NEDC工況下主動(dòng)進(jìn)氣格柵對某車型油耗及關(guān)鍵排放物的影響

劉興華，楊 鵬，于洪濤，宮慶偉，白 洋，岳廣照

Liu Xinghua，Yang Peng，Yu Hongtao，Gong Qingwei，Bai Yang，Yue Guangzhao

（1. 北京理工大學(xué)，北京 100081；2. 北京汽車動(dòng)力總成有限公司，北京 101113；3. 北京汽車股份研究院，北京 101300）

NEDC工況下主動(dòng)進(jìn)氣格柵對某車型油耗及關(guān)鍵排放物的影響

劉興華1，楊 鵬1，于洪濤2，宮慶偉3，白 洋2，岳廣照1

Liu Xinghua，Yang Peng，Yu Hongtao，Gong Qingwei，Bai Yang，Yue Guangzhao

（1. 北京理工大學(xué)，北京 100081；2. 北京汽車動(dòng)力總成有限公司，北京 101113；3. 北京汽車股份研究院，北京 101300）

為改善某國Ⅴ車型的油耗和排放特性，采用主動(dòng)進(jìn)氣格柵（Active Grille Shutter，AGS）技術(shù)，研究AGS開啟角度對整車阻力、整車油耗及關(guān)鍵排放物的影響。通過整車滑行試驗(yàn)（AGS、NO_AGS）確定整車滑行阻力曲線；利用轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)加載滑行阻力曲線，開展NEDC工況下整車油耗及關(guān)鍵排放物測試。結(jié)果表明：安裝AGS后油耗平均降低1.47%，CO2排放平均減少1.23%，THC排放減少13.5%，NMHC（非甲烷烴）排放降低15%，CO和NOx排放有所升高，但均處于國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。

主動(dòng)進(jìn)氣格柵；NEDC；整車滑行阻力；油耗；排放

0 引 言

日益嚴(yán)峻的環(huán)境和能源問題使得節(jié)能型汽車產(chǎn)業(yè)化刻不容緩。2012年國務(wù)院發(fā)布《國家節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》明確要求到2015年乘用車平均油耗降至6.9 L/100 km，2020年達(dá)到

5.0 L/100 km[1]。由于乘用車平均油耗的降低，車企紛紛尋找降低油耗的新技術(shù)，主動(dòng)進(jìn)氣格柵技術(shù)就是其中之一。

傳統(tǒng)的汽車前進(jìn)氣格柵的設(shè)計(jì)主要考慮散熱方面的功能，使其能滿足最惡劣工況下散熱風(fēng)量需求。在實(shí)際工況下，該設(shè)計(jì)不但造成熱量損失，也會(huì)導(dǎo)致整車阻力上升，進(jìn)而限制了進(jìn)一步提升汽車的風(fēng)阻性能。以普通乘用車為例，車速為90 km/h時(shí)，克服行駛阻力所消耗的油耗約占總油耗的25%。車速從90 km/h加速到110 km/h 時(shí)，行駛阻力增加約40%，油耗增加約10%～15%[2]。基于減少整車空氣阻力的需求，AGS通過優(yōu)化控制調(diào)整前進(jìn)氣格柵的開度來改變其開口面積（Grille Opening Area，GOA），減少發(fā)動(dòng)機(jī)前艙進(jìn)風(fēng)量，從而減少整車的內(nèi)循環(huán)阻力，進(jìn)而減少整車滑行阻力及CO2排放。除此之外，AGS能夠使整車發(fā)動(dòng)機(jī)在合適的溫度下工作運(yùn)轉(zhuǎn)，從而提升發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，降低油耗；在整車?yán)鋯?dòng)的情況下，AGS能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)溫度急劇上升到最佳溫度，降低該時(shí)期的排放值。對于輕型車輛，AGS能夠使CO2排放量降低0.5～3 g/km，風(fēng)阻系數(shù)減少0.03[3]。

王文璽[4]等人加載AGS降低油耗0.13 L/100 km。Julien Bouilly[5]等人分別在-7℃和 25℃室溫下進(jìn)行NEDC工況油耗試驗(yàn)；25℃室溫下NEDC工況節(jié)約油耗1.7%，-7℃室溫下NEDC工況節(jié)約油耗2.4%。

AGS對整車油耗及排放的最大影響因素為整車阻力的大小，整車阻力越大，整車油耗越高，排放越差。整車滑行阻力是依據(jù)GB18352.5—2013中道路滑行試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整車滑行試驗(yàn)得到，整車油耗及排放結(jié)果是依據(jù)GB18352.5—2013中整車Ⅰ型試驗(yàn)（常溫下冷啟動(dòng)后排氣污染物排放試驗(yàn)）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排放試驗(yàn)得到。因此，分別對AGS、NO_AGS整車進(jìn)行道路滑行試驗(yàn)，得出對應(yīng)整車的滑行阻力曲線；在 NEDC工況下，加載對應(yīng)的整車滑行阻力并進(jìn)行對比整車Ⅰ型試驗(yàn)，得出對應(yīng)的油耗及排放值；對比并分析兩者的油耗及排放值，得出該工況下AGS對整車油耗及排放的影響。

1 AGS滑行試驗(yàn)及結(jié)果

試驗(yàn)采用某款SUV，整車參數(shù)見表 1，AGS裝配圖如圖1所示。

表1 試驗(yàn)車型參數(shù)

圖1 AGS裝配圖

圖2 AGS與散熱器位置及結(jié)構(gòu)尺寸示意圖

AGS置于散熱器與原進(jìn)氣格柵之間，控制進(jìn)入散熱器的進(jìn)氣量。如圖 2所示，散熱器尺寸為600 mm×40 mm，AGS共14個(gè)柵葉，每個(gè)柵葉尺寸為285 mm×37.5 mm，厚度為6 mm，圖中陰影部分為全關(guān)閉時(shí)的柵葉；依據(jù)散熱器的尺寸將AGS分為7行格柵，每行有2個(gè)柵葉，上方4行格柵，下方3行格柵。0°（0%）為AGS關(guān)閉狀態(tài)，90°（100%）為AGS全開狀態(tài)。

采取空擋方式使整車車速從125 km/h滑行到15 km/h，并進(jìn)行多組重復(fù)試驗(yàn)，其中平均滑行時(shí)間與車速、平均AGS開度關(guān)系如圖3所示。根據(jù)GB18352.5—2013，計(jì)算車速和滑行時(shí)間并用最小二乘法擬合，得出AGS整車滑行阻力多項(xiàng)式為

滑行阻力收益多項(xiàng)式

由上可得，加載AGS后平均減阻4.4%，當(dāng)車速在90 km/h以上時(shí)減阻不低于5.8%，如圖4所示。

圖4 滑行阻力對比及阻力收益圖

2 AGS整車Ⅰ型試驗(yàn)及試驗(yàn)分析

2.1 整車Ⅰ型試驗(yàn)

轉(zhuǎn)鼓上車輛損失（Vehicle Loss）阻力和轉(zhuǎn)鼓設(shè)定（Dyno set）阻力之和模擬了實(shí)際道路阻力[6]；測功機(jī)前方的鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著整車車速的變化而變化，從而為整車提供不同的進(jìn)風(fēng)氣流，使整車的散熱狀態(tài)與實(shí)際道路相似，實(shí)際運(yùn)行裝置如圖5所示。

圖5 整車I型試驗(yàn)實(shí)際運(yùn)行裝置圖

依據(jù)GB 18352.5—2013（輕型汽車污染物排放限值及測量方法中國第五階段）和GB/T 19233—2008（輕型汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法）對整車進(jìn)行Ⅰ型試驗(yàn)（常溫下冷啟動(dòng)后排氣污染物排放試驗(yàn)），收集整車尾氣排放物，運(yùn)用碳平衡法計(jì)算整車油耗。Ⅰ型試驗(yàn)采用NEDC工況進(jìn)行試驗(yàn)，NEDC含有4個(gè)市區(qū)工況和1個(gè)市郊工況[7]；1個(gè)市區(qū)工況運(yùn)行時(shí)間為195 s，1個(gè)市郊工況運(yùn)行時(shí)間為400 s。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)中，AGS和NO_AGS 2次試驗(yàn)中車速與NEDC標(biāo)準(zhǔn)車速基本一致，滿足整車Ⅰ型試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，如圖6所示。

圖6 整車I型試驗(yàn)與NEDC工況對比圖

1）油耗及CO2排放結(jié)果

2輛待測車輛Ⅰ型試驗(yàn)油耗及 CO2結(jié)果見表2～4，其中，P1階段為市區(qū)工況，P2階段為市郊工況，WEIGHTED階段為整個(gè)NEDC工況。

表2 NO_AGS整車油耗及CO2排放值

表3 AGS整車油耗及CO2排放值

表4 加載AGS整車降低油耗及CO2排放值

在P1階段加載AGS后，市區(qū)工況油耗降低0.84%，約0.11 L/100km；CO2排放量降低0.78%，約2.46 g/km。

在P2階段加載AGS后，市郊工況油耗降低1.89%，約0.16 L/100 km；CO2排放量降低1.93%，約3.92 g/km。

在WEIGHTED階段加載AGS后，降低油耗1.47%，約0.15 L/100 km；CO2排放量降低1.23%，約3g/km。

2）污染物排放結(jié)果

該試驗(yàn)車型為M1類車；在GB 18352.5—2013Ⅰ型試驗(yàn)中，M1類車限制排放物有 CO、THC、NMHC和NOx，具體限值見表5。

表5 I型試驗(yàn)排放物限值g/km

如圖7～10所示，加載AGS后，排放物中THC在整個(gè)工況減少13.5%，P1階段減少13.3%；排放物中NMHC在整個(gè)工況減少15%，P1階段減少14.2%；NOx、CO排放較原車有所提高，但都處在國Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)限值之內(nèi)。

圖7 THC排放對比

圖10 NMHC排放對比

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

結(jié)合試驗(yàn)中排放物秒采結(jié)果，并分析AGS對整車的影響因素，得出以下幾點(diǎn)。

1）整車阻力減少，導(dǎo)致油耗及CO2排放降低。

依據(jù)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，加載AGS后P1階段平均減阻5 N，P2階段平均減阻20 N。此外，如圖11所示，整個(gè)NEDC中加載AGS后CO2瞬態(tài)排放量都比原車少，P2階段排放量減少更多。因此，AGS降低油耗，減少CO2排放，在P2階段更明顯。

2）減少暖機(jī)時(shí)間，提高冷啟動(dòng)能力，降低冷啟動(dòng)排放物。

加載AGS后，整車?yán)鋮s水溫比原車進(jìn)入第1個(gè)溫度峰值的時(shí)間提早約10 s；在工況中后期，整車?yán)鋮s水溫比原車更高，平均溫度高5 ℃左右，如圖12所示。因此，AGS縮短動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)入最佳工作溫度范圍的時(shí)間，提高了整車發(fā)動(dòng)機(jī)前艙的熱管理能力，從而降低油耗和CO2排放值。

圖11 I型試驗(yàn)CO2排放秒采結(jié)果對比

圖12 NEDC工況下整車?yán)鋮s水溫及AGS開度圖

在試驗(yàn)初期，發(fā)動(dòng)機(jī)處于冷啟動(dòng)階段，排放值是通常狀態(tài)下的若干倍，其中 THC、NOx排放突出。如圖13和圖14所示，加載AGS后，發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度升高更快，故冷啟動(dòng)階段THC排放降低明顯，但是也造成了冷啟動(dòng)階段NOx排放升高。

圖13 I型試驗(yàn)THC排放物秒采結(jié)果對比

圖14 I型試驗(yàn)NOx排放物秒采結(jié)果對比

3 結(jié) 論

1）AGS能夠降低整車阻力，隨著車速增加效果越來越明顯。與未加AGS相比，加載AGS后整車滑行阻力平均減少4.4%，高速時(shí)減阻達(dá)到5.8%。

2）AGS能夠有效降低油耗，市郊工況降低油耗更明顯，隨著車速增加效果越來越明顯。與未加AGS相比，加載AGS后降低油耗1.47%；市區(qū)工況降低油耗0.84%，市郊工況降低油耗1.89%。

3）AGS能夠有效降低排放，尤其是CO2、THC和NMHC排放減少幅度較大；其中，市區(qū)工況THC和NMHC排放減少更明顯；市郊工況CO2排放減少更明顯；其他排放物排放雖有所增加，但也處于國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。與未加 AGS相比，加載AGS后 CO2排放減少 1.23%，THC排放減少13.5%，NMHC排放減少15%。

[1]肖利英，王文璽，李趁前.基于中心組合設(shè)計(jì)的主動(dòng)進(jìn)氣格柵控制標(biāo)定[J]. 小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù)，2015，44（3）：38-43.

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[4]王文璽，吳存學(xué)，干能強(qiáng)，等. 基于中心組合設(shè)計(jì)的主動(dòng)進(jìn)氣格柵多開度控制模型設(shè)計(jì)[C]//“現(xiàn)代汽車電子開發(fā)技術(shù)及能力突破”高級(jí)研修班論文集. 重慶市人力資源和社會(huì)保障局，重慶汽車工程學(xué)會(huì)，2014.

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[6]馬杰，周華，陸紅雨，等. 底盤測功機(jī)阻力設(shè)定對汽車尾氣排放的影響[J]. 汽車工程，2006，28（9）：873-876.

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U467.4

：ADOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2017.01.002

1002-4581（2017）01-0005-05

2016? 08? 08