主動進氣格柵對整車油耗和排放的影響

黃柳升 朱海龍 彭有榮

摘要：為應(yīng)對日趨嚴格的國內(nèi)油耗法規(guī)，某車型引用了主動進氣格柵（Active GrilleShutter，AGS）技術(shù)。本文闡述了在NEDC工況下主動進氣格柵對整車排放及油耗的實際影響，并通過實際道路行駛，進一步驗證了主動進氣格柵的節(jié)油效果。

關(guān)鍵詞：主動進氣格柵;油耗;NEDC

中圖分類號：TK417 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2018） 02-0032-04

1 前言

2012-6-28，國務(wù)院發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》，明確了我國汽車節(jié)能標準的整體目標，要求2020年當年乘用車新車平均燃料消耗量達到5.0 11100 Km。針對此目標，我們組織開展節(jié)能技術(shù)研究，并在某車型上引用了主動進氣格柵，作為降油耗的技術(shù)之一。主動進氣格柵（Active Grille System，簡稱AGS）是近些年汽車工程技術(shù)領(lǐng)域一項新興的節(jié)油技術(shù)，它具備成本相對較低，節(jié)油效果明顯的特點，目前它已在歐洲及北美汽車市場普及應(yīng)用。它通過在行駛過程中合理地控制前進氣格柵的開度，達到調(diào)節(jié)進入發(fā)動機艙冷卻風(fēng)量的目的，降低行駛過程中的內(nèi)循環(huán)阻力，提升汽車燃油經(jīng)濟性。同時，主動進氣格柵系統(tǒng)能夠改善發(fā)動機暖機過程中的排放，提升汽車發(fā)動機效率，已在國外高端車型中應(yīng)用，而國內(nèi)自主品牌對其應(yīng)用目前仍處于空白階段。本章主要介紹合理控制主動進氣格柵開度，對整車的暖機時間、NEDC循環(huán)排放及油耗、高速公路行駛油耗的實際效果。

2 AGS控制基本原理

AGS控制模塊通過CAN總線采集發(fā)動機狀態(tài)、發(fā)動機水溫、壓縮機開啟狀態(tài)、車速、發(fā)動機負荷信號信息，并通過LIN提取主動格柵驅(qū)動電機反饋的當前位置角度、電機運行狀態(tài)、電機故障狀態(tài)信息，計算主動進氣格柵目標開度，并驅(qū)動電機進行格柵的開啟和關(guān)閉。

3 AGS整車Ⅰ型試驗及分析

3.1某車型基本配置

4缸1.5L排量發(fā)動機，7座乘用車，整備質(zhì)量1360Kg

3.2 AGS整車Ⅰ型試驗方法

轉(zhuǎn)鼓上車輛損失（Vehicle Loss）阻力和轉(zhuǎn)鼓設(shè)定阻力（Dyno set）阻力之和模擬了實際道路阻力;根據(jù)GB18352.5-2013中汽車道路載荷的測量，得到一組實際道路阻力;把實際道路阻力設(shè)成轉(zhuǎn)鼓設(shè)定阻力（Dyno set），根據(jù)GB18352.5-2013中轉(zhuǎn)鼓滑行方法，得到轉(zhuǎn)鼓上車輛損失阻力（Vehicle Loss）;使用同一輛車、同一組道路阻力和同一車輛損失阻力，依據(jù)GB18352.5-2013（輕型汽車污染物排放限值及測量方法中國第五階段）進行Ⅰ型試驗（常溫下冷啟動后排放污染物試驗）;Ⅰ型試驗采用NEDC工況進行試驗，NEDC工況由4個市區(qū)工況和1個郊區(qū)工況組成，每個市區(qū)工況運行時間為195 s，1個市區(qū)工況運行時間為400 s，整個NEDC循環(huán)運行時間為19min40s;按Ⅰ型試驗要求先做預(yù)處理浸車14小時，隨后分別做4次NEDC試驗，保證每次之間浸車14小時，中間不起動發(fā)動機，試驗前需要保證每次蓄電池電壓一致（大于12.3V）;第1、2次打開AGS功能，AGS根據(jù)控制策略正常工作，第3、4次關(guān)閉AGS功能，AGS格柵一直保持全打開狀態(tài)。每次試驗都能保證運行車速在GB18352.5-2013規(guī)定范圍誤差內(nèi)，并且為同一個司機進行操作，試驗過程收集排放物，通過排放分析儀進行排放物結(jié)果計算，并使用碳平衡法進行油耗結(jié)果計算。如圖1為試驗實際車速曲線，AGS（主動進氣格柵）和NO_AGS（關(guān)閉主動進氣格柵功能）試驗時車速基本一樣，差異很小。

3.3 試驗結(jié)果分析

4次試驗結(jié)果如下表1。

分別取AGS和NO_AGS的2次結(jié)果的平均值進行對比（圖2），帶主動進氣格柵時，THC、CO、NOx、NMHC排放物都比不帶主動進氣格柵時略有增長，分別增加0.001、0.035、0.0064、0.004;相對于Ⅰ型試驗排放限值：HC： 0.1，CO： 1.0，NOx：0.06，NMHC： 0.068，只是分別增長了1%，3.5%，10%，5.8%;帶主動進氣格柵的Ⅰ型試驗排放結(jié)果都在限值要求內(nèi)，并且結(jié)果顯示，主動進氣格柵對排放影響不大，在接受范圍內(nèi)。而對比油耗，帶主動進氣格柵比不帶主動進氣格柵降低了1.9%（圖3）。

3.4 主動進氣格柵對發(fā)動機水溫及油耗的影響

合理地控制主動進氣格柵的開度，可以縮短暖機時間;眾所周知，發(fā)動機水溫受風(fēng)扇控制，而風(fēng)扇的運轉(zhuǎn)時間是由發(fā)動機水溫控制，如果設(shè)置的水溫區(qū)間太小，風(fēng)扇必然會頻繁開啟關(guān)閉，這會加大駕駛過程中的噪聲;而合理控制主動進氣格柵，能在不改變風(fēng)扇控制策略下，有效地控制水溫在90度且較小的區(qū)間內(nèi)變化。如圖4所示為帶主動進氣格柵（AGS）和不帶進氣格柵（NO_AGS），在NEDC循環(huán)的水溫曲線，在50～86℃區(qū)間，能明顯看出帶主動進氣格柵的發(fā)動機水溫上升得比較快;而在NEDC循環(huán)中的高速段，帶AGS的發(fā)動機水溫能有效地保持在87～91℃區(qū)間內(nèi)，相比較不帶AGS時的83～87℃區(qū)間，能穩(wěn)定提升了4℃;動力系統(tǒng)的潤滑效率與其工作溫度息息相關(guān)，當潤滑效率和性能高時，摩擦力小，動力系統(tǒng)磨損也小;而某車型發(fā)動機控制模塊定義了發(fā)動機的摩擦損失補償跟發(fā)動機水溫和機油溫度有關(guān)，發(fā)動機水溫高，摩擦損失補償就越小，圖5為發(fā)動機控制模塊（ECM）在NEDC循環(huán)中測量到的AGS和NO_AGS的發(fā)動機摩擦損失補償（通過臺架標定獲得發(fā)動機水溫、機油溫度和摩擦損失補償?shù)膍ap表，整車上ECM直接通過map表及實際工況計算摩擦損失補償）

而本文章介紹的試驗方法是帶AGS和不帶AGS都使用同一道路阻力的滑行法，這樣試驗過程中的轉(zhuǎn)鼓阻力都一樣，對比試驗之下，帶AGS時的油耗比不帶AGS時的油耗減小1.9%，實際上很大程度都因為AGS對發(fā)動機機水溫產(chǎn)生了影響，而發(fā)動機水溫對機油粘度及發(fā)動機阻力矩都有影響，這就有了降低油耗的效果;如圖6為發(fā)動機控制模塊計算的燃油總消耗量，在NEDC結(jié)束時，AGS_SumFuel為783078 uL，[（783078/1000000）/11]*100=7.12 L/100KM，跟排放分析儀碳平衡計算的油耗7.173L/100KM相差不大;由此可以通過圖6曲線，看出帶主動進氣格柵的油耗在高速段時比較明顯低于不帶主動進氣格柵的油耗，這可以說明引用主動進氣格柵影響了發(fā)動機水溫，并通過影響發(fā)動機水溫，達到了降油耗的效果。

4 AGS整車實際道路行駛對油耗的影響

4.1實際道路試驗方法：

使用跟Ⅰ型試驗同一輛車，載重：加司機共3人，每次都是同一司機駕駛，在城市環(huán)形高速100～120 kM/h行駛;打開AGS和關(guān)閉AGS功能各跑2次，每次行駛里程都一樣（78 kM），記錄發(fā)動機控制模塊計算的燃油總消耗量，分別為AGS_SumFuel和NO_AGS_SumFuel。道路行駛車速曲線如圖7，帶主動進氣格柵（AGS）和不帶主動進氣格柵（NO_ACJS）道路試驗時車速基本都可以控制在100～120 kM/h。

4.2實際道路試驗結(jié)果及分析

實際道路高速行駛78 kM，AGS和NO AGS分別得到發(fā)動機控制模塊計算的燃油總消耗量為AGS_SumFuel=5545074 uL=5.545 L，折算百公里油耗為7.11L/100 kM，

NO_AGS_SumFuel=6115539 uL=6.1155 L，折算百公里油耗為7.84L/100 kM。

同時實際道路試驗中，帶主動進氣格柵的發(fā)動機水溫也同NEDC循環(huán)一樣，高于不帶主動進氣格柵的水溫，如圖9;汽車在行駛過程中，壓力阻力約占總行駛阻力91%，壓力阻力由形狀阻力、干擾阻力、內(nèi)循環(huán)阻力和誘導(dǎo)阻力組成。其中，氣流流經(jīng)發(fā)動機艙內(nèi)阻所造成的內(nèi)循環(huán)阻力占整個行駛阻力的約9%。因此真實道路行駛中，合理控制主動進氣格柵開度，有效地減小氣流流經(jīng)發(fā)動機艙內(nèi)阻所造成的內(nèi)循環(huán)阻力，也能起到降油耗的效果。結(jié)合圖8，整個實際道路試驗中，帶主動進氣格柵大約能降9.3%油耗。

5結(jié)論

引用主動進氣格柵，對整車排放影響不大，而對發(fā)動機水溫有明顯影響。使用同一道路阻力進行NEDC循環(huán)時，引用主動進氣格柵能通過影響發(fā)動機水溫，從而達到降油耗的效果;進行實際道路試驗時，由于引用主動進氣格柵不僅影響了發(fā)動機水溫，同時降低了道路風(fēng)阻，降油耗的效果更加明顯。綜合試驗結(jié)果看，引用主動進氣格柵，實際上對排放影響不大，而對整車油耗有實際的降油耗效果。