浅谈发动机附件的节油潜力

吴磊，贺子龙，武煌

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230000)



浅谈发动机附件的节油潜力

吴磊，贺子龙，武煌

(安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230000)

节能减排的压力下，传统燃油车特别是发动机在机械损失方面仍有优化的空间。阐述了发动机的能量分布和机械损失的组成，提出了节油的技术，并整理了各技术的实测结果。结果表明：发动机附件的优化有明显效果，NEDC工况下最多能节油7.47%。

发动机附件；损失；节油技术；节油效果

0 引言

国家于2012年发布的节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)中明确了燃油经济性的改善目标：即到2015年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至6.9 L/100 km，节能型乘用车燃料消耗量降至5.9 L/100 km以下；到2020年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至5 L/100 km，节能型乘用车燃料消耗量降至4.5 L/100 km以下；商用车新车燃料消耗量接近国际先进水平[1]。

为了保证总体目标的实现，国家近年来陆续颁布了GB 19578-2014《乘用车燃料消耗量限值》、GB 27999-2014《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》、GB 20997-2015《轻型商用车辆燃料消耗量限值》和GB 30510-XXXX《重型商用车辆燃料消耗量限值》征求意见稿等标准，对全系车辆的油耗提出了更严格的要求。

法规和市场的双重压力下，各主机厂纷纷加快对节油新技术的研究和商品化。新能源汽车是未来的方向，目前处于推广或示范运营阶段，规模和成熟度等有待完善。传统燃油车在成本和可靠性等方面具备优势，仍是当前的主流。发动机作为动力源，在改善机械损失特别是驱动附件损失方面还有较大的空间。

1 附件损失分析

发动机将化学能转换为机械能的过程中，仅小部分用于对外输出做功，这部分就是有效功，其余被白白浪费掉，见图1。改善燃油经济性可从降低排气损失、冷却损失、机械损失和泵气损失等方面入手。

图1 发动机的能量分布图

机械损失由摩擦损失、驱动附件损失和泵气损失三部分组成，其中驱动附件损失约占整个机械损失的10%～20%。发动机正常工作时，需要驱动的耗能附件有：配气机构、冷却水泵、润滑油泵及燃油泵等。整车在实际使用时，冷却风扇、液压油泵(助力转向用)及汽车空调等也会消耗一部分能量[2]。

2 节油技术简介

在保证整车和发动机正常工作的前提下，通过应用电控技术，采取精准控制的方式，在满足整车需求的同时，能进一步地降低油耗。识别出的节油技术清单见表1。

表1 节油技术清单-附件损失优化

2.1 高效智能发电机

图2 高效智能发电机的示意图

高效智能发电机节油体现在：(1)高效率。即采用高效率电机代替普通电机，相同发电量所消耗的燃料更少。(2)智能。根据车辆状态控制发电机的输出电压，回收减速制动能量来给车辆供电。当车辆减速时，提高发电机输出电压，回收制动能量，并将能量通过发电机转化为电能存储在蓄电池中；当车辆加速时，降低发电机输出电压，蓄电池参与车辆供电，同时减小发动机负载；当车辆匀速时，保证正常输出电压，如图2所示。

2.2 即起即停

当车辆处于发动机怠速工况时(如红绿灯、短暂停车等)，在满足一定条件下，起停系统将自动关闭发动机，实现发动机怠速时不运行，从而减少怠速油耗。再次起步时，起动机自动运转并拖动发动机快速起动。当车速、发动机水温、传动链状态、安全判断等条件均满足要求时，发动机才能自动停止。任何一个条件不满足，发动机不能自动停止，见图3。

图3 即起即停的示意图

2.3 电动助力转向

传统的液压助力转向，无论车辆是否转向，提供助力的动力转向泵都在运转，消耗发动机的功率，而电动助力转向系统只在转向时电机才工作，可以减少不发生转向时这部分的能量消耗。液压助力转向和电动助力转向的示意图见图4。

图4 液压助力转向和电动助力转向的示意图

2.4 高效空调

传统空调开启后，按某一固定排量进行制冷。如图5所示，高效空调则根据外界环境、整车热负荷、整车行驶状况和空调系统压力来计算和实现压缩机变排量控制，从而避免过多的能耗浪费。在低负荷下，降低压缩机排量，降低混入的热风量；整车急加速时，降低压缩机排量，保证动力性；同时，回收制动时浪费的动力并转换为制冷量。

图5 高效空调的示意图

3 节油效果测量

在完成性能开发后，在转毂上进行实车的油耗测量，以验证每一项节油技术的节油效果。4项技术均是以乘用车为研究载体来实现的，因此测试工况为NEDC。通过测量运用节油技术前/后的油耗，就能获得每一项技术的节油效果。每次试验的边界应保持一致，以减小试验的测试误差，如结果偏差较大，需重新试验。对于改变电量的技术如高效智能发电机，还应测试车辆的用电量和油电转换效率。对于高效空调，还需注意光照条件和空调开启的风量及档位。试验结果见表2。

表2 各技术节油效果

4 结束语

不考虑节油技术在不同车辆上的差异和节油技术之间的相互影响，通过优化发动机附件损失，NEDC工况下最多可以节油7.47%，且开空调的油耗能改善5.1%。

研究单项技术时，应考虑其他性能如NVH、排放、电平衡、可靠性和操纵稳定性等的影响。集成多项技术时，还应考虑控制策略和节油效果之间是否存在相互干扰。

【1】中华人民共和国工业和信息化部装备工业司.节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)印发[EB/OL].http://www.miit.gov.cn/n1146925/n1146557/n1146619/c3072778/comtent.html,2012-07-09.

【2】常思勤.汽车动力装置[M].北京:机械工业出版社,2006.

三花汽零创新成果入围2017《汽车新闻》PACE奖最终名单

2016年10月11日， 三花汽车零部件有限公司，一家汽车热管理解决方案供应商，正式入围2017年《汽车新闻》 PACE大奖的最终名单。这也是中国的汽车企业第一次进入该名单。

PACE大奖作为业界创新的标杆，代表顶尖汽车供应商对业界做出的卓越贡献，通常被视为汽车界的“奥斯卡金奖”。

三花汽零凭借一款自主研发的电子控制的空调阀门——电子膨胀阀(EXV)入围最终PACE大奖名单。这款电子膨胀阀可以在行驶工况下，对空调制冷剂的动态变化做出快速反应。三花汽零的电子膨胀阀能够用于各种不同的控制策略中，从而提升整体空调系统的效率和性能。 自主研发的电子膨胀阀不仅适用于R134a制冷剂系统，同时适用于环保冷媒R1234yf和CO2制冷剂系统。EXV可以实现从零(全关闭状态)到最大流量的稳定控制。

实验室台架试验已经证明，在一辆常规车的配置下，三花汽零的EXV能够对制冷剂系统的性能带来至少10%的提升。试验标准采用SAE(美国汽车工程师协会)的空调测试标准。EXV对制冷剂快速、稳定、精确地控制，有效降低了压缩机的负载，从而提高了燃油经济性、压缩机可靠性，以及降低了制冷剂系统的噪声水平。

三花汽零EXV同时可以和电动车电池冷却器整合成组合件，来更好地控制电池温度，平衡冷却器和乘客舱蒸发器之间的制冷剂效率，从而提高了新能源汽车的续航能力。

2017年的《汽车新闻》PACE大奖将于2017年4月3日在美国底特律颁发。

(来源：三花汽车零部件)

Discussion on Fuel-saving Potential of Engine Accessories

WU Lei, HE Zilong, WU Huang

(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd., Hefei Anhui 230000,China)

Under the pressure of energy conservation and emissions reduction, traditional fuel car especially engine has optimizing space in mechanical loss. The energy distribution of the engine and the composition of mechanical loss were expounded, the fuel-saving technologies were proposed and the fuel-saving benefit of each technology was measured.The result shows that the optimization of the engine accessories has obvious effect, under NEDC conditions 7.47% fuel can be saved.

Engine accessories；Loss；Fuel-saving technology；Fuel-saving benefit

2016-07-22

吴磊(1984—)，男，本科，助理工程师，主要研究发动机电控零部件设计开发技术。E-mail:hezilong007@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.10.011

U464

B

1674-1986(2016)10-049-03