冷熱機(jī)NEDC循環(huán)工況的整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)研究

任夢(mèng)宇，鄭清平，張盼盼，黎 明

（河北工業(yè)大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，天津 300401）

冷熱機(jī)NEDC循環(huán)工況的整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)研究

任夢(mèng)宇，鄭清平，張盼盼，黎 明

（河北工業(yè)大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，天津 300401）

選擇兩輛試驗(yàn)車(chē)在轉(zhuǎn)鼓臺(tái)架上分別進(jìn)行熱機(jī)和冷機(jī) NEDC循環(huán)工況，測(cè)試其油耗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)熱機(jī)循環(huán)燃油經(jīng)濟(jì)性明顯好于冷機(jī)循環(huán)．為了分析上述現(xiàn)象，在汽車(chē)上布置傳感器，采集車(chē)輛在冷、熱機(jī) NEDC循環(huán)工況中的冷卻液溫度、機(jī)油溫度、發(fā)電機(jī)電流、用電器耗電等參數(shù)變化情況．試驗(yàn)結(jié)果表明，熱機(jī)循環(huán)下有較高的冷卻液溫度、機(jī)油溫度和較低的機(jī)油壓力，并且轉(zhuǎn)速波動(dòng)較小，發(fā)電機(jī)耗電量也較小，熱機(jī)循環(huán)下機(jī)械效率效率高于冷機(jī)，可以獲得好的經(jīng)濟(jì)性．

NEDC循環(huán)；燃油經(jīng)濟(jì)性；汽車(chē)；傳感器信號(hào)；測(cè)試

0 引言

汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性是衡量汽車(chē)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，隨著工信部發(fā)布新修訂的《乘用車(chē)燃料消耗量限值》和《乘用車(chē)燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)》，更加嚴(yán)格的油耗及排放法規(guī)即將實(shí)施[1-3]．為了降低車(chē)輛的油耗，基于整車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性的測(cè)試與分析是非常有必要的[4-9]．

車(chē)輛在道路行駛工況多變復(fù)雜，熱機(jī)和冷機(jī)下行駛的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比研究對(duì)改善車(chē)輛性能有一定的指導(dǎo)意義.本文選擇兩臺(tái)試驗(yàn)車(chē)在轉(zhuǎn)鼓臺(tái)架上分別進(jìn)行熱機(jī)和冷機(jī)NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲行駛工況）循環(huán)工況，測(cè)試并比較兩工況之間的經(jīng)濟(jì)性差異，通過(guò)傳感器采集汽車(chē)在NEDC循環(huán)工況運(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的變化情況，分析參數(shù)變化對(duì)NEDC循環(huán)中試驗(yàn)車(chē)輛熱機(jī)和冷機(jī)油耗的影響．

1 整車(chē)基本參數(shù)及傳感器布置

1.1 整車(chē)基本參數(shù)

車(chē)輛主要參數(shù)見(jiàn)表1，兩款樣車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)在排量、額定功率、扭矩上差距較小,NEDC循環(huán)測(cè)試結(jié)果表明，A車(chē)的油耗偏高，而B(niǎo)車(chē)油耗屬于正常范圍．在兩輛試驗(yàn)車(chē)的動(dòng)力總成系統(tǒng)布置相同種類(lèi)、數(shù)量的傳感器，利用轉(zhuǎn)鼓臺(tái)架，分別在冷、熱機(jī)工況下對(duì)進(jìn)行整車(chē)NEDC循環(huán)測(cè)試，處理傳感器采集的數(shù)據(jù)，就可以分析兩車(chē)分別在冷、熱機(jī)下油耗差異及原因．

表1 動(dòng)力總成基本技術(shù)參數(shù)Tab.1 Basic parameters of powertrain system

1.2 監(jiān)測(cè)參數(shù)

在整車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，主要對(duì)動(dòng)力總成的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，其中包括物理量有溫度、壓力、流量和空燃比值．具體物理量見(jiàn)表2．此外，還通過(guò)OBD（On Board Diagnostics，車(chē)載診斷系統(tǒng)）端口采集發(fā)動(dòng)機(jī)的CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)）信號(hào)，將傳感器的信號(hào)與CAN信號(hào)集成到采集設(shè)備中，同時(shí)進(jìn)行采集和保存．

表2 樣車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)物理量Tab.2 Monitoring engine parameters

2 車(chē)輛測(cè)試

在傳感器布置完畢后，運(yùn)用轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)架，在不同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行整車(chē)NEDC循環(huán)工況測(cè)試，根據(jù)臺(tái)架配備的碳平衡法油耗測(cè)試儀分析并計(jì)算其油耗[10]．需要根據(jù)冷、熱機(jī)的不同需求進(jìn)行試驗(yàn)條件的設(shè)置．

結(jié)合車(chē)輛的實(shí)際使用工況，實(shí)驗(yàn)條件應(yīng)滿(mǎn)足如下需求：

1）冷機(jī)NEDC之前，應(yīng)保證蓄電池充滿(mǎn)電，被測(cè)車(chē)輛需要在293～303K（20～30℃）溫度下浸泡至少6 h以上，潤(rùn)滑油和冷卻液溫度變化范圍小于室溫±2℃．

2）熱機(jī)NEDC應(yīng)保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作在正常溫度，動(dòng)力總成各部位溫度變化小于1℃/m in．

應(yīng)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)數(shù)資料使用Fisher確切概率法檢驗(yàn)，等級(jí)資料使用Mann-Whitney U檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3）測(cè)試時(shí)禁止開(kāi)啟空調(diào)、收音機(jī)等循環(huán)外用電設(shè)備，以免測(cè)試油耗出現(xiàn)誤差，影響試驗(yàn)精度．

3 整車(chē)油耗測(cè)試及數(shù)據(jù)分析

A和B車(chē)的NEDC循環(huán)工況試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示．通過(guò)表3可以分析出：A車(chē)?yán)錂C(jī)狀態(tài)下，市區(qū)循環(huán)、郊區(qū)循環(huán)和綜合循環(huán)分別比熱機(jī)狀態(tài)多消耗2.86 L、0.35 L和1.20L；B車(chē)?yán)錂C(jī)狀態(tài)下，市區(qū)循環(huán)、郊區(qū)循環(huán)和綜合循環(huán)分別比熱機(jī)狀態(tài)多消耗1.36L、0.04 L和0.60 L．可見(jiàn)冷機(jī)和熱機(jī)對(duì)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性影響很大，下面通過(guò)分析傳感器實(shí)測(cè)的一些參數(shù)進(jìn)行解釋?zhuān)?/p>

表3 NEDC循環(huán)工況油耗結(jié)果 L/100kmTab.3 Fuel consumption results of vehicle A and B

4 采集數(shù)據(jù)分析

4.1 機(jī)油溫度

機(jī)油溫度是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的重要指標(biāo)，機(jī)油溫度迅速提升至正常工作溫度，有利于減小發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失，提高機(jī)械效率，改善經(jīng)濟(jì)性．圖1和圖2分別為A、B車(chē)在冷、熱機(jī)時(shí)NEDC循環(huán)工況油液溫度變化，可以看出，在整個(gè)ECE循環(huán)中，A、B二車(chē)機(jī)油溫度都是逐步上升的，但是冷機(jī)下的機(jī)油溫度均低于熱機(jī)，特別是在市區(qū)循環(huán)工況冷、熱機(jī)下的機(jī)油溫度相差更明顯，這是造成冷機(jī)狀態(tài)與熱機(jī)狀態(tài)油耗差異的原因之一．在冷機(jī)狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油溫度低，機(jī)油黏度大，機(jī)油流速慢，流量小，潤(rùn)滑效果差．若想維持良好的潤(rùn)滑環(huán)境，只能加大機(jī)油的循環(huán)壓力，使機(jī)油的流量增大．隨著發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度的逐漸升高，機(jī)油黏度逐漸減小，機(jī)油流量增加，運(yùn)動(dòng)零件之間潤(rùn)滑效果提升，機(jī)械阻力減小，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性．

圖1 A車(chē)?yán)?、熱機(jī)NEDC機(jī)油溫度對(duì)比Fig.1 NEDC oil temperature comparison of A

圖2 B車(chē)?yán)?、熱機(jī)NEDC機(jī)油溫對(duì)比Fig.2 NEDC oil temperature comparison of B

4.2 機(jī)油壓力對(duì)比

A、B車(chē)在冷、熱機(jī)時(shí)的NEDC機(jī)油壓力對(duì)比分別如圖3和圖4所示．在冷機(jī)循環(huán)中，機(jī)油黏度大，為了保證缸體內(nèi)足夠的潤(rùn)滑，A車(chē)的機(jī)油壓力在ECE1時(shí)達(dá)到峰值，達(dá)到了300 kPa，同期高出B車(chē)壓力峰值近一倍，隨后機(jī)油壓力緩慢下降，并在ECE市區(qū)循環(huán)后期降至和熱機(jī)機(jī)油壓力同一水平；B車(chē)機(jī)油壓力除了冷機(jī)ECE循環(huán)中少數(shù)點(diǎn)外，冷、熱機(jī)機(jī)油壓力基本保持一致，并沒(méi)有出現(xiàn)A車(chē)在冷、熱機(jī)循環(huán)中出現(xiàn)的機(jī)油壓力差異．

這說(shuō)明在冷機(jī)工況下，由于A車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油溫升慢，機(jī)油黏度大，導(dǎo)致內(nèi)阻很高，發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦損耗較大；隨著發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的提升，機(jī)油黏度下降，內(nèi)阻下降，機(jī)油壓力逐漸趨于平穩(wěn)，并和熱機(jī)時(shí)的壓力保持一致．而B(niǎo)車(chē)無(wú)論冷、熱循環(huán)，機(jī)油壓力變化幅度都非常小，這也直接體現(xiàn)在B車(chē)良好的冷機(jī)潤(rùn)滑效果和冷機(jī)油耗上．

圖3 A車(chē)?yán)?、熱機(jī)NEDC機(jī)油壓力對(duì)比Fig.3 NEDC oil-pressure comparison of A

圖4 B車(chē)?yán)洹釞C(jī)NEDC機(jī)油壓力對(duì)比Fig.4 NEDC oil-pressure comparison of B

在熱機(jī)NEDC循環(huán)中，兩車(chē)的機(jī)油壓力都隨著車(chē)速的變化而合理調(diào)節(jié)，并沒(méi)有出現(xiàn)大幅度的不合理變化，二者產(chǎn)生的壓力差別主要是由于機(jī)油標(biāo)號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)油壓等，可見(jiàn)兩車(chē)在正常工作溫度下，潤(rùn)滑都是正常的．

4.3 水溫

A、B車(chē)在冷、熱機(jī)時(shí)的NEDC水溫對(duì)比分別如圖5和圖6所示．可以看出，在整個(gè)ECE（Economic Commission for Europe）循環(huán)中，A、B二車(chē)水溫都是逐步上升的，但是冷機(jī)下的水溫均低于熱機(jī)，特別是在市區(qū)循環(huán)工況冷、熱機(jī)下的水溫相差更明顯，這是造成冷機(jī)狀態(tài)與熱機(jī)狀態(tài)油耗差異的原因之一，因?yàn)闊釞C(jī)循環(huán)下高的水溫通過(guò)傳熱使得機(jī)油溫度較高，有效減少了發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)階段的機(jī)械阻力，從而能夠減小循環(huán)的油耗．

A、B車(chē)在冷、熱機(jī)時(shí)的NEDC水溫變化趨勢(shì)雖然相似，但在幅度上有一定差距．在整個(gè)ECE循環(huán)中，A車(chē)水溫上升緩慢，且一直存在波動(dòng)，在EUDC（Extra-Urban Driving Cycle）的加速段，水溫才達(dá)到峰值．B車(chē)在ECE1循環(huán)中水溫上升迅速，并在ECE2循環(huán)中保持穩(wěn)步上升態(tài)勢(shì)，在ECE3循環(huán)的后半段出現(xiàn)迅速上升的情況，并迅速達(dá)到峰值并保持穩(wěn)定；這說(shuō)明B車(chē)體現(xiàn)出了較好的發(fā)動(dòng)機(jī)水路設(shè)計(jì)，在暖機(jī)過(guò)程中冷卻液通過(guò)小循環(huán)能夠迅速將熱量傳遞均勻地傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體和油液，使發(fā)動(dòng)機(jī)溫度迅速而穩(wěn)定地提升．

圖5 A車(chē)?yán)?、熱機(jī)NEDC水溫對(duì)比Fig.5 NEDC coolant temperature of A

圖6 B車(chē)?yán)?、熱機(jī)NEDC水溫對(duì)比Fig.6 NEDC coolant temperature of B

4.4 NEDC循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)比

A、B車(chē)在冷機(jī)時(shí)的NEDC發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)比分別如圖7和圖8所示．首先，A車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在冷機(jī)的波動(dòng)峰值均大于熱機(jī)，這說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒在冷機(jī)下不穩(wěn)定，燃燒效率差，在一定程度上影響到燃油經(jīng)濟(jì)性．另外，在A、B車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速循環(huán)對(duì)比中，A車(chē)在ECE階段和EUDC階段都出現(xiàn)了峰值轉(zhuǎn)速，且ECE循環(huán)中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的重復(fù)性較差，穩(wěn)定性較弱；B車(chē)不管是在ECE循環(huán)還是EUDC循環(huán)，都體現(xiàn)了良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性，ECE循環(huán)中峰值轉(zhuǎn)速維持在1 700轉(zhuǎn)左右，在EUDC循環(huán)冷、熱機(jī)轉(zhuǎn)速則更加吻合．造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，不僅包括發(fā)動(dòng)機(jī)自身的控制，更與車(chē)輛的換擋策略和傳動(dòng)系統(tǒng)有關(guān)．

圖7 A車(chē)?yán)?、熱機(jī)NEDC循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)比Fig.7 NEDC engine revolution comparison of A

圖8 B車(chē)?yán)洹釞C(jī)NEDC循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)比Fig.8 NEDC engine revolution comparison of B

4.5 發(fā)電機(jī)電流及整車(chē)用電器耗電情況

A、B車(chē)在冷機(jī)時(shí)的NEDC發(fā)電機(jī)電流及整車(chē)用電器耗電如圖9、圖10所示．可以看出，車(chē)輛A和B在冷機(jī)時(shí)的發(fā)電機(jī)電流均大于熱機(jī)，且A車(chē)相差更大些，B車(chē)在整個(gè)NEDC過(guò)程中，冷機(jī)發(fā)電機(jī)電流略大于熱機(jī)，說(shuō)明冷機(jī)時(shí)耗電量高于熱機(jī)，這主要是因?yàn)槔錂C(jī)時(shí)需要提高點(diǎn)火能量，以保證燃燒效果，加上電器效率較低，所以導(dǎo)致發(fā)電機(jī)電流較大，最終發(fā)動(dòng)機(jī)消耗能量大，機(jī)械效率低，故冷機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性比熱機(jī)差．

圖9 A車(chē)?yán)?、熱機(jī)NEDC發(fā)電機(jī)電流對(duì)比Fig.9 Generator current comparison of A

圖10 B車(chē)?yán)?、熱機(jī)NEDC發(fā)電機(jī)電流對(duì)比Fig.10 Generator current comparison of B

5 結(jié)論

在整車(chē)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下，通過(guò)布置傳感器監(jiān)控和采集整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)一些參數(shù)，對(duì)比分析A和B兩車(chē)在NEDC循環(huán)熱機(jī)和冷機(jī)工況下的這些參數(shù)變化情況，由此得出熱機(jī)循環(huán)燃油經(jīng)濟(jì)性明顯好于冷機(jī)循環(huán)的原因如下：

1）在整個(gè)ECE循環(huán)中，A、B二車(chē)機(jī)油溫度都是逐步上升的，但是冷機(jī)下的機(jī)油溫度均低于熱機(jī)，特別是在市區(qū)循環(huán)工況冷、熱機(jī)下的機(jī)油溫度相差更明顯．

2）冷機(jī)循環(huán)中，A車(chē)的機(jī)油壓力在冷機(jī)機(jī)油壓力明顯高于比熱機(jī)，B車(chē)機(jī)油壓力冷機(jī)局部高于熱機(jī)機(jī)油壓力．

3）在整個(gè)ECE循環(huán)中，A、B二車(chē)水溫都是逐步上升的，但是冷機(jī)下的水溫均低于熱機(jī)，特別是在市區(qū)循環(huán)工況冷、熱機(jī)下的水溫相差更明顯．

4）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在冷機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)均大于熱機(jī)．

5）車(chē)輛A和B在冷機(jī)時(shí)的發(fā)電機(jī)電流均大于熱機(jī)，且A車(chē)相差更大些，B車(chē)在整個(gè)NEDC過(guò)程中，冷機(jī)發(fā)電機(jī)電流略大于熱機(jī)．

[1]余志生．汽車(chē)?yán)碚?[M]．第3版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005．

[2]GBT12545.1-2008，乘用車(chē)燃料消耗量試驗(yàn)方法 [S]．

[3]孔春花．在用乘用車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性分析研究 [D]．長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2007．

[4]樂(lè)智，盛俏，陳龍，等．整車(chē)能量流分析在燃油經(jīng)濟(jì)性開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用[C]//中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)．中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集：第4卷，2015．

[5]張子慶，平銀生，錢(qián)承炬，等．基于NEDC循環(huán)油耗敏感性的發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵工況研究 [J]．上海汽車(chē)，2013（11）：19-24．

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[責(zé)任編輯 田 豐]

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

任夢(mèng)宇（1989-），男（漢族），碩士生．通訊作者：鄭清平（1965-），女（漢族），教授，qpzh163@163.com．