冷热机NEDC循环工况的整车燃油经济性试验研究

任梦宇，郑清平，张盼盼，黎 明

（河北工业大学 能源与环境工程学院，天津 300401）

冷热机NEDC循环工况的整车燃油经济性试验研究

任梦宇，郑清平，张盼盼，黎 明

（河北工业大学 能源与环境工程学院，天津 300401）

选择两辆试验车在转鼓台架上分别进行热机和冷机 NEDC循环工况，测试其油耗数据，发现热机循环燃油经济性明显好于冷机循环．为了分析上述现象，在汽车上布置传感器，采集车辆在冷、热机 NEDC循环工况中的冷却液温度、机油温度、发电机电流、用电器耗电等参数变化情况．试验结果表明，热机循环下有较高的冷却液温度、机油温度和较低的机油压力，并且转速波动较小，发电机耗电量也较小，热机循环下机械效率效率高于冷机，可以获得好的经济性．

NEDC循环；燃油经济性；汽车；传感器信号；测试

0 引言

汽车燃油经济性是衡量汽车性能的一项重要指标，随着工信部发布新修订的《乘用车燃料消耗量限值》和《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》，更加严格的油耗及排放法规即将实施[1-3]．为了降低车辆的油耗，基于整车的燃油经济性的测试与分析是非常有必要的[4-9]．

车辆在道路行驶工况多变复杂，热机和冷机下行驶的经济性对比研究对改善车辆性能有一定的指导意义.本文选择两台试验车在转鼓台架上分别进行热机和冷机NEDC（New European Driving Cycle，新欧洲行驶工况）循环工况，测试并比较两工况之间的经济性差异，通过传感器采集汽车在NEDC循环工况运行过程中的各项发动机参数的变化情况，分析参数变化对NEDC循环中试验车辆热机和冷机油耗的影响．

1 整车基本参数及传感器布置

1.1 整车基本参数

车辆主要参数见表1，两款样车的发动机在排量、额定功率、扭矩上差距较小,NEDC循环测试结果表明，A车的油耗偏高，而B车油耗属于正常范围．在两辆试验车的动力总成系统布置相同种类、数量的传感器，利用转鼓台架，分别在冷、热机工况下对进行整车NEDC循环测试，处理传感器采集的数据，就可以分析两车分别在冷、热机下油耗差异及原因．

表1 动力总成基本技术参数Tab.1 Basic parameters of powertrain system

1.2 监测参数

在整车运行过程中，主要对动力总成的运行状态参数进行测试，其中包括物理量有温度、压力、流量和空燃比值．具体物理量见表2．此外，还通过OBD（On Board Diagnostics，车载诊断系统）端口采集发动机的CAN（Controller Area Network，控制器局域网）信号，将传感器的信号与CAN信号集成到采集设备中，同时进行采集和保存．

表2 样车发动机监测物理量Tab.2 Monitoring engine parameters

2 车辆测试

在传感器布置完毕后，运用转鼓试验台架，在不同的实验条件下进行整车NEDC循环工况测试，根据台架配备的碳平衡法油耗测试仪分析并计算其油耗[10]．需要根据冷、热机的不同需求进行试验条件的设置．

结合车辆的实际使用工况，实验条件应满足如下需求：

1）冷机NEDC之前，应保证蓄电池充满电，被测车辆需要在293～303K（20～30℃）温度下浸泡至少6 h以上，润滑油和冷却液温度变化范围小于室温±2℃．

2）热机NEDC应保证发动机工作在正常温度，动力总成各部位温度变化小于1℃/m in．

应用SPSS 19.0软件进行计算，计数资料使用Fisher确切概率法检验，等级资料使用Mann-Whitney U检验。P<0.05为差异有统计学意义。

3）测试时禁止开启空调、收音机等循环外用电设备，以免测试油耗出现误差，影响试验精度．

3 整车油耗测试及数据分析

A和B车的NEDC循环工况试验数据如表3所示．通过表3可以分析出：A车冷机状态下，市区循环、郊区循环和综合循环分别比热机状态多消耗2.86 L、0.35 L和1.20L；B车冷机状态下，市区循环、郊区循环和综合循环分别比热机状态多消耗1.36L、0.04 L和0.60 L．可见冷机和热机对汽车经济性影响很大，下面通过分析传感器实测的一些参数进行解释．

表3 NEDC循环工况油耗结果 L/100kmTab.3 Fuel consumption results of vehicle A and B

4 采集数据分析

4.1 机油温度

机油温度是衡量发动机温度的重要指标，机油温度迅速提升至正常工作温度，有利于减小发动机的机械损失，提高机械效率，改善经济性．图1和图2分别为A、B车在冷、热机时NEDC循环工况油液温度变化，可以看出，在整个ECE循环中，A、B二车机油温度都是逐步上升的，但是冷机下的机油温度均低于热机，特别是在市区循环工况冷、热机下的机油温度相差更明显，这是造成冷机状态与热机状态油耗差异的原因之一．在冷机状态下，发动机机油温度低，机油黏度大，机油流速慢，流量小，润滑效果差．若想维持良好的润滑环境，只能加大机油的循环压力，使机油的流量增大．随着发动机工作温度的逐渐升高，机油黏度逐渐减小，机油流量增加，运动零件之间润滑效果提升，机械阻力减小，从而提高了发动机的燃油经济性．

图1 A车冷、热机NEDC机油温度对比Fig.1 NEDC oil temperature comparison of A

图2 B车冷、热机NEDC机油温对比Fig.2 NEDC oil temperature comparison of B

4.2 机油压力对比

A、B车在冷、热机时的NEDC机油压力对比分别如图3和图4所示．在冷机循环中，机油黏度大，为了保证缸体内足够的润滑，A车的机油压力在ECE1时达到峰值，达到了300 kPa，同期高出B车压力峰值近一倍，随后机油压力缓慢下降，并在ECE市区循环后期降至和热机机油压力同一水平；B车机油压力除了冷机ECE循环中少数点外，冷、热机机油压力基本保持一致，并没有出现A车在冷、热机循环中出现的机油压力差异．

这说明在冷机工况下，由于A车发动机机油温升慢，机油黏度大，导致内阻很高，发动机摩擦损耗较大；随着发动机温度的提升，机油黏度下降，内阻下降，机油压力逐渐趋于平稳，并和热机时的压力保持一致．而B车无论冷、热循环，机油压力变化幅度都非常小，这也直接体现在B车良好的冷机润滑效果和冷机油耗上．

图3 A车冷、热机NEDC机油压力对比Fig.3 NEDC oil-pressure comparison of A

图4 B车冷、热机NEDC机油压力对比Fig.4 NEDC oil-pressure comparison of B

在热机NEDC循环中，两车的机油压力都随着车速的变化而合理调节，并没有出现大幅度的不合理变化，二者产生的压力差别主要是由于机油标号、发动机的设计油压等，可见两车在正常工作温度下，润滑都是正常的．

4.3 水温

A、B车在冷、热机时的NEDC水温对比分别如图5和图6所示．可以看出，在整个ECE（Economic Commission for Europe）循环中，A、B二车水温都是逐步上升的，但是冷机下的水温均低于热机，特别是在市区循环工况冷、热机下的水温相差更明显，这是造成冷机状态与热机状态油耗差异的原因之一，因为热机循环下高的水温通过传热使得机油温度较高，有效减少了发动机冷启动阶段的机械阻力，从而能够减小循环的油耗．

A、B车在冷、热机时的NEDC水温变化趋势虽然相似，但在幅度上有一定差距．在整个ECE循环中，A车水温上升缓慢，且一直存在波动，在EUDC（Extra-Urban Driving Cycle）的加速段，水温才达到峰值．B车在ECE1循环中水温上升迅速，并在ECE2循环中保持稳步上升态势，在ECE3循环的后半段出现迅速上升的情况，并迅速达到峰值并保持稳定；这说明B车体现出了较好的发动机水路设计，在暖机过程中冷却液通过小循环能够迅速将热量传递均匀地传递给发动机的缸体和油液，使发动机温度迅速而稳定地提升．

图5 A车冷、热机NEDC水温对比Fig.5 NEDC coolant temperature of A

图6 B车冷、热机NEDC水温对比Fig.6 NEDC coolant temperature of B

4.4 NEDC循环发动机转速对比

A、B车在冷机时的NEDC发动机转速对比分别如图7和图8所示．首先，A车的发动机转速在冷机的波动峰值均大于热机，这说明发动机燃烧在冷机下不稳定，燃烧效率差，在一定程度上影响到燃油经济性．另外，在A、B车发动机转速循环对比中，A车在ECE阶段和EUDC阶段都出现了峰值转速，且ECE循环中发动机转速的重复性较差，稳定性较弱；B车不管是在ECE循环还是EUDC循环，都体现了良好的重复性和稳定性，ECE循环中峰值转速维持在1 700转左右，在EUDC循环冷、热机转速则更加吻合．造成这种现象的原因是多方面的，不仅包括发动机自身的控制，更与车辆的换挡策略和传动系统有关．

图7 A车冷、热机NEDC循环发动机转速对比Fig.7 NEDC engine revolution comparison of A

图8 B车冷、热机NEDC循环发动机转速对比Fig.8 NEDC engine revolution comparison of B

4.5 发电机电流及整车用电器耗电情况

A、B车在冷机时的NEDC发电机电流及整车用电器耗电如图9、图10所示．可以看出，车辆A和B在冷机时的发电机电流均大于热机，且A车相差更大些，B车在整个NEDC过程中，冷机发电机电流略大于热机，说明冷机时耗电量高于热机，这主要是因为冷机时需要提高点火能量，以保证燃烧效果，加上电器效率较低，所以导致发电机电流较大，最终发动机消耗能量大，机械效率低，故冷机燃油经济性比热机差．

图9 A车冷、热机NEDC发电机电流对比Fig.9 Generator current comparison of A

图10 B车冷、热机NEDC发电机电流对比Fig.10 Generator current comparison of B

5 结论

在整车实际运行状态下，通过布置传感器监控和采集整车动力系统一些参数，对比分析A和B两车在NEDC循环热机和冷机工况下的这些参数变化情况，由此得出热机循环燃油经济性明显好于冷机循环的原因如下：

1）在整个ECE循环中，A、B二车机油温度都是逐步上升的，但是冷机下的机油温度均低于热机，特别是在市区循环工况冷、热机下的机油温度相差更明显．

2）冷机循环中，A车的机油压力在冷机机油压力明显高于比热机，B车机油压力冷机局部高于热机机油压力．

3）在整个ECE循环中，A、B二车水温都是逐步上升的，但是冷机下的水温均低于热机，特别是在市区循环工况冷、热机下的水温相差更明显．

4）发动机转速在冷机的转速波动均大于热机．

5）车辆A和B在冷机时的发电机电流均大于热机，且A车相差更大些，B车在整个NEDC过程中，冷机发电机电流略大于热机．

[1]余志生．汽车理论 [M]．第3版．北京：机械工业出版社，2005．

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[3]孔春花．在用乘用车燃油经济性分析研究 [D]．长春：吉林大学，2007．

[4]乐智，盛俏，陈龙，等．整车能量流分析在燃油经济性开发中的应用[C]//中国汽车工程学会．中国汽车工程学会年会论文集：第4卷，2015．

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[责任编辑 田 丰]

Test and research of vehicle fuel economy in state of heat NEDC cycle and cold NEDC cycle

REN Mengyu，ZHENG Qingping，ZHANG Panpan，LI Ming

(School of Energy and Environmental Engineering,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China)

Two vehicle were selected to be tested on rolling drum experiment table to get data of fuel consumption.The result shows fuel consumption in heat state is obviously lower than cold state.In order to research the difference of fuel consumption between cold and hot engine state in NEDC cycle,several signals such as engine temperature,engine-oil temperature,generator current,power consumption of electrical appliances etc.were collected and recorded.The results show that thevehicle in heat state have higher coolant temperature,oil temperature,lower generator current and fluctuation of engine speed,less power consumption of electrical appliances as well.According to this consequence,we can get better mechanical efficiency and fuel consumption in state of heat engine than cold one.

NEDC cycle;fuel economy;vehicle;sensor signal;test

TK401

A

1007-2373(2016)05-0085-05

10.14081/j.cnki.hgdxb.2016.05.013

2016-08-30

任梦宇（1989-），男（汉族），硕士生．通讯作者：郑清平（1965-），女（汉族），教授，qpzh163@163.com．