电喷系统控制对轻型汽油车油耗的影响

赖先涛　陈旭健　钟远铭

摘 要：面对日益严格的油耗及排放法规要求，整车电喷系统控制需要兼顾排放性、经济性、动力性和驾驶性。本文选取一辆轻型汽油车，搭载1.5L自然吸气发动机，通过调整电喷系统控制数据，进行WLTC（国六排放循环）油耗试验，研究电喷系统控制数据对轻型汽油车油耗的影响。

关键词：油耗 WLTC 排放

1 前言

2013年国家发布GB18352.5-2013轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第五阶段），并于2018年1月1日在全国范围实施该标准，2016年发布GB18352.6-2016轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段），并于2020年7月1日在全国范围实施该标准。2014年发布GB19578-2014乘用车燃料消耗量限值和GB27999-2014乘用车燃料消耗量评价方法及指标，2021年发布GB19578-2021乘用车燃料消耗量限值油耗法规，要求2021年7月1号起开始实施该法规。通过法规的不断加严，持续推进汽车燃料消耗量和燃烧排放量的降低，面对日益严格的法规要求，整车电喷系统控制需要兼顾排放性、经济性、动力性和驾驶性。

2 电喷系统控制对油耗的影响

本文选取一辆轻型汽油车，搭载1.5L自然吸气发动机，通过调整电喷系统控制数据，进行WLTC（国六排放循环）油耗试验，研究电喷系统控制数据对轻型汽油车油耗的影响。

2.1 催化器加热控制对油耗的影响

三元催化器的转化效率与温度有密切关系，温度越高转换效率越高，三元催化器的转换效率达到50%对应的温度称为催化器起燃温度。图1是三元催化器的起燃特性曲线，转化效率达到50%所对应的排气入口温度称为起燃温度t50，一般 t50=250～300℃。

为降低整车排放，需要让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两种：一是通过电喷系统控制，提高怠速转速;二是增加扭矩预留，减小点火角。上述两种方法理论上都会使得整车油耗增加，为研究催化器加热对整车油耗和排放的影响，通过设置不同的催化器加热数据，分别进行WLTC油耗及排放测试，表1是通过设置不同的催化器加热数据进行油耗和排放测试的结果。

从测试结果来看，催化器加热转速越高、点火角越小，三元催化器起燃越快，整车排放越低，但整车油耗会增加。对于本文测试车型，催化器加热转速设置1200转，点火角设置0度左右，排放符合法规要求，同时整车油耗表现最好。对于不同的车型，需要经过多次油耗和排放测试，才能匹配出最优的催化器加热转速和点火角数据。

2.2 怠速扭矩预留控制对油耗的影响

由于整车及发动机制造存在散差，不同车辆发动机损耗扭矩有差异;同时整车电子负载也会消耗发动机扭矩，为保证不同车辆发动机都运行稳定，电喷系统需要打开扭矩预留功能，增加扭矩预留理论上会使得整车油耗增加。通过设置不同的怠速扭矩预留数据，分别进行WLTC油耗测试，表2是通过设置不同的怠速扭矩预留数据进行油耗测试的结果。

从测试结果来看，怠速扭矩预留越小，整车油耗越低，但是怠速扭矩预留越小，数据的覆盖性就越差，怠速稳定性越差。对于不同车辆，需要经过多次测试，进行夏季、高原和冬季验证，在满足安全性及覆盖性的前提下，尽量降低怠速扭矩预留，降低整车油耗。

2.3 断油控制对油耗的影响

当驾驶员收油门时，电喷系统需要控制发动机进入断油工况，但是传动轴之间存在间隙，为避免收油门时车辆顿挫，需要延时进入断油工况。为研究断油延时时间对整车油耗的影响，通过设置不同的断油延时时间，进行WLTC油耗测试，油耗测试结果见表3。

从测试结果来看，断油延时时间越短，整车油耗越低，但是断油延时时间越短，驾驶员收油门时车辆的顿挫感越强。因此，需要通过不同的驾驶员，对不同的车辆进行驾驶性感受，在驾驶性能够接受的前提下，尽量减小断油延时时间，降低整车油耗。

2.4 恢复供油控制对油耗的影响

当驾驶员收油门时，发动机进入断油工况后，车辆在滑行过程中受阻力影响，发动机转速会持续下降，在发动机转速下降到一定范围时存在熄火的风险，此时需要控制发动机恢复供油。表4是通过设置不同的恢复供油转速进行WLTC油耗测试的结果。

从测试结果来看，发动机恢复供油的转速越低，整车油耗越低，但发动机恢复供油转速越低，车辆熄火的风险就越大。因此，对于不同车辆，需要经过多次测试，完成夏季、高原及冬季环境验证，在满足安全性及覆盖性的前提下，尽量降低恢复供油转速，降低整车油耗。

2.5 起动空燃比控制对油耗的影响

当发动机在环境中静置较长时间时（特别是低温环境下），燃烧室以及气缸壁面上燃油已经挥发殆尽，此时喷油器喷射的燃油会有很大一部分沉积到燃烧室与气缸壁面上形成油膜，并且起动阶段真空度较小，导致挥发出来形成可燃混合气的燃油蒸汽量减少，为了维持进入气缸的可燃混合气量，需要延长喷油时间，增加喷油量来补偿形成油膜的损失。理论上喷油越多，起動空燃比越浓，油耗越高，但排放就会越差。表5是通过设置不同的起动空燃比进行WLTC油耗和排放测试的结果。

从测试结果来看，起动空燃比适中，整车油耗及排放表现最好。起动空燃比越浓，发动机喷油越多，整车油耗和排放都偏高;但起动空燃比太稀，发动机喷油过少，会导致燃烧失火，此时发动机燃烧不充分，油耗和排放也会变差，同时存在发动机起动困难的风险。实际数据匹配过程中，需要经过多次起动试验，特别是低温起动试验，选择排放和油耗表现最优的匹配数据。

3 小结

通过电喷系统控制，调整催化器加热转速和点火角、怠速扭矩预留、发动机断油延时时间、发动机恢复供油转速、起动空燃比等参数，对油耗都有一定的影响，同时会影响整车排放、动力性和驾驶性，选择合理的匹配数据，能够优化整车油耗和排放。

整车经济性、驾驶性、动力性及排放性，相互之间是矛盾的，为了提高经济性，降低整车油耗，需要牺牲一定的其它性能，匹配数据需要兼顾整车各种性能，针对不同的车型配置和车辆，需要经过多次测试，并进行夏季、高原、冬季道路试验验证，才能得到最优的匹配数据。

参考文献：

[1]GB18352.6-2016 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（国六）.

[2]GB19578-2021乘用车燃料消耗量限值.