高艷軍，王思琪

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

設(shè)計(jì)研究

淺析某重型載貨車(chē)經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化分析

高艷軍，王思琪

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章主要對(duì)某重型載貨車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器性能，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性適合整車(chē)在一定工況下的運(yùn)行區(qū)域，并結(jié)合CRUISE軟件的仿真分析，最終實(shí)現(xiàn)提升整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性的目的。

燃油經(jīng)濟(jì)性；增壓器；萬(wàn)有特性；優(yōu)化

CLC NO.:U462.1Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-01-03

前言

目前國(guó)家計(jì)重收費(fèi)實(shí)施區(qū)域逐步擴(kuò)大，標(biāo)載型產(chǎn)品市場(chǎng)份額進(jìn)一步增長(zhǎng)。為了滿(mǎn)足日益發(fā)展的載貨運(yùn)輸行業(yè)所需重型車(chē)的需要，現(xiàn)針對(duì)中國(guó)國(guó)情開(kāi)發(fā)的某載貨車(chē)屬于標(biāo)載產(chǎn)品，此重型載貨車(chē)根據(jù)市場(chǎng)需求需要具備優(yōu)秀的燃油經(jīng)濟(jì)性。

汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性是衡量整車(chē)性能和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的一項(xiàng)重要指標(biāo)。而動(dòng)力匹配和發(fā)動(dòng)機(jī)的性能又直接決定了整車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性的好壞，所以需要在此車(chē)型基礎(chǔ)上通過(guò)動(dòng)力系統(tǒng)的合理匹配及發(fā)動(dòng)機(jī)的特性改善來(lái)降低油耗。為用戶(hù)提供性能優(yōu)越、性?xún)r(jià)比高的新產(chǎn)品。

1、背景

某重型載貨車(chē)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通過(guò)理論計(jì)算油耗偏高，本文針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能優(yōu)化和基于cruise的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性仿真分析，進(jìn)而確定動(dòng)力匹配方案和發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化方法，保證動(dòng)力性的前提下，實(shí)現(xiàn)整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化。整車(chē)基本參數(shù)如表1所示：

2、整車(chē)動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 基與cruise的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性模型搭建

針對(duì)整車(chē)的配置，應(yīng)用cruise軟件建立載貨車(chē)模型，輸入整車(chē)相關(guān)參數(shù)，首先計(jì)算應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱分別匹配4.44速比和4.875速比后橋的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性能。根據(jù)計(jì)算結(jié)果從而選擇一種合適的后橋速比配置，初步分析整車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性能。計(jì)算模型如下圖1所示。

2.2 動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)cruise軟件仿真結(jié)果分析整車(chē)動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性，結(jié)果如下表2所示：

表2 整車(chē)動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性計(jì)算值

此配置結(jié)論：

（1）選擇4.44速比，動(dòng)力性滿(mǎn)足使用要求，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較好，適用于平原；

（2）選擇4.875速比，動(dòng)力性較好，但經(jīng)濟(jì)性較差，適用于山區(qū)。

由于此車(chē)主要銷(xiāo)售區(qū)域平原，注重經(jīng)濟(jì)性能，所以確定動(dòng)力總成配置為選擇后橋4.44速比。針對(duì)以上初步匹配計(jì)算結(jié)果對(duì)整車(chē)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)的目的，進(jìn)一步提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

3、整車(chē)經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)優(yōu)化前整車(chē)經(jīng)濟(jì)性能計(jì)算結(jié)果，主要對(duì)影響燃油經(jīng)濟(jì)性能主要的發(fā)動(dòng)機(jī)總成進(jìn)行優(yōu)化，改善發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性曲線，來(lái)達(dá)到降低整車(chē)油耗的目的。

3.1 優(yōu)化方案一

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)使用特點(diǎn)，把發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器由不帶放氣閥結(jié)構(gòu)改為帶放氣閥結(jié)構(gòu)，使發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩區(qū)域更合理，應(yīng)用進(jìn)口噴油嘴霧化性更好特點(diǎn)，降低低速油耗，經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

優(yōu)化后帶旁通式增壓器的增壓度受旁通渦輪氣流控制，增加低速增壓度，普通的增壓器不帶旁通閥，在低速時(shí)增壓度較低。普通式與旁通式增壓器壓力值見(jiàn)下圖2。

圖2 普通式與增壓式旁通閥增壓壓力對(duì)比圖

優(yōu)化增壓器后發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性數(shù)據(jù)曲線對(duì)比如下圖3：

圖3 優(yōu)化前后發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性曲線對(duì)比圖

結(jié)論：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性曲線圖對(duì)比，虛線為優(yōu)化前的數(shù)據(jù)曲線，實(shí)線為優(yōu)化后的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)曲線?？梢钥闯鰞?yōu)化后的發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩得到提升，最低燃油消耗曲線覆蓋的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速區(qū)域和扭矩區(qū)域更廣。對(duì)整車(chē)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能都有提升。

3.2 方案一計(jì)算結(jié)果

根據(jù)優(yōu)化方案一結(jié)果對(duì)整車(chē)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下表3所示。

表3 方案一動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)化后計(jì)算值

結(jié)論：經(jīng)過(guò)此方案優(yōu)化后發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性能得到提升，但提升不太理想，需要進(jìn)一步優(yōu)化。

3.3 優(yōu)化方案二

由于發(fā)動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)氣量增大的時(shí)候，增壓器轉(zhuǎn)速跟不上不僅起不到增壓作用反而對(duì)進(jìn)氣起到了阻礙作用，所以增壓器的響應(yīng)速度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)也是一項(xiàng)很重要的指標(biāo)，此方案在優(yōu)化方案一的基礎(chǔ)上對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要方案為采用更小渦輪殼的渦輪增壓器，使增壓器響應(yīng)更快，低速時(shí)進(jìn)氣量大，起步強(qiáng)勁，動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)性好。

通過(guò)合理匹配發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪的直徑，改變流量中心半徑，從而優(yōu)化TRIM值和A/R值，使進(jìn)氣量匹配更合理，發(fā)動(dòng)機(jī)改為下圖4所示更小直徑的渦輪，優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)快，合理匹配高速和低速的進(jìn)氣量。

圖4 優(yōu)化方案二的增壓器

優(yōu)化二和優(yōu)化一發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性曲線對(duì)比如下圖 5所示：

圖5 方案二優(yōu)化前后發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性數(shù)據(jù)對(duì)比圖

結(jié)論：根據(jù)優(yōu)化二和優(yōu)化一發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性曲線圖對(duì)比，虛線為優(yōu)化一的數(shù)據(jù)曲線，實(shí)線為優(yōu)化二的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)曲線?？梢钥闯鰞?yōu)化二的發(fā)動(dòng)機(jī)最低燃油消耗曲線覆蓋的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速區(qū)域和扭矩區(qū)域進(jìn)一步加寬。對(duì)整車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性可以有所提升，特性曲線的走向更平穩(wěn)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況下運(yùn)行更穩(wěn)定，綜合燃油消耗會(huì)更低。

3.4 方案二優(yōu)化計(jì)算結(jié)果

根據(jù)優(yōu)化方案二結(jié)果對(duì)整車(chē)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行計(jì)算，和優(yōu)化方案一進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算結(jié)果如下表4所示。

表4 方案二動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)化后計(jì)算值

結(jié)論：經(jīng)過(guò)第二次優(yōu)化后，整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性得到明顯降低，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

4、動(dòng)力匹配優(yōu)化分析結(jié)論

（1）通過(guò)優(yōu)化方案可以看出增壓器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)是一項(xiàng)很重要的部件，合理的匹配增壓器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和燃油消耗影響很大，尤其是對(duì)油耗的影響。

（2）經(jīng)過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)總成的兩次優(yōu)化，最終方案的動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性完全符合載貨車(chē)在平原地區(qū)的運(yùn)行工況使用。優(yōu)化后的載貨車(chē)在速度（70～90）km/h運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性能最優(yōu)，整車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)化提升達(dá)到預(yù)期效果。

[1] 王望予. 汽車(chē)設(shè)計(jì)[第4版].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.5.

[2] 余志生.汽車(chē)?yán)碚?北京:清華大學(xué)出版社,2000.

Analysis on the fuel economy optimization of a heavy truck

Gao Yanjun, Wang Siqi
( Anhui Jianghuai Automobile group Co Ltd, Anhui Hefei 230601 )

This paper focuses on the optimization of a heavy truck engine performance. by optimizing the performance of the engine cross sectional characteristics, so that the universal characteristics of the vehicle in a certain operating conditions, and use CRUISE to simulate and analyst. and ultimately achieve the purpose of improving the fuel economy of the vehicle.

fuel economy; booster; cross sectional characteristics; optimization

U462.1

A

1671-7988 (2017)06-01-03

高艷軍，男，（1983-），工程師，就職于安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.001