某PHEV車型限扭策略對排放及油耗的影響

成祖權(quán)　吳紹君　梁鵬飛

摘 要：本文主要通過測試一臺搭載1.2L渦輪增壓汽油機(jī)PHEV車型的WLTC循環(huán)工況， 研究使用發(fā)動(dòng)機(jī)水溫限扭策略對整車排放及油耗的影響。測試發(fā)現(xiàn)，WLTC循環(huán)的第一階段，對發(fā)動(dòng)機(jī)使用水溫限扭策略能有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)PN排放和改善油耗。

關(guān)鍵詞：限扭 PHEV車型 PN排放 油耗

Effects of Torsion Limitation Strategy on Emission and Fuel Consumption of a PHEV Vehicle

Cheng Zuquan，Wu Shaojun，Liang Pengfei

Abstract：This paper， mainly through testing the WLTC cycle of a PHEV vehicle which equipped with a 1.2L turbocharged gasoline engine， studied the effects of torsion limitation depending on engine water temperature on vehicle emission and fuel consumption. The test found that the used torsion limitation depending on engine water temperature in first phase of the WLTC cycle can effectively reduce engine PN emission and improve fuel consumption.

Key words：torsion limitation， PHEV vehicle， PN emission， fuel consumption

1 引言

近年來，隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車在改善人類出行方式的同時(shí)，也造成了對環(huán)境污染的加重和能源消耗的提升。實(shí)現(xiàn)車輛的低排放及低能耗已成為汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。2016年國家環(huán)保局發(fā)布的《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》排放標(biāo)準(zhǔn)，要求自2023年7月1日起，所有銷售和注冊登記的輕型汽車應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)要求，其中I型試驗(yàn)應(yīng)符合6b限值要求[1]。同時(shí)，2020年公布的《關(guān)于修改〈乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法〉的決定》也已于2021年1月1日開始實(shí)施?？梢?，為響應(yīng)國家越來越嚴(yán)苛的排放及節(jié)能法規(guī)要求，降低車輛的排放及油耗已成為各國內(nèi)汽車企業(yè)的首要任務(wù)。

本文將主要研究在WLTC循環(huán)中使用水溫限扭策略對插電式混合動(dòng)力汽車（Plug-in hybrid electric vehicles，PHEV）排放及油耗的影響。

2 PHEV汽車及水溫限扭策略簡介

當(dāng)前的新能源汽車主要有三種形式：插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV：plug-in hybrid electric vehicle）、純電動(dòng)汽車（EV：electric vehicle）以及燃料電池汽車（FCV：flue-cell electric vehicle）[2]。其中，插電式混合動(dòng)力汽車，因電池容量大，可外插充電，行駛里程長，可高效應(yīng)對汽車全工況功效需求等特點(diǎn)，是目前新能源汽車的研究開發(fā)熱點(diǎn)之一[3]。從PHEV整車架構(gòu)分析，因其動(dòng)力源由傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)和至少一個(gè)以上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，整車工況相對傳統(tǒng)燃油車，除了要對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，還要兼顧對驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制以及發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的協(xié)同工作，從而增大了WLTC循環(huán)工況的復(fù)雜程度。為更好的對整車進(jìn)行控制以滿足排放及油耗法規(guī)要求，PHEV汽車的排放及油耗需要從多方面共同優(yōu)化。

水溫限扭，即PHEV汽車的混合動(dòng)力控制單元（Hybrid Control Unit，HCU），根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（Engine Management System，EMS）的發(fā)動(dòng)機(jī)水溫來進(jìn)行對發(fā)動(dòng)機(jī)需求扭矩的限制。而傳統(tǒng)燃油車的水溫限扭策略主要是從發(fā)動(dòng)機(jī)自身進(jìn)行限扭，因?yàn)楫?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫過高時(shí)會(huì)導(dǎo)致開鍋，不加以控制甚至?xí)?dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)失效[4]。區(qū)別于傳統(tǒng)燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)水溫限扭策略，PHEV汽車的水溫限扭策略是外界需求的主動(dòng)限值。圖1為PHEV發(fā)動(dòng)機(jī)水溫限扭策略的邏輯圖。

具體限扭策略為：HCU參考EMS的發(fā)動(dòng)機(jī)水溫，當(dāng)水溫小于或等于50℃時(shí)，對發(fā)動(dòng)機(jī)最大需求扭矩限制在70Nm以下。

3 I型試驗(yàn)測試結(jié)果分析

基于一臺搭載1.2L廢氣渦輪增壓汽油機(jī)的PHEV汽車，整車測試質(zhì)量為2125kg，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為P2+P4結(jié)構(gòu)。根據(jù)《GB18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國第六階段）》標(biāo)準(zhǔn)對混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的試驗(yàn)要求，PHEV（Plug-in hybrid electric vehicles，插電式混合動(dòng)力汽車）屬于OCV-HEV（Off-vehicle charging hybrid electric vehicle，可外部充電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車）范疇。結(jié)合R.3.2.2要求和PHEV車型整車架構(gòu)特點(diǎn)，我們選擇“選項(xiàng)3”進(jìn)行試驗(yàn)，即電量消耗模式I型試驗(yàn)和電量保持模式I型試驗(yàn)。本文重要是對電量保持模式I型試驗(yàn)展開研究，按國6b排放限值對整車尾氣排放結(jié)果進(jìn)行評價(jià)。

3.1 水溫限扭對排放的影響

為確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，兩次試驗(yàn)均按照完整的“選項(xiàng)3”試驗(yàn)要求對同一車輛進(jìn)行試驗(yàn)，并由同一試驗(yàn)人員駕駛該車輛。表1為使用水溫限扭策略（下文簡稱限扭）和不使用水溫限扭策略（下文簡稱不限扭）WLTC測試循環(huán)尾氣中污染物排放結(jié)果。

從結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用限扭策略較不使用限扭策略，THC由8.44mg/km上升至10.22mg/km，增加3.56%;CO由195.06mg/km上升至238.39mg/km，增加8.67%;NMHC由7.30mg/km上升至8.79mg/km，增加4.25%;N2O由0.47mg/km上升至0.50mg/km，增加0.15%;NOx由11.05mg/km下降至7.77mg/km，減少9.37%;PM由1.17mg/km下降至0.78mg/km，減少13.00%;PN由5.98E+11個(gè)/km下降至4.34E+11個(gè)/km，減少27.41%。對比限扭策略和不限扭策略排放結(jié)果的變化幅度，可見，限扭策略對PN排放貢獻(xiàn)大，如下著重對PN展開分析。