電噴系統(tǒng)控制對(duì)輕型汽油車油耗的影響

賴先濤　陳旭健　鐘遠(yuǎn)銘

摘 要：面對(duì)日益嚴(yán)格的油耗及排放法規(guī)要求，整車電噴系統(tǒng)控制需要兼顧排放性、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和駕駛性。本文選取一輛輕型汽油車，搭載1.5L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，通過調(diào)整電噴系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)，進(jìn)行WLTC（國六排放循環(huán)）油耗試驗(yàn)，研究電噴系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)對(duì)輕型汽油車油耗的影響。

關(guān)鍵詞：油耗 WLTC 排放

1 前言

2013年國家發(fā)布GB18352.5-2013輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國第五階段），并于2018年1月1日在全國范圍實(shí)施該標(biāo)準(zhǔn)，2016年發(fā)布GB18352.6-2016輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國第六階段），并于2020年7月1日在全國范圍實(shí)施該標(biāo)準(zhǔn)。2014年發(fā)布GB19578-2014乘用車燃料消耗量限值和GB27999-2014乘用車燃料消耗量評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)，2021年發(fā)布GB19578-2021乘用車燃料消耗量限值油耗法規(guī)，要求2021年7月1號(hào)起開始實(shí)施該法規(guī)。通過法規(guī)的不斷加嚴(yán)，持續(xù)推進(jìn)汽車燃料消耗量和燃燒排放量的降低，面對(duì)日益嚴(yán)格的法規(guī)要求，整車電噴系統(tǒng)控制需要兼顧排放性、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和駕駛性。

2 電噴系統(tǒng)控制對(duì)油耗的影響

本文選取一輛輕型汽油車，搭載1.5L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，通過調(diào)整電噴系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)，進(jìn)行WLTC（國六排放循環(huán)）油耗試驗(yàn)，研究電噴系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)對(duì)輕型汽油車油耗的影響。

2.1 催化器加熱控制對(duì)油耗的影響

三元催化器的轉(zhuǎn)化效率與溫度有密切關(guān)系，溫度越高轉(zhuǎn)換效率越高，三元催化器的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到50%對(duì)應(yīng)的溫度稱為催化器起燃溫度。圖1是三元催化器的起燃特性曲線，轉(zhuǎn)化效率達(dá)到50%所對(duì)應(yīng)的排氣入口溫度稱為起燃溫度t50，一般 t50=250～300℃。

為降低整車排放，需要讓三元催化器快速起燃，三元催化器快速起燃的常用方法有以下兩種：一是通過電噴系統(tǒng)控制，提高怠速轉(zhuǎn)速;二是增加扭矩預(yù)留，減小點(diǎn)火角。上述兩種方法理論上都會(huì)使得整車油耗增加，為研究催化器加熱對(duì)整車油耗和排放的影響，通過設(shè)置不同的催化器加熱數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行WLTC油耗及排放測(cè)試，表1是通過設(shè)置不同的催化器加熱數(shù)據(jù)進(jìn)行油耗和排放測(cè)試的結(jié)果。

從測(cè)試結(jié)果來看，催化器加熱轉(zhuǎn)速越高、點(diǎn)火角越小，三元催化器起燃越快，整車排放越低，但整車油耗會(huì)增加。對(duì)于本文測(cè)試車型，催化器加熱轉(zhuǎn)速設(shè)置1200轉(zhuǎn)，點(diǎn)火角設(shè)置0度左右，排放符合法規(guī)要求，同時(shí)整車油耗表現(xiàn)最好。對(duì)于不同的車型，需要經(jīng)過多次油耗和排放測(cè)試，才能匹配出最優(yōu)的催化器加熱轉(zhuǎn)速和點(diǎn)火角數(shù)據(jù)。

2.2 怠速扭矩預(yù)留控制對(duì)油耗的影響

由于整車及發(fā)動(dòng)機(jī)制造存在散差，不同車輛發(fā)動(dòng)機(jī)損耗扭矩有差異;同時(shí)整車電子負(fù)載也會(huì)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，為保證不同車輛發(fā)動(dòng)機(jī)都運(yùn)行穩(wěn)定，電噴系統(tǒng)需要打開扭矩預(yù)留功能，增加扭矩預(yù)留理論上會(huì)使得整車油耗增加。通過設(shè)置不同的怠速扭矩預(yù)留數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行WLTC油耗測(cè)試，表2是通過設(shè)置不同的怠速扭矩預(yù)留數(shù)據(jù)進(jìn)行油耗測(cè)試的結(jié)果。

從測(cè)試結(jié)果來看，怠速扭矩預(yù)留越小，整車油耗越低，但是怠速扭矩預(yù)留越小，數(shù)據(jù)的覆蓋性就越差，怠速穩(wěn)定性越差。對(duì)于不同車輛，需要經(jīng)過多次測(cè)試，進(jìn)行夏季、高原和冬季驗(yàn)證，在滿足安全性及覆蓋性的前提下，盡量降低怠速扭矩預(yù)留，降低整車油耗。

2.3 斷油控制對(duì)油耗的影響

當(dāng)駕駛員收油門時(shí)，電噴系統(tǒng)需要控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入斷油工況，但是傳動(dòng)軸之間存在間隙，為避免收油門時(shí)車輛頓挫，需要延時(shí)進(jìn)入斷油工況。為研究斷油延時(shí)時(shí)間對(duì)整車油耗的影響，通過設(shè)置不同的斷油延時(shí)時(shí)間，進(jìn)行WLTC油耗測(cè)試，油耗測(cè)試結(jié)果見表3。

從測(cè)試結(jié)果來看，斷油延時(shí)時(shí)間越短，整車油耗越低，但是斷油延時(shí)時(shí)間越短，駕駛員收油門時(shí)車輛的頓挫感越強(qiáng)。因此，需要通過不同的駕駛員，對(duì)不同的車輛進(jìn)行駕駛性感受，在駕駛性能夠接受的前提下，盡量減小斷油延時(shí)時(shí)間，降低整車油耗。

2.4 恢復(fù)供油控制對(duì)油耗的影響

當(dāng)駕駛員收油門時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入斷油工況后，車輛在滑行過程中受阻力影響，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)持續(xù)下降，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到一定范圍時(shí)存在熄火的風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)需要控制發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)供油。表4是通過設(shè)置不同的恢復(fù)供油轉(zhuǎn)速進(jìn)行WLTC油耗測(cè)試的結(jié)果。

從測(cè)試結(jié)果來看，發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)供油的轉(zhuǎn)速越低，整車油耗越低，但發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)供油轉(zhuǎn)速越低，車輛熄火的風(fēng)險(xiǎn)就越大。因此，對(duì)于不同車輛，需要經(jīng)過多次測(cè)試，完成夏季、高原及冬季環(huán)境驗(yàn)證，在滿足安全性及覆蓋性的前提下，盡量降低恢復(fù)供油轉(zhuǎn)速，降低整車油耗。

2.5 起動(dòng)空燃比控制對(duì)油耗的影響

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在環(huán)境中靜置較長時(shí)間時(shí)（特別是低溫環(huán)境下），燃燒室以及氣缸壁面上燃油已經(jīng)揮發(fā)殆盡，此時(shí)噴油器噴射的燃油會(huì)有很大一部分沉積到燃燒室與氣缸壁面上形成油膜，并且起動(dòng)階段真空度較小，導(dǎo)致?lián)]發(fā)出來形成可燃混合氣的燃油蒸汽量減少，為了維持進(jìn)入氣缸的可燃混合氣量，需要延長噴油時(shí)間，增加噴油量來補(bǔ)償形成油膜的損失。理論上噴油越多，起動(dòng)空燃比越濃，油耗越高，但排放就會(huì)越差。表5是通過設(shè)置不同的起動(dòng)空燃比進(jìn)行WLTC油耗和排放測(cè)試的結(jié)果。

從測(cè)試結(jié)果來看，起動(dòng)空燃比適中，整車油耗及排放表現(xiàn)最好。起動(dòng)空燃比越濃，發(fā)動(dòng)機(jī)噴油越多，整車油耗和排放都偏高;但起動(dòng)空燃比太稀，發(fā)動(dòng)機(jī)噴油過少，會(huì)導(dǎo)致燃燒失火，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不充分，油耗和排放也會(huì)變差，同時(shí)存在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際數(shù)據(jù)匹配過程中，需要經(jīng)過多次起動(dòng)試驗(yàn)，特別是低溫起動(dòng)試驗(yàn)，選擇排放和油耗表現(xiàn)最優(yōu)的匹配數(shù)據(jù)。

3 小結(jié)

通過電噴系統(tǒng)控制，調(diào)整催化器加熱轉(zhuǎn)速和點(diǎn)火角、怠速扭矩預(yù)留、發(fā)動(dòng)機(jī)斷油延時(shí)時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)供油轉(zhuǎn)速、起動(dòng)空燃比等參數(shù)，對(duì)油耗都有一定的影響，同時(shí)會(huì)影響整車排放、動(dòng)力性和駕駛性，選擇合理的匹配數(shù)據(jù)，能夠優(yōu)化整車油耗和排放。

整車經(jīng)濟(jì)性、駕駛性、動(dòng)力性及排放性，相互之間是矛盾的，為了提高經(jīng)濟(jì)性，降低整車油耗，需要犧牲一定的其它性能，匹配數(shù)據(jù)需要兼顧整車各種性能，針對(duì)不同的車型配置和車輛，需要經(jīng)過多次測(cè)試，并進(jìn)行夏季、高原、冬季道路試驗(yàn)驗(yàn)證，才能得到最優(yōu)的匹配數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（國六）.

[2]GB19578-2021乘用車燃料消耗量限值.