多态开关技术对提高汽车燃油经济性的研究

尹文杰

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710020）

多态开关技术对提高汽车燃油经济性的研究

尹文杰

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710020）

文章对某运输车在多种工况下的燃油消耗量进行计算，定量分析多态开关技术对提高汽车燃油经济性的效果。

多态开关技术；燃油经济性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.041

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-126-03

引言

近年来，各大发动机厂家相继研发了多态开关技术。潍柴BOSCH电控系统的多态开关技术，通过限制发动机的扭矩和转速,使发动机运行在指定的扭矩、转速区域中，从而达到降低燃油消耗的目的。多态开关技术对提高汽车燃油经济性的效果，一直采用整车试验的方法，试验的结果受驾驶员和环境的影响很大，每次试验结果的差别也较大，不能够准确反映多态开关的节油效果。

文章利用MATLAB软件，计算某运输车在不同工况下的燃油消耗量，定量分析多态开关技术对提高汽车燃油经济性的效果。

1、多态开关技术原理

发动机多态开关技术是在发动机ECU的1.62、1.65两个针脚之间串接一组电阻，不同档位对应不同的阻值。多态开关有3档，分别为空载、中载和重载，电阻值分别为9.8kΩ、 4.2kΩ、1.5kΩ，见图1。

发动机ECU通过检测不同的电压值，使发动机运行在不同的功率状态，从而使发动机运行在预先标定的扭矩、转速区域中，达到降低汽车燃油消耗的目的。多态开关不同档位对应的发动机功率是预先标定的，潍柴WP10.375发动机预先标定的功率为240马力、290马力和375马力。

2、燃油经济性计算

在我国，燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量来衡量，单位为L/100km，其数值越小，燃油经济性越好。

2.1整车参数

质量参数：整车整备质量11500kg，载质量9000kg，半载总质量16000kg，重载总质量20500kg。

发动机：WP10.375，多态开关功率空载240马力，中载290马力，重载375马力。

变速器：RT-11509C，各档速比8.29,6.08,4.53,3.36,2.47, 1.81,1.35,1.00。

分动器：ZQC1600，高档速比0.89。桥：速比5.73。

2.2等速工况燃油消耗量

在一定车速时，汽车单位时间内的燃油消耗量

式中，—单位时间内的燃油消耗量，mL/s；P—发动机的功率，kW；b —燃油消耗率，g/(kW·h)；—柴油的重度，N/L，取γ=8.04N/L。

冶金及材料化学成分分析测试技术与方法、冶金过程与环保检测、形态/状态分析、表面/界面及形貌分析等方面具有一定创新性、先进性的研究成果，实验室管理、标准物质研制、能力验证与质量控制方案的应用与创新，仪器设备的研制与技术改进，综述与评论等。

绘制发动机万有特性曲线，并在其上绘制375、290、240马力发动机外特性曲线，以及汽车在重载、中载、空载工况最高档行驶时的需求扭矩曲线，见图2。图2中，细实线为发动机等燃油消耗率曲线，粗实线为375马力、290马力、240马力发动机外特性扭矩曲线，点划线为汽车重载、中载、空载工况最高档位行驶时的需求扭矩曲线。

从式（1）和图1可知，汽车在等速行驶时，发动机发出的功率为部分功率，通过多态开关限制发动机的最大功率对燃油消耗量无影响。所以等速行驶时，多态开关对提高燃油经济性无作用。

同时也可以看出，当汽车加速行驶时，发动机的外特性功率限制了发动机的最大输出功率，此时使用多态开关，就可限制燃油消耗量。

2.3加速工况燃油消耗量计算方法

根据发动机转速，计算汽车各档位的车速

式中：—汽车行驶速度，km/h；r—车轮半径，m；n—发动机转速，r/min；—变速器传动比；—分动器传动比；—桥传动比。

根据汽车的行驶方程式：

转质量转换系数，取=0.04；—行驶加速度，m/s2。可得，各档位油门全开时的加速度：

对加速度取倒数，对曲线积分，可得各档位加速时间ti，对曲线积分，可得各档位加速距离si。

根据式（1），计算汽车的各档位油耗，对曲线积分，可得各档位加速油耗，各档位加速油耗/各档位加速距离si100，可得加速时各档位的百公里油耗。

对于换挡加速过程，从1档换挡加速到最高档，按照每档发动机转速增加到2200r/min时，换入高一档位，计算得到换挡加速过程的总加速油耗、总加速距离s和总加速时间t，总加速油耗Q/总加速距离s100，可得换挡加速的百公里油耗。

2.4空载加速工况燃油消耗量

对汽车空载工况，计算匹配375、290和240马力发动机，换挡加速时的燃油消耗量。计算得到各档位加速度曲线（见图3），换挡加速百公里油耗-时间t曲线（见图4）。

从图3、图4可得，发动机功率越小，加速度越小，换挡加速时百公里油耗越小。计算得，375马力发动机的换挡加速的百公里油耗为99.2L/100km，290马力发动机为72.7L/100km，240马力发动机为57.0L/100km。按百分比换算，汽车空载时，限制375马力发动机最大输出扭矩到240马力发动机，其换挡加速时百公里油耗可节省42.6，若限制到290马力发动机，可节省26.7。

2.5中载加速工况燃油消耗量

对汽车中载工况，从上图2可得，240马力发动机的外特性曲线已不能满足汽车最高档的行驶要求，所以只计算匹配375马力和290马力发动机，换挡加速时的燃油消耗量。计算得到各档位加速度曲线（见图5），换挡加速百公里油耗-时间t曲线（见图6）。

计算得，375马力发动机的换挡加速的百公里油耗为97.4L/100km，290马力发动机为70.2L/100km。按百分比换算，汽车中载时，限制375马力发动机最大输出扭矩到290马力发动机，其换档加速时百公里油耗可节省28.0。

2.6加速时间对比

通过多态开关限制发动机的最大输出功率，可以降低汽车加速时的油耗，同时也会使汽车后备功率降低，加速时间变长。多态开关作用下，加速换挡百公里油耗和加速时间的对比见表1。

表1 加速油耗和加速时间对比

从加速时间对比分析可得，换挡加速时间变长是相对同一载荷工况下不同功率的发动机而言。空载240马力、中载290马力与满载375马力发动机的加速时间基本相当，也即是根据汽车载荷限制发动机的最大输出扭矩，只是损失了汽车因载荷变小而增加的动力性，汽车的动力性仍能够保证。

3、结论

当汽车加速行驶时，发动机多态开关技术在一定程度上可降低燃油消耗量，提高汽车的燃油经济性。同时，也会导致加速时间变长，但不影响整车的动力性指标。在实际使用中，驾驶员可根据汽车的负载状态，选择多态开关合适的档位，降低汽车的油耗。

[1] 余志生.汽车理论（第2版）[M].北京:机械工业出版社,1999.

[2] 王望予.汽车设计（第4版）[M].北京:机械工业出版社,2004.

[3] 张志涌.精通MATLAB[M].北京:北京航空航天大学出版社,2000.

[4] 蓝擎欧Ⅲ柴油机使用保养说明书WP10/WP12.潍柴动力股份有限公司.

The Research of Improving Fuel Economy On Smart Switch

Yin Wenjie
( Shaanxi Heavy-Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710020 )

This paper calculates the fuel consumption of a vehicle in many conditions. The results can give detailed data on the influence of smart switch to improving fuel economy.

Smart switch; Fuel economy

U467.3

A

1671-7988（2015）09-126-03

尹文杰，就职于陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院。