车用发动机匹配优化的一种试验分析方法

杜志良，张有，黎程

（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

1 引言

从发动机到车轮，汽车整个动力传动系统的匹配优化，一直是业内研究的重要课题。各种设计、试验、分析的方法和手段，都已相当成熟。但是，发动机的动力性与经济性，相对于汽车的车速、负荷，是一个非线性系统，用户的使用状态千差万别，难以针对所有汽车、甚至于某一个车型，开发出一个完善的、普遍适用的系统[1]。在乘用车领域，大城市家庭用车、出租车和郊区乡镇地区用车之间；在商用货车领域，城市间高速运输车辆、市区与郊区间的货物接驳车量之间；在商用客车领域，公交车与长途大巴之间，都有很大的使用差异[2]。这种差异，通常通过对油量和提前角折衷标定的办法解决。

近年来，随着对细分市场产品的要求不断提高，汽车厂家也根据不同地区用户的使用需要，推出适合用于高原、出租、公交、公路运输等特定车辆，改善了汽车的实际使用性能，受到用户欢迎[3]。

本文以某车型配套的发动机为例，详细地说明了基于用户实车使用试验的一种匹配试验分析方法。可以验证发动机与整车匹配的合理性，指导整车匹配的开发方向。

2 试验分析体系的总体构思

2.1 基于用户实际使用状态

以最典型的用户使用工况为试验基础平台，完整采集、获得最能体现样车实际状态的数据。

2.2 发动机基础数据的获取

在台架上完成发动机万有特性试验，获得发动机全工况运行参数。

2.3 从电控单元采集数据

为了使车辆具有良好的油耗，开发设计时尽量使车辆在实际常用行驶状态下，发动机处于低油耗区。为此必须根据用户的可能实际使用情况，对动力系统进行优化匹配，合理地选择后桥 （驱动桥）减速比及变速箱档位数、速比等，以使车辆获得良好的动力性和经济性。

近年来，随着国家节能、减排法规的不断升级，电控发动机在整车上已获得了广泛使用。电控单元的应用为监控与测量发动机运行参数提供了一个新的平台，我们可以扩展发动机电控系统信息的应用范围，为整车匹配试验提供服务。

在发动机电控系统上建立移动数据采集系统，其连接简图如图1所示。

通过数据读取单元故障诊断仪，将ECU与电脑相连，使用编制好的数据采集系统将ECU内的发动机运行数据实时显示并记录下来供分析研究。

2.4 整车运行宏观数据

记录行驶时间、行驶里程、燃油消耗量等。

3 实车使用试验

为研究用户在实车运输过程中发动机运行工况的匹配分布状态，使用某型号电控发动机所配牵引车进行高速路况实车运输试验。试验道路选择上海－北京段，全长约1 400 km，是比较典型的公路运输线路。试验安排如表1所示。

试验记录的主要参数有：车速、发动机转速、每循环喷油量、行驶里程、总燃油消耗量等。试验采样频率4 Hz。结合发动机台架试验数据，可以得到以下分析结果。

4 试验结果处理分析

4.1 整车运行宏观数据

用传统的整车路试试验统计方法，得到行驶时间、行驶里程、平均车速、百公里油耗等试验结果，见表2。

4.2 试验数据分项处理结果

通过对ECU数据采集系统所收集数据的分析计算，得到档位利用率、车速分布、发动机运行工况在万有特性上的分布等对匹配优化非常有价值的数据。图2、图3分别为满载和空载情况下整车变速箱速比－车速分布图，从图中工况点的分布情况可以看出，满载状态下速比分布较均匀，而空载状态下速比分布较集中，其统计结果如图4和图6所示。图5和图7分别为实车运输试验中车速分布的统计结果。

4.3 结果分析

从图8满载运行状态在万有特性图上的分布可以发现，该发动机最经济的运行区域在1 300～1 700 r/m in之间。而用户使用过程中转速主要运行在900～1 400 r/m in区间，为适应用户使用需求，发动机与整车的优化匹配还有一定的调整空间。从图9空载运行状态在万有特性图上的分布情况可以发现，用户空车运行过程中发动机转速虽然已经基本处于最经济运行转速区域，但是负荷偏低，如果设置空载版本ECU，将外特性曲线压低，优化万有特性曲线，油耗仍有下降的潜力。

5 结束语

（1）实车使用试验可得到量化的平均车速、平均燃油耗、档位利用率分布、车速分布、整车运行工况在发动机万有特性上的分布等结果。

（2）以用户实车使用试验为平台，综合发动机台架试验、发动机电控单元数据采集和车辆宏观运行数据记录三个方面的结果所建立的试验分析体系，可以比较全面地分析发动机与整车之间的匹配状态，是评价与优化匹配设计的一个有效方法。

（3）可加入驾驶人员主观评价，综合评定整车的操控性能。

1刘洁浩.发动机性能曲线设置对整车性能的影响[C]//2007中国汽车工程学会年会论文集.北京，机械工业出版社，2007.

2杨连生.内燃机性能及其与传动装置的优化匹配[M].北京：学术期刊出版社，1988：39-45.

3杨俊武.动力系统的优化匹配及车辆的使用保养对油耗的影响.柴油机设计与制造，2009(1)：29-32.