發動機多態技術在商用車降耗的應用研究

余仕俠，柯柳強

(1.江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601;2.廣州機械科學研究院，廣州 510700)

0 前言

21世紀世界各國政府都在致力于解決兩個問題:降低導致氣候變化的溫室氣體和減少石油消耗、降低對石油的依賴。對應于汽車行業就是通過降低整車燃油消耗來解決上述兩個問題。隨著交通部JT 719-2008《營運貨車燃料消耗量限值及測量方法》［1］和環保部 GB 22757-2008《輕型汽車燃料消耗量標識》［2］兩部法規的頒布實施，在我國如何降低整車的燃油消耗被推向風口浪尖，成為決定各大主機廠商能否符合法規贏得顧客所必須解決的頭等問題之一。在商用車市場，隨著物流行業的不斷發展，顧客對大功率大扭矩的整車動力的需求不斷提高，這與整車燃油消耗降低形成了一個矛盾，擺在了整車和發動機廠商面前。排放技術的提高，發動機由機械控制時代走向了電控時代，電控技術的精確和靈活性為解決上述矛盾提供了途徑。發動機多態技術是結合電控功能實現發動機在整車不同載荷下提供多狀態的動力輸出，使發動機始終工作在較經濟的區域，從而降低整車的燃油消耗限值。

1 發動機多態技術原理分析

柴油機噴油技術經歷了傳統的純機械操縱式噴油和現代的電控操縱式噴油這兩個發展階段。而現代電控噴油技術的崛起，則應歸功于計算機技術和傳感檢測技術的迅猛發展。目前電控噴油技術已從初期的位置控制型發展到時間控制型?，F代電控發動機的燃油噴射系統通過發動機ECU(Engine Control Unit)接收各傳感器傳送來的發動機運行信息，加以運算處理后控制各執行器動作。在ECU內，由控制燃油噴射量的MAP圖來控制燃油的噴射時間和噴射量［3－5］。

發動機多態開關技術是通過ECU兩個針腳的定義，根據接入的不同電阻值來自動選定發動機的MAP數據，實現限制發動機的輸出扭矩和轉速的目的，從而使發動機運行在指定的扭矩、轉速區域中，始終在最佳經濟區域內運轉，達到節油效果。

圖1所示為一款BOSCH公司ECU電控單元多態控制的定義，ECU中的89針插頭中包含1.62、1.65針腳，在這兩個針腳之間串接一組電阻，不同擋位對應不同的阻值，ECU通過檢測不同的電壓值而使發動機運行在不同的狀態。不同狀態所對應的扭矩、轉速區域是預先標定的。

發動機多態技術通過扭矩限制功能在ECU數據中設置3個不同的MAP曲線來限制扭矩，每擋MAP曲線通過選擇對應開關來實現省油目的:

開關在K1時，為正常曲線，滿負荷狀態，行車時載重達到滿載時使用;

開關在K2時，為2/3曲線，中負荷狀態，行車時載重達到半載左右時使用;

開關在K3時，為1/3曲線，輕負荷狀態，行車時載重達到空載左右時使用。

圖2所示為不同電阻值選擇對應發動機MAP曲線的限功率限扭矩示意圖。根據車輛載重情況，選擇相應的狀態開關(空載－中載－滿載)，實現同一發動機不同功率擋次，使柴油機始終處于最佳經濟區域內運轉，來達到節約燃油消耗的目的。從圖2可以看出:在相同的扭矩需求情況下，通過空載－半載－滿載的曲線限制可以調整轉速，使發動機狀態調整到經濟區域，從而達到降低整車油耗的目的。

2 整車實際應用

2.1 試驗車輛描述

下面以一款6×2牽引車為例，介紹發動機多態技術在整車上的驗證試驗及分析結果。表1所示為整車主要參數。

表1 6×2牽引車整車主要參數

2.2 試驗方法設置

整車性能試驗設置見表2。

表2 整車性能試驗描述

2.3 試驗結果

設置1:相同車輛，相同載荷(輕載)，不同駕駛員

圖3和圖4分別顯示了不同駕駛員在空載條件下，由于駕駛習慣的不同，操縱加速踏板的信號跟蹤情況。不難看出:駕駛員1的駕駛習慣是喜歡急速踩踏加速踏板，加速信號波動較大較頻繁;而駕駛員2的駕駛習慣是踩踏加速踏板比較柔和，沒有急加速、急減速的情況，加速信號波動較小，相對穩定。通過檢測，駕駛員1的平均百公里油耗為34.37 L/100 km;駕駛員2的平均百公里油耗為32.1 L/100 km，相差2.27 L/100 km。不同的駕駛習慣對整車油耗有較大的影響。

不同的駕駛習慣影響到油耗的多少，多態開關的使用可以限制發動機的轉速、扭矩，可以主動地改善司機的駕駛習慣。

設置2:中載試驗，相同駕駛員，多態控制

整車中載時，通過ECU記錄并讀取發動機分別以224和200 kW的功率狀態在高速上的工況點分布情況，見圖5。

從圖5不難看出:在相同的載荷下，可以通過限扭使發動機工作在較經濟的區域，而不進入大功率高油耗區域，從而實現整車降耗的目的。通過檢測，224 kW的平均百公里油耗為43.2 L/100 km;200 kW平均百公里油耗為40.6 L/100 km，相差2.6 L/100 km。

設置3:不同載荷，相同駕駛員，多態控制

整車綜合油耗和動力性試驗數據見表3。

表3 不同載荷和發動機功率下的整車車性能

從表3可以看出:在輕載、中載情況下，通過多態開關對發動機功率扭矩進行限制，整車經濟性有了較大的提升，同時整車動力性指標基本保持不變;在重載條件下，如果發動機采用小功率狀態，整車動力性和經濟性都發生了明顯的劣化，而采用大功率狀態反而具有明顯的優勢，這一點與商用車向重載大功率化發展是一致的。通過多態開關對發動機功率扭矩狀態進行選擇，能夠很好地兼顧商用車在實際運行過程中不同載荷情況下整車動力性和經濟性的最優匹配。

3 結論

(1)發動機電控系統多態開關技術通過限制發動機的轉速、扭矩，可以主動改善駕駛員的駕駛習慣，避免因駕駛習慣的原因導致發動機工作在高油耗狀態，幫助用戶控制整車油耗。

(2)對于輕載、中載工況而言，通過多態開關定義把發動機限定工作在中低功率狀態下，滿足動力需求同時，使發動機工作在萬有特性的低油耗區內，達到了降低燃油消耗的目的。

(3)多態開關能夠幫助整車在重載和輕載時兼顧對動力性和經濟性能的要求，能夠很好地解決兩者之間的矛盾。

(4)如何自動識別整車的載荷狀況，實現發動機ECU主動切換功率狀態是今后的研究方向。

【1】交通部能源管理辦公室．JT 719-2008營運貨車燃料消耗量限值及測量方法［S］．北京:人民交通出版社，2008:1－3．

【2】全國汽車標準化技術委員會．GB 22757-2008輕型汽車燃料消耗量標識［S］．北京:中國標準出版社，2009:1－3．

【3】余志生．汽車理論［M］．北京:機械工業出版社，2000．

【4】陳家瑞．汽車構造:上冊［M］．北京:人民交通出版社，2001．

【5】劉惟信．汽車設計［M］．北京:清華大學出版社，2006．