某車型發(fā)動機(jī)怠速降低對整車用電平衡的影響

讓松，陳積先，覃北階，王丹，張華樹，孟輝，譚功偉（國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，湖北 襄陽 441004）

某車型發(fā)動機(jī)怠速降低對整車用電平衡的影響

讓松，陳積先，覃北階，王丹，張華樹，孟輝，譚功偉
（國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，湖北 襄陽 441004）

闡述汽車整車電氣系統(tǒng)電量平衡發(fā)電機(jī)、蓄電池和用電器三者之間的關(guān)系。列出整車電氣系統(tǒng)負(fù)載情況，以某車型負(fù)載5為例，分析在模擬城市工況、60km／h勻速行駛工況和試驗(yàn)場綜合路循環(huán)工況下，怠速降低前后整車用電設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)，論證發(fā)動機(jī)怠速情況整車電平衡存在差異。

整車電平衡；模擬工況；綜合路循環(huán)工況

整車電氣系統(tǒng)是汽車交流發(fā)電機(jī)、蓄電池和各種用電器件的總和，而整車電氣系統(tǒng)的電量平衡（簡稱整車電平衡）是指汽車交流發(fā)電機(jī)、蓄電池和其它各種用電器之間的電能產(chǎn)生與消耗的相互制約關(guān)系。汽車交流發(fā)電機(jī)是汽車的主要電源，它將發(fā)動機(jī)的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，其功用是在發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時（怠速以上），向各種用電器供電，同時向蓄電池充電。

汽車電氣系統(tǒng)用電平衡試驗(yàn)是驗(yàn)證車輛在各種運(yùn)行狀態(tài)下，整個汽車電氣系統(tǒng)中用電設(shè)備的匹配情況，包括發(fā)電機(jī)的工作性能參數(shù)（電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出電流、輸出電壓和環(huán)境溫度）和蓄電池的電荷量對整車電量平衡的影響。出于其它方面的考慮，某乘用車欲將發(fā)動機(jī)的怠速從AC／OFF：750r／min降低到700 r／min，AC／ON：850 r／min降低到825 r／min。本文驗(yàn)證該車型發(fā)動機(jī)怠降低前后整車電平衡差異，進(jìn)而分析發(fā)動機(jī)的怠速降低對整車用電平衡的影響。

1 試驗(yàn)說明

選取某車型樣車一臺，其怠速為AC／OFF：750 r／min，AC／ON：850 r／min。車輛使用中對電氣負(fù)載的要求根據(jù)車輛在使用過程中情況，電氣系統(tǒng)可以分為表1所示幾種負(fù)載情況。具體用電負(fù)載見表2。其中在不同負(fù)載下按照GB／T12545.1—2001乘用車燃料消耗量試驗(yàn)方法中第4條模擬城市工況、60 km／h勻速行駛工況以及試驗(yàn)場綜合路循環(huán)工況進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)工況的先后可以按實(shí)際場地情況安排，每個工況之間的車輛移動應(yīng)按最短移動距離安排。試驗(yàn)中負(fù)載使用參照表2的要求，對于未提及的負(fù)載可以根據(jù)試驗(yàn)時對應(yīng)的車輛使用條件進(jìn)行開啟。試驗(yàn)中每個工況開始時和結(jié)束時要對短期間歇工作的負(fù)載進(jìn)行一次操作，每個工況運(yùn)行期間長期連續(xù)工作的負(fù)載要一直開啟，空調(diào)處于最大風(fēng)量，刮水系統(tǒng)處于最高速度（刮水器拆離）。

表1 電氣系統(tǒng)的負(fù)載列表

2 試驗(yàn)結(jié)果

本文僅選取負(fù)載5（極端情況）作分析說明，其它負(fù)載情況略去，如表3所示。

表2 不同負(fù)載下用電設(shè)備的使用情況

表3 負(fù)載5使用情況下試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 負(fù)載5試驗(yàn)分析及結(jié)論

3.1 模擬城市工況

表4 怠速降低前負(fù)載5試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 怠速降低后負(fù)載5試驗(yàn)數(shù)據(jù)

汽車在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺上按照歐洲耐久性模擬城市工況進(jìn)行試驗(yàn)，怠速降低前后大功耗實(shí)時動態(tài)特性曲線分別如圖1、圖2所示，試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果見表4、表5。從數(shù)據(jù)中可以看出：在歐洲耐久性模擬城市工況下，當(dāng)汽車在大功耗狀態(tài)下運(yùn)行時，由于車速變化較大（195 s一個循環(huán)）、怠速時間長、平均車速低、發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化也很大，故發(fā)電能力也隨之變化；在整個試驗(yàn)過程中，空調(diào)壓縮機(jī)頻繁啟動和停止，從而使整個平均用電電流波動在39.98～43.83A（怠速降低前43.83A，怠速降低后39.98A），最大用電電流達(dá)48.35～59.44A（怠速降低前48.35A，怠速降低后59.44 A），發(fā)動機(jī)處于怠速狀態(tài)或者轉(zhuǎn)速調(diào)整的過程中，發(fā)電機(jī)發(fā)電能力下降，輸出電流不足以提供給用電系統(tǒng)，需要蓄電池補(bǔ)充供電量。因此在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高時蓄電池處于充電狀態(tài)；發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低或者系統(tǒng)用電需求突然變大時蓄電池參與供電，才能保證整個電氣系統(tǒng)的大功耗用電。在整個試驗(yàn)過程中蓄電池的平均充電電流怠速降低前3.69A、怠速降低后-0.76A，這說明蓄電池怠速降低前大約一半的時間都處于充電狀態(tài)，故試驗(yàn)后蓄電池的電壓略高于試驗(yàn)前蓄電池的電壓。而怠速降低后整體來說在放電，故試驗(yàn)后蓄電池的電壓略低于試驗(yàn)前蓄電池的電壓。

由此可以得到結(jié)論：在出現(xiàn)極限用電情況（夏天悶熱的雨夜行車，經(jīng)常性長時間怠速）時，仍然是超過一半的時間蓄電池處在充電狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)束后，蓄電池電壓高于試驗(yàn)開始時刻，說明從整體上來看，在負(fù)載5的情況下，怠速降低前本車發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力基本滿足電平衡的要求，而怠速降低后電池略微虧電。

3.2 60km／h勻速工況

汽車在60km／h的勻速行駛試驗(yàn)工況進(jìn)行試驗(yàn)，怠速降低前后實(shí)時動態(tài)特性曲線分別如圖3、圖4所示，試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果見表4、表5。從數(shù)據(jù)中可以看出：汽車在大功耗狀態(tài)以60km／h的速度運(yùn)行時，當(dāng)發(fā)動機(jī)的平均轉(zhuǎn)速在怠速降低前1 522.17 r／min、怠速降低后1512.34r／min左右時，用電系統(tǒng)的用電電流怠速降低前37.21～50.21A、怠速降低后為36.95～54.29A，蓄電池大部分時間處于充電狀態(tài)，整個試驗(yàn)過程以充電為主，平均充電電流怠速降低前為1.26A、怠速降低后為7.13A，故試驗(yàn)后蓄電池的電壓會高于試驗(yàn)前蓄電池的電壓。

由此可以得到結(jié)論：當(dāng)汽車長時間工作在大功耗狀態(tài)（夏天悶熱的雨夜行車）下，車輛以60km／h的速度運(yùn)行（在高速公路或城際、郊區(qū)公路等無頻繁的制動怠速的路況下），其發(fā)電能力已能滿足電平衡要求。

3.3 綜合路循環(huán)工況

試驗(yàn)場綜合路循環(huán)工況，怠速降低前后實(shí)時動態(tài)特性曲線分別如圖5、圖6所示，試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果見表4、表5。從數(shù)據(jù)中可以看出：在模擬實(shí)際城市工況下，當(dāng)汽車在大功耗狀態(tài)下運(yùn)行時，車速變化較大（十字路口的紅綠燈等），發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化也很大，點(diǎn)火系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)等用電都較平穩(wěn)，總的用電電流平均值怠速降低前保持在36.83A、怠速降低后保持在37.08A左右，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化也很大，只靠發(fā)電機(jī)還是不能滿足整個電氣系統(tǒng)的用電需求，因此蓄電池也需要頻繁切換充電狀態(tài)和放電狀態(tài)，才能保證整個電氣系統(tǒng)的較大功耗用電。而實(shí)際工況的平均車速比歐洲耐久性模擬城市工況時高、怠速時間短，因此怠速降低前蓄電池總體還是處于充電狀態(tài)的，平均充電電流為3.1 3A，試驗(yàn)后蓄電池的電壓高于試驗(yàn)前；怠速降低后蓄電池略微虧電（虧電：在一定的負(fù)載狀態(tài)下，使得蓄電池端電壓下降、容量降低的汽車行駛或怠速過程。電池長期處于虧電狀態(tài)，會降低其使用壽命），平均放電電流為0.61A，試驗(yàn)后蓄電池的電壓低于試驗(yàn)前。

由此可以得到結(jié)論：在頻繁起步和停車的實(shí)際城市工況下，如果車輛長時間工作在較大功耗狀態(tài)（夏天悶熱的雨夜行車，經(jīng)常性怠速）下，怠速降低后電池略微虧電。

4 結(jié)束語

本文通過試驗(yàn)的方法，驗(yàn)證了某車型將發(fā)動機(jī)的怠速從AC／OFF：750r／min降低到700r／min，AC／ON：850 r／min降低到825 r／min，降低前后整車電平衡差異，由此知道該車發(fā)動機(jī)怠速降低后，負(fù)載5的模擬城市工況進(jìn)行試驗(yàn)和試驗(yàn)場綜合路循環(huán)工況，電池略微虧電，若電器長期工作在大工況下會造成電池嚴(yán)重虧電。綜上所述，該車型在如上的條件下降低怠速，將不滿足整車用電平衡；若要降低其怠速，應(yīng)加大其發(fā)電機(jī)功率并驗(yàn)證整車用電平衡情況。

（編輯 心翔）

Influence of Reduced Engine Idle Speed of A Car Model on Vehicle Power Balance

RANG Song，CHEN Ji-xian，QIN Bei-jie，WANG Dan，ZHANG Hua-shu，MENG Hui，TAN Gong-wei
（National Automobile Quality Supervision and Test Center，Xiangyang 441004，China）

The relation between generator，battery and electric appliance in the power balance of vehicle electrical system is elaborated here.The test data of vehicle electric appliances before and after idle speed reduction are analyzed under three working conditions as follows：simulated urban，constant speed driving at 60 km／h；comprehensive road driving cycle at test track.The result shows that the vehicle power balance differs at different engine idle speed.

vehicle power balance；simulated working condition；comprehensive road driving cycle condition

U463.61

A

1003－8639（2014）07－0068－04

2013-11-06；

2013-11-25

讓松（1987-），男，湖北襄陽人，工程師，研究方向?yàn)槠囯娮与娖骷靶履茉雌嚈z測。