主動(dòng)進(jìn)氣格柵對(duì)整車油耗和排放的影響

黃柳升 朱海龍 彭有榮

摘要：為應(yīng)對(duì)日趨嚴(yán)格的國(guó)內(nèi)油耗法規(guī)，某車型引用了主動(dòng)進(jìn)氣格柵（Active GrilleShutter，AGS）技術(shù)。本文闡述了在NEDC工況下主動(dòng)進(jìn)氣格柵對(duì)整車排放及油耗的實(shí)際影響，并通過(guò)實(shí)際道路行駛，進(jìn)一步驗(yàn)證了主動(dòng)進(jìn)氣格柵的節(jié)油效果。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)進(jìn)氣格柵;油耗;NEDC

中圖分類號(hào)：TK417 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2018） 02-0032-04

1 前言

2012-6-28，國(guó)務(wù)院發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》，明確了我國(guó)汽車節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的整體目標(biāo)，要求2020年當(dāng)年乘用車新車平均燃料消耗量達(dá)到5.0 11100 Km。針對(duì)此目標(biāo)，我們組織開(kāi)展節(jié)能技術(shù)研究，并在某車型上引用了主動(dòng)進(jìn)氣格柵，作為降油耗的技術(shù)之一。主動(dòng)進(jìn)氣格柵（Active Grille System，簡(jiǎn)稱AGS）是近些年汽車工程技術(shù)領(lǐng)域一項(xiàng)新興的節(jié)油技術(shù)，它具備成本相對(duì)較低，節(jié)油效果明顯的特點(diǎn)，目前它已在歐洲及北美汽車市場(chǎng)普及應(yīng)用。它通過(guò)在行駛過(guò)程中合理地控制前進(jìn)氣格柵的開(kāi)度，達(dá)到調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)艙冷卻風(fēng)量的目的，降低行駛過(guò)程中的內(nèi)循環(huán)阻力，提升汽車燃油經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，主動(dòng)進(jìn)氣格柵系統(tǒng)能夠改善發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)過(guò)程中的排放，提升汽車發(fā)動(dòng)機(jī)效率，已在國(guó)外高端車型中應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)自主品牌對(duì)其應(yīng)用目前仍處于空白階段。本章主要介紹合理控制主動(dòng)進(jìn)氣格柵開(kāi)度，對(duì)整車的暖機(jī)時(shí)間、NEDC循環(huán)排放及油耗、高速公路行駛油耗的實(shí)際效果。

2 AGS控制基本原理

AGS控制模塊通過(guò)CAN總線采集發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、壓縮機(jī)開(kāi)啟狀態(tài)、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷信號(hào)信息，并通過(guò)LIN提取主動(dòng)格柵驅(qū)動(dòng)電機(jī)反饋的當(dāng)前位置角度、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)故障狀態(tài)信息，計(jì)算主動(dòng)進(jìn)氣格柵目標(biāo)開(kāi)度，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行格柵的開(kāi)啟和關(guān)閉。

3 AGS整車Ⅰ型試驗(yàn)及分析

3.1某車型基本配置

4缸1.5L排量發(fā)動(dòng)機(jī)，7座乘用車，整備質(zhì)量1360Kg

3.2 AGS整車Ⅰ型試驗(yàn)方法

轉(zhuǎn)鼓上車輛損失（Vehicle Loss）阻力和轉(zhuǎn)鼓設(shè)定阻力（Dyno set）阻力之和模擬了實(shí)際道路阻力;根據(jù)GB18352.5-2013中汽車道路載荷的測(cè)量，得到一組實(shí)際道路阻力;把實(shí)際道路阻力設(shè)成轉(zhuǎn)鼓設(shè)定阻力（Dyno set），根據(jù)GB18352.5-2013中轉(zhuǎn)鼓滑行方法，得到轉(zhuǎn)鼓上車輛損失阻力（Vehicle Loss）;使用同一輛車、同一組道路阻力和同一車輛損失阻力，依據(jù)GB18352.5-2013（輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法中國(guó)第五階段）進(jìn)行Ⅰ型試驗(yàn)（常溫下冷啟動(dòng)后排放污染物試驗(yàn)）;Ⅰ型試驗(yàn)采用NEDC工況進(jìn)行試驗(yàn)，NEDC工況由4個(gè)市區(qū)工況和1個(gè)郊區(qū)工況組成，每個(gè)市區(qū)工況運(yùn)行時(shí)間為195 s，1個(gè)市區(qū)工況運(yùn)行時(shí)間為400 s，整個(gè)NEDC循環(huán)運(yùn)行時(shí)間為19min40s;按Ⅰ型試驗(yàn)要求先做預(yù)處理浸車14小時(shí)，隨后分別做4次NEDC試驗(yàn)，保證每次之間浸車14小時(shí)，中間不起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，試驗(yàn)前需要保證每次蓄電池電壓一致（大于12.3V）;第1、2次打開(kāi)AGS功能，AGS根據(jù)控制策略正常工作，第3、4次關(guān)閉AGS功能，AGS格柵一直保持全打開(kāi)狀態(tài)。每次試驗(yàn)都能保證運(yùn)行車速在GB18352.5-2013規(guī)定范圍誤差內(nèi)，并且為同一個(gè)司機(jī)進(jìn)行操作，試驗(yàn)過(guò)程收集排放物，通過(guò)排放分析儀進(jìn)行排放物結(jié)果計(jì)算，并使用碳平衡法進(jìn)行油耗結(jié)果計(jì)算。如圖1為試驗(yàn)實(shí)際車速曲線，AGS（主動(dòng)進(jìn)氣格柵）和NO_AGS（關(guān)閉主動(dòng)進(jìn)氣格柵功能）試驗(yàn)時(shí)車速基本一樣，差異很小。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

4次試驗(yàn)結(jié)果如下表1。

分別取AGS和NO_AGS的2次結(jié)果的平均值進(jìn)行對(duì)比（圖2），帶主動(dòng)進(jìn)氣格柵時(shí)，THC、CO、NOx、NMHC排放物都比不帶主動(dòng)進(jìn)氣格柵時(shí)略有增長(zhǎng)，分別增加0.001、0.035、0.0064、0.004;相對(duì)于Ⅰ型試驗(yàn)排放限值：HC： 0.1，CO： 1.0，NOx：0.06，NMHC： 0.068，只是分別增長(zhǎng)了1%，3.5%，10%，5.8%;帶主動(dòng)進(jìn)氣格柵的Ⅰ型試驗(yàn)排放結(jié)果都在限值要求內(nèi)，并且結(jié)果顯示，主動(dòng)進(jìn)氣格柵對(duì)排放影響不大，在接受范圍內(nèi)。而對(duì)比油耗，帶主動(dòng)進(jìn)氣格柵比不帶主動(dòng)進(jìn)氣格柵降低了1.9%（圖3）。

3.4 主動(dòng)進(jìn)氣格柵對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫及油耗的影響

合理地控制主動(dòng)進(jìn)氣格柵的開(kāi)度，可以縮短暖機(jī)時(shí)間;眾所周知，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫受風(fēng)扇控制，而風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間是由發(fā)動(dòng)機(jī)水溫控制，如果設(shè)置的水溫區(qū)間太小，風(fēng)扇必然會(huì)頻繁開(kāi)啟關(guān)閉，這會(huì)加大駕駛過(guò)程中的噪聲;而合理控制主動(dòng)進(jìn)氣格柵，能在不改變風(fēng)扇控制策略下，有效地控制水溫在90度且較小的區(qū)間內(nèi)變化。如圖4所示為帶主動(dòng)進(jìn)氣格柵（AGS）和不帶進(jìn)氣格柵（NO_AGS），在NEDC循環(huán)的水溫曲線，在50～86℃區(qū)間，能明顯看出帶主動(dòng)進(jìn)氣格柵的發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升得比較快;而在NEDC循環(huán)中的高速段，帶AGS的發(fā)動(dòng)機(jī)水溫能有效地保持在87～91℃區(qū)間內(nèi)，相比較不帶AGS時(shí)的83～87℃區(qū)間，能穩(wěn)定提升了4℃;動(dòng)力系統(tǒng)的潤(rùn)滑效率與其工作溫度息息相關(guān)，當(dāng)潤(rùn)滑效率和性能高時(shí)，摩擦力小，動(dòng)力系統(tǒng)磨損也小;而某車型發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊定義了發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦損失補(bǔ)償跟發(fā)動(dòng)機(jī)水溫和機(jī)油溫度有關(guān)，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫高，摩擦損失補(bǔ)償就越小，圖5為發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECM）在NEDC循環(huán)中測(cè)量到的AGS和NO_AGS的發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦損失補(bǔ)償（通過(guò)臺(tái)架標(biāo)定獲得發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、機(jī)油溫度和摩擦損失補(bǔ)償?shù)膍ap表，整車上ECM直接通過(guò)map表及實(shí)際工況計(jì)算摩擦損失補(bǔ)償）

而本文章介紹的試驗(yàn)方法是帶AGS和不帶AGS都使用同一道路阻力的滑行法，這樣試驗(yàn)過(guò)程中的轉(zhuǎn)鼓阻力都一樣，對(duì)比試驗(yàn)之下，帶AGS時(shí)的油耗比不帶AGS時(shí)的油耗減小1.9%，實(shí)際上很大程度都因?yàn)锳GS對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)水溫產(chǎn)生了影響，而發(fā)動(dòng)機(jī)水溫對(duì)機(jī)油粘度及發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩都有影響，這就有了降低油耗的效果;如圖6為發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊計(jì)算的燃油總消耗量，在NEDC結(jié)束時(shí)，AGS_SumFuel為783078 uL，[（783078/1000000）/11]*100=7.12 L/100KM，跟排放分析儀碳平衡計(jì)算的油耗7.173L/100KM相差不大;由此可以通過(guò)圖6曲線，看出帶主動(dòng)進(jìn)氣格柵的油耗在高速段時(shí)比較明顯低于不帶主動(dòng)進(jìn)氣格柵的油耗，這可以說(shuō)明引用主動(dòng)進(jìn)氣格柵影響了發(fā)動(dòng)機(jī)水溫，并通過(guò)影響發(fā)動(dòng)機(jī)水溫，達(dá)到了降油耗的效果。

4 AGS整車實(shí)際道路行駛對(duì)油耗的影響

4.1實(shí)際道路試驗(yàn)方法：

使用跟Ⅰ型試驗(yàn)同一輛車，載重：加司機(jī)共3人，每次都是同一司機(jī)駕駛，在城市環(huán)形高速100～120 kM/h行駛;打開(kāi)AGS和關(guān)閉AGS功能各跑2次，每次行駛里程都一樣（78 kM），記錄發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊計(jì)算的燃油總消耗量，分別為AGS_SumFuel和NO_AGS_SumFuel。道路行駛車速曲線如圖7，帶主動(dòng)進(jìn)氣格柵（AGS）和不帶主動(dòng)進(jìn)氣格柵（NO_ACJS）道路試驗(yàn)時(shí)車速基本都可以控制在100～120 kM/h。

4.2實(shí)際道路試驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)際道路高速行駛78 kM，AGS和NO AGS分別得到發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊計(jì)算的燃油總消耗量為AGS_SumFuel=5545074 uL=5.545 L，折算百公里油耗為7.11L/100 kM，

NO_AGS_SumFuel=6115539 uL=6.1155 L，折算百公里油耗為7.84L/100 kM。

同時(shí)實(shí)際道路試驗(yàn)中，帶主動(dòng)進(jìn)氣格柵的發(fā)動(dòng)機(jī)水溫也同NEDC循環(huán)一樣，高于不帶主動(dòng)進(jìn)氣格柵的水溫，如圖9;汽車在行駛過(guò)程中，壓力阻力約占總行駛阻力91%，壓力阻力由形狀阻力、干擾阻力、內(nèi)循環(huán)阻力和誘導(dǎo)阻力組成。其中，氣流流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)阻所造成的內(nèi)循環(huán)阻力占整個(gè)行駛阻力的約9%。因此真實(shí)道路行駛中，合理控制主動(dòng)進(jìn)氣格柵開(kāi)度，有效地減小氣流流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)阻所造成的內(nèi)循環(huán)阻力，也能起到降油耗的效果。結(jié)合圖8，整個(gè)實(shí)際道路試驗(yàn)中，帶主動(dòng)進(jìn)氣格柵大約能降9.3%油耗。

5結(jié)論

引用主動(dòng)進(jìn)氣格柵，對(duì)整車排放影響不大，而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫有明顯影響。使用同一道路阻力進(jìn)行NEDC循環(huán)時(shí)，引用主動(dòng)進(jìn)氣格柵能通過(guò)影響發(fā)動(dòng)機(jī)水溫，從而達(dá)到降油耗的效果;進(jìn)行實(shí)際道路試驗(yàn)時(shí)，由于引用主動(dòng)進(jìn)氣格柵不僅影響了發(fā)動(dòng)機(jī)水溫，同時(shí)降低了道路風(fēng)阻，降油耗的效果更加明顯。綜合試驗(yàn)結(jié)果看，引用主動(dòng)進(jìn)氣格柵，實(shí)際上對(duì)排放影響不大，而對(duì)整車油耗有實(shí)際的降油耗效果。