗量限值》和GB 30510-XXXX《重型商用車輛燃料消耗量限值》征求意見(jiàn)稿等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)全系車輛的油耗提出了更嚴(yán)格的要求。

法規(guī)和市場(chǎng)的雙重壓力下，各主機(jī)廠紛紛加快對(duì)節(jié)油新技術(shù)的研究和商品化。新能源汽車是未來(lái)的方向，目前處于推廣或示范運(yùn)營(yíng)階段，規(guī)模和成熟度等有待完善。傳統(tǒng)燃油車在成本和可靠性等方面具備優(yōu)勢(shì)，仍是當(dāng)前的主流。發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，在改善機(jī)械損失特別是驅(qū)動(dòng)附件損失方面還有較大的空間。

1 附件損失分析

發(fā)動(dòng)機(jī)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的過(guò)程中，僅小部分用于對(duì)外輸出做功，這部分就是有效功，其余被白白浪費(fèi)掉，見(jiàn)圖1。改善燃油經(jīng)濟(jì)性可從降低排氣損失、冷卻損失、機(jī)械損失和泵氣損失等方面入手。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)的能量分布圖

機(jī)械損失由摩擦損失、驅(qū)動(dòng)附件損失和泵氣損失三部分組成，其中驅(qū)動(dòng)附件損失約占整個(gè)機(jī)械損失的10%～20%。發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，需要驅(qū)動(dòng)的耗能附件有：配氣機(jī)構(gòu)、冷卻水泵、潤(rùn)滑油泵及燃油泵等。整車在實(shí)際使用時(shí)，冷卻風(fēng)扇、液壓油泵(助力轉(zhuǎn)向用)及汽車空調(diào)等也會(huì)消耗一部分能量[2]。

2 節(jié)油技術(shù)簡(jiǎn)介

在保證整車和發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的前提下，通過(guò)應(yīng)用電控技術(shù)，采取精準(zhǔn)控制的方式，在滿足整車需求的同時(shí)，能進(jìn)一步地降低油耗。識(shí)別出的節(jié)油技術(shù)清單見(jiàn)表1。

表1 節(jié)油技術(shù)清單-附件損失優(yōu)化

2.1 高效智能發(fā)電機(jī)

圖2 高效智能發(fā)電機(jī)的示意圖

高效智能發(fā)電機(jī)節(jié)油體現(xiàn)在：(1)高效率。即采用高效率電機(jī)代替普通電機(jī)，相同發(fā)電量所消耗的燃料更少。(2)智能。根據(jù)車輛狀態(tài)控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓，回收減速制動(dòng)能量來(lái)給車輛供電。當(dāng)車輛減速時(shí)，提高發(fā)電機(jī)輸出電壓，回收制動(dòng)能量，并將能量通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)在蓄電池中；當(dāng)車輛加速時(shí)，降低發(fā)電機(jī)輸出電壓，蓄電池參與車輛供電，同時(shí)減小發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載；當(dāng)車輛勻速時(shí)，保證正常輸出電壓，如圖2所示。

2.2 即起即停

當(dāng)車輛處于發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況時(shí)(如紅綠燈、短暫停車等)，在滿足一定條件下，起停系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)不運(yùn)行，從而減少怠速油耗。再次起步時(shí)，起動(dòng)機(jī)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)并拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)快速起動(dòng)。當(dāng)車速、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、傳動(dòng)鏈狀態(tài)、安全判斷等條件均滿足要求時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)才能自動(dòng)停止。任何一個(gè)條件不滿足，發(fā)動(dòng)機(jī)不能自動(dòng)停止，見(jiàn)圖3。

圖3 即起即停的示意圖

2.3 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向

傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向，無(wú)論車輛是否轉(zhuǎn)向，提供助力的動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵都在運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，而電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只在轉(zhuǎn)向時(shí)電機(jī)才工作，可以減少不發(fā)生轉(zhuǎn)向時(shí)這部分的能量消耗。液壓助力轉(zhuǎn)向和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 液壓助力轉(zhuǎn)向和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向的示意圖

2.4 高效空調(diào)

傳統(tǒng)空調(diào)開(kāi)啟后，按某一固定排量進(jìn)行制冷。如圖5所示，高效空調(diào)則根據(jù)外界環(huán)境、整車熱負(fù)荷、整車行駛狀況和空調(diào)系統(tǒng)壓力來(lái)計(jì)算和實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)變排量控制，從而避免過(guò)多的能耗浪費(fèi)。在低負(fù)荷下，降低壓縮機(jī)排量，降低混入的熱風(fēng)量；整車急加速時(shí)，降低壓縮機(jī)排量，保證動(dòng)力性；同時(shí)，回收制動(dòng)時(shí)浪費(fèi)的動(dòng)力并轉(zhuǎn)換為制冷量。

圖5 高效空調(diào)的示意圖

3 節(jié)油效果測(cè)量

在完成性能開(kāi)發(fā)后，在轉(zhuǎn)轂上進(jìn)行實(shí)車的油耗測(cè)量，以驗(yàn)證每一項(xiàng)節(jié)油技術(shù)的節(jié)油效果。4項(xiàng)技術(shù)均是以乘用車為研究載體來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此測(cè)試工況為NEDC。通過(guò)測(cè)量運(yùn)用節(jié)油技術(shù)前/后的油耗，就能獲得每一項(xiàng)技術(shù)的節(jié)油效果。每次試驗(yàn)的邊界應(yīng)保持一致，以減小試驗(yàn)的測(cè)試誤差，如結(jié)果偏差較大，需重新試驗(yàn)。對(duì)于改變電量的技術(shù)如高效智能發(fā)電機(jī)，還應(yīng)測(cè)試車輛的用電量和油電轉(zhuǎn)換效率。對(duì)于高效空調(diào)，還需注意光照條件和空調(diào)開(kāi)啟的風(fēng)量及檔位。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 各技術(shù)節(jié)油效果

4 結(jié)束語(yǔ)

不考慮節(jié)油技術(shù)在不同車輛上的差異和節(jié)油技術(shù)之間的相互影響，通過(guò)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)附件損失，NEDC工況下最多可以節(jié)油7.47%，且開(kāi)空調(diào)的油耗能改善5.1%。

研究單項(xiàng)技術(shù)時(shí)，應(yīng)考慮其他性能如NVH、排放、電平衡、可靠性和操縱穩(wěn)定性等的影響。集成多項(xiàng)技術(shù)時(shí)，還應(yīng)考慮控制策略和節(jié)油效果之間是否存在相互干擾。

【1】中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司.節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)印發(fā)[EB/OL].http://www.miit.gov.cn/n1146925/n1146557/n1146619/c3072778/comtent.html,2012-07-09.

【2】常思勤.汽車動(dòng)力裝置[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

三花汽零創(chuàng)新成果入圍2017《汽車新聞》PACE獎(jiǎng)最終名單

2016年10月11日， 三花汽車零部件有限公司，一家汽車熱管理解決方案供應(yīng)商，正式入圍2017年《汽車新聞》 PACE大獎(jiǎng)的最終名單。這也是中國(guó)的汽車企業(yè)第一次進(jìn)入該名單。

PACE大獎(jiǎng)作為業(yè)界創(chuàng)新的標(biāo)桿，代表頂尖汽車供應(yīng)商對(duì)業(yè)界做出的卓越貢獻(xiàn)，通常被視為汽車界的“奧斯卡金獎(jiǎng)”。

三花汽零憑借一款自主研發(fā)的電子控制的空調(diào)閥門——電子膨脹閥(EXV)入圍最終PACE大獎(jiǎng)名單。這款電子膨脹閥可以在行駛工況下，對(duì)空調(diào)制冷劑的動(dòng)態(tài)變化做出快速反應(yīng)。三花汽零的電子膨脹閥能夠用于各種不同的控制策略中，從而提升整體空調(diào)系統(tǒng)的效率和性能。 自主研發(fā)的電子膨脹閥不僅適用于R134a制冷劑系統(tǒng)，同時(shí)適用于環(huán)保冷媒R1234yf和CO2制冷劑系統(tǒng)。EXV可以實(shí)現(xiàn)從零(全關(guān)閉狀態(tài))到最大流量的穩(wěn)定控制。

實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架試驗(yàn)已經(jīng)證明，在一輛常規(guī)車的配置下，三花汽零的EXV能夠?qū)χ评鋭┫到y(tǒng)的性能帶來(lái)至少10%的提升。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)采用SAE(美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì))的空調(diào)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。EXV對(duì)制冷劑快速、穩(wěn)定、精確地控制，有效降低了壓縮機(jī)的負(fù)載，從而提高了燃油經(jīng)濟(jì)性、壓縮機(jī)可靠性，以及降低了制冷劑系統(tǒng)的噪聲水平。

三花汽零EXV同時(shí)可以和電動(dòng)車電池冷卻器整合成組合件，來(lái)更好地控制電池溫度，平衡冷卻器和乘客艙蒸發(fā)器之間的制冷劑效率，從而提高了新能源汽車的續(xù)航能力。

2017年的《汽車新聞》PACE大獎(jiǎng)將于2017年4月3日在美國(guó)底特律頒發(fā)。

(來(lái)源：三花汽車零部件)

Discussion on Fuel-saving Potential of Engine Accessories

WU Lei, HE Zilong, WU Huang

(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd., Hefei Anhui 230000,China)

Under the pressure of energy conservation and emissions reduction, traditional fuel car especially engine has optimizing space in mechanical loss. The energy distribution of the engine and the composition of mechanical loss were expounded, the fuel-saving technologies were proposed and the fuel-saving benefit of each technology was measured.The result shows that the optimization of the engine accessories has obvious effect, under NEDC conditions 7.47% fuel can be saved.

Engine accessories；Loss；Fuel-saving technology；Fuel-saving benefit

2016-07-22

吳磊(1984—)，男，本科，助理工程師，主要研究發(fā)動(dòng)機(jī)電控零部件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)技術(shù)。E-mail:hezilong007@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.10.011

U464

B

1674-1986(2016)10-049-03