電噴系統控制對輕型汽油車油耗的影響

賴先濤　陳旭健　鐘遠銘

摘 要：面對日益嚴格的油耗及排放法規要求，整車電噴系統控制需要兼顧排放性、經濟性、動力性和駕駛性。本文選取一輛輕型汽油車，搭載1.5L自然吸氣發動機，通過調整電噴系統控制數據，進行WLTC（國六排放循環）油耗試驗，研究電噴系統控制數據對輕型汽油車油耗的影響。

關鍵詞：油耗 WLTC 排放

1 前言

2013年國家發布GB18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第五階段），并于2018年1月1日在全國范圍實施該標準，2016年發布GB18352.6-2016輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段），并于2020年7月1日在全國范圍實施該標準。2014年發布GB19578-2014乘用車燃料消耗量限值和GB27999-2014乘用車燃料消耗量評價方法及指標，2021年發布GB19578-2021乘用車燃料消耗量限值油耗法規，要求2021年7月1號起開始實施該法規。通過法規的不斷加嚴，持續推進汽車燃料消耗量和燃燒排放量的降低，面對日益嚴格的法規要求，整車電噴系統控制需要兼顧排放性、經濟性、動力性和駕駛性。

2 電噴系統控制對油耗的影響

本文選取一輛輕型汽油車，搭載1.5L自然吸氣發動機，通過調整電噴系統控制數據，進行WLTC（國六排放循環）油耗試驗，研究電噴系統控制數據對輕型汽油車油耗的影響。

2.1 催化器加熱控制對油耗的影響

三元催化器的轉化效率與溫度有密切關系，溫度越高轉換效率越高，三元催化器的轉換效率達到50%對應的溫度稱為催化器起燃溫度。圖1是三元催化器的起燃特性曲線，轉化效率達到50%所對應的排氣入口溫度稱為起燃溫度t50，一般 t50=250～300℃。

為降低整車排放，需要讓三元催化器快速起燃，三元催化器快速起燃的常用方法有以下兩種：一是通過電噴系統控制，提高怠速轉速;二是增加扭矩預留，減小點火角。上述兩種方法理論上都會使得整車油耗增加，為研究催化器加熱對整車油耗和排放的影響，通過設置不同的催化器加熱數據，分別進行WLTC油耗及排放測試，表1是通過設置不同的催化器加熱數據進行油耗和排放測試的結果。

從測試結果來看，催化器加熱轉速越高、點火角越小，三元催化器起燃越快，整車排放越低，但整車油耗會增加。對于本文測試車型，催化器加熱轉速設置1200轉，點火角設置0度左右，排放符合法規要求，同時整車油耗表現最好。對于不同的車型，需要經過多次油耗和排放測試，才能匹配出最優的催化器加熱轉速和點火角數據。

2.2 怠速扭矩預留控制對油耗的影響

由于整車及發動機制造存在散差，不同車輛發動機損耗扭矩有差異;同時整車電子負載也會消耗發動機扭矩，為保證不同車輛發動機都運行穩定，電噴系統需要打開扭矩預留功能，增加扭矩預留理論上會使得整車油耗增加。通過設置不同的怠速扭矩預留數據，分別進行WLTC油耗測試，表2是通過設置不同的怠速扭矩預留數據進行油耗測試的結果。

從測試結果來看，怠速扭矩預留越小，整車油耗越低，但是怠速扭矩預留越小，數據的覆蓋性就越差，怠速穩定性越差。對于不同車輛，需要經過多次測試，進行夏季、高原和冬季驗證，在滿足安全性及覆蓋性的前提下，盡量降低怠速扭矩預留，降低整車油耗。

2.3 斷油控制對油耗的影響

當駕駛員收油門時，電噴系統需要控制發動機進入斷油工況，但是傳動軸之間存在間隙，為避免收油門時車輛頓挫，需要延時進入斷油工況。為研究斷油延時時間對整車油耗的影響，通過設置不同的斷油延時時間，進行WLTC油耗測試，油耗測試結果見表3。

從測試結果來看，斷油延時時間越短，整車油耗越低，但是斷油延時時間越短，駕駛員收油門時車輛的頓挫感越強。因此，需要通過不同的駕駛員，對不同的車輛進行駕駛性感受，在駕駛性能夠接受的前提下，盡量減小斷油延時時間，降低整車油耗。

2.4 恢復供油控制對油耗的影響

當駕駛員收油門時，發動機進入斷油工況后，車輛在滑行過程中受阻力影響，發動機轉速會持續下降，在發動機轉速下降到一定范圍時存在熄火的風險，此時需要控制發動機恢復供油。表4是通過設置不同的恢復供油轉速進行WLTC油耗測試的結果。

從測試結果來看，發動機恢復供油的轉速越低，整車油耗越低，但發動機恢復供油轉速越低，車輛熄火的風險就越大。因此，對于不同車輛，需要經過多次測試，完成夏季、高原及冬季環境驗證，在滿足安全性及覆蓋性的前提下，盡量降低恢復供油轉速，降低整車油耗。

2.5 起動空燃比控制對油耗的影響

當發動機在環境中靜置較長時間時（特別是低溫環境下），燃燒室以及氣缸壁面上燃油已經揮發殆盡，此時噴油器噴射的燃油會有很大一部分沉積到燃燒室與氣缸壁面上形成油膜，并且起動階段真空度較小，導致揮發出來形成可燃混合氣的燃油蒸汽量減少，為了維持進入氣缸的可燃混合氣量，需要延長噴油時間，增加噴油量來補償形成油膜的損失。理論上噴油越多，起動空燃比越濃，油耗越高，但排放就會越差。表5是通過設置不同的起動空燃比進行WLTC油耗和排放測試的結果。

從測試結果來看，起動空燃比適中，整車油耗及排放表現最好。起動空燃比越濃，發動機噴油越多，整車油耗和排放都偏高;但起動空燃比太稀，發動機噴油過少，會導致燃燒失火，此時發動機燃燒不充分，油耗和排放也會變差，同時存在發動機起動困難的風險。實際數據匹配過程中，需要經過多次起動試驗，特別是低溫起動試驗，選擇排放和油耗表現最優的匹配數據。

3 小結

通過電噴系統控制，調整催化器加熱轉速和點火角、怠速扭矩預留、發動機斷油延時時間、發動機恢復供油轉速、起動空燃比等參數，對油耗都有一定的影響，同時會影響整車排放、動力性和駕駛性，選擇合理的匹配數據，能夠優化整車油耗和排放。

整車經濟性、駕駛性、動力性及排放性，相互之間是矛盾的，為了提高經濟性，降低整車油耗，需要犧牲一定的其它性能，匹配數據需要兼顧整車各種性能，針對不同的車型配置和車輛，需要經過多次測試，并進行夏季、高原、冬季道路試驗驗證，才能得到最優的匹配數據。

參考文獻：

[1]GB18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（國六）.

[2]GB19578-2021乘用車燃料消耗量限值.