可变排量技术对发动机油耗的影响

可变排量技术对发动机油耗的影响

张大龙

哈尔滨东安汽车动力股份有限公司  黑龙江哈尔滨  150000

摘要：虽然汽车行业发展迅速，但是由于汽车化石燃料的燃烧导致的环境污染也日益严重。作为城市空气污染物主要来源，机动车尾气排放带来的大气污染问题不容忽视。为顺利实现“碳达峰”“碳中和”目标，降低CO2及大气污染物排放水平，以新能源汽车为代表的低碳型交通工具已得到大力推广，新能源汽车技术在这种大背景下得到迅速发展。以纯电动汽车、燃料电池汽车和混合动力汽车为代表的新能源汽车逐渐大规模进入市场，进入消费者的视野。各国对于新能源汽车也逐渐放开补贴政策，并加大力度发展新能源汽车制造业。本文主要对可变排量技术对发动机油耗的影响进行论述，详情如下。

关键词：可变排量技术；发动机；油耗

引言

整车燃油经济性是国家法规的重点考核指标，是客户评价车辆性价比的客观依据，也是整车节能环保的评价基础。当前，发动机仍然作为整车燃油消耗主要来源的背景下，需要打破各方面的限制，不断挖掘潜力来提高内燃机的燃油经济性。为了提高发动机的性能，尤其是经济性能，长期以来，人们对发动机的进气、燃烧、喷油、放热等方面投入了大量的人力物力进行研究，目前也达到瓶颈阶段。近几年来，国内外内燃机开始对发动机降低摩擦探索，从而提高发动机的燃油经济性。

1发动机的起动瞬态控制策略

发动机在混合动力系统中通过整车控制策略减少怠速工况，进而提高整车的经济性。然而，混合动力系统根据整车动力需求频繁地进行模式切换，使发动机经常处在频繁启停的状态。发动机频繁处于起动工况下，将导致发动机经济性与排放性恶化。起动工况是发动机瞬态工况的重要组成部分，也是需要进行针对性优化的瞬态工况。因此优化发动机的起动瞬态工况，并与整车控制策略加以配合，有利于提升混合动力汽车的整车性能。目前绝大多数柴油发动机采用高压共轨喷射系统，通常根据发动机当前工况下需求转矩及其他运行参数来查询并调用相关MAP，进而确定未来工作循环喷油参数，实现对喷油的精确控制。该控制策略具有逻辑简单、标定容易的特点，在车用发动机领域得到广泛应用。然而，发动机在起动过程中需要驱动自身，同时克服自身的机械阻力，并为发动机提供功率，喷油MAP图在标定的过程中并没有针对发动机起动工况进行优化，因此会出现需求转矩标定过大或过小的状况。起动需求转矩标定过大直接导致起动过程中喷油量将显著增加，虽然能够缩短起动时间，但会造成燃烧不充分，进而使经济性与排放性恶化；需求转矩标定过小会使起动时间延长，甚至导致失火起动失败。相较于燃油动力系统，混合动力系统的起动将更加频繁，因此改善发动机的起动性能将尤为重要。

2定期清洗燃油系统，选择合格机油产品

发动机的燃油故障是最常见，却最容易被忽视的故障，油耗增高的故障需要驾驶人员对汽车发动机进行常规的保养：首先，润滑油会直接影响到发动机的各组件间的磨损情况，因此在日常进行养护的时候要选择合适的润滑油产品。一旦润滑油不合格就会造成各零件间摩擦加重的现象，而零件的磨碎情况会影响到发动机内部的运转，运转的过程阻力加大，油耗也会相应的加大。另外，一些不合格的润滑油产品还会使汽车发动机的油管出现堵塞现象，一旦油管堵塞油耗增高也是必然现象。其次，汽车的燃油类型会直接影响到发动机的动力，因此在选择燃油的时候也要注意选择与汽车发动机相适应的燃油型号。最后，驾驶者一定要定期清洗燃油系统，这样才可以保障燃油系统的运行。由于汽车燃油自身具有一定的粘性，在长时间的使用后会出现油污堆积的现象，也就会导致燃油系统出现堵塞，另外燃油在发动机运行进行燃烧的过程中会产生一些杂志，这些杂质也会进入到发动机的燃烧室中，长期在这里积累就会导致燃油的流动出现问题，从而影响到发动机的正常运行，甚至会降低发动机的使用寿命。因此汽车驾驶人员要意识到汽车发动机的燃油系统定期清洁的重要性，定期对其进行维修和保养以降低发动机出现故障的概率。

3电控活塞冷却喷嘴节油

发动机在启动阶段，为了缩短发动机油压建立时间，机油泵通常要运行在高压模式一段时间。这个时候如果采用机械活塞冷却喷嘴的话，由于油压高将会开启喷油，对活塞进行强制冷却。而此时，发动机本身还未充分热机，活塞温度也比较低，此时冷却的话，将导致燃烧室温度过低，燃烧不完全，HC及CO及碳颗粒增加。特别是在冬天，启动时机油温度很低。此时，喷嘴喷油将加剧燃烧的恶化，使排放更差。采用电控活塞冷却喷嘴，可在发动机启动阶段主动关闭喷嘴，来降低对活塞的冷却，保证活塞能够更快地升温，从而使燃烧室更快地达到正常工作温度，降低HC、CO及碳颗粒等排放物。开启喷嘴和关闭喷嘴在各个工况下的油耗差异值，从而可以间接反映出电控喷嘴和机械喷嘴在差异控制工况下油耗改善。

4发动机本体建模

发动机本体存在着复杂的传热路径，主要包括机体、缸盖、活塞、气门等部分。机体与缸盖通过冷却水套中的冷却液进行冷却，活塞通过内冷油腔的润滑油进行冷却，活塞还通过活塞环与缸套进行传热。活塞划分有限元网格，活塞的内冷油腔设置为第三类热边界条件即润滑油侧温度和对流换热系数；缸盖采用简化结构，设置缸盖底板壁厚，气道壁厚、气道直径等参数。发动机本体建模需要建立热连接，热连接包含缸内燃气与排气道内的排气与发动机缸套、缸盖火力底板和排气道进行的对流换热热连接，发动机机体与缸盖与冷却水套之间的对流换热热连接。

5可变排量机油泵在发动机上的节油

（1）对发动机润滑部件，特别是机油泵的降摩擦工作还需要进一步挖掘，提升发动机燃油经济性，应对国家Ⅳ阶段的油耗要求，实现节能减排目标。（2由于固定排量机油泵需要充分考虑热怠速的机油压力，对机油泵的转排量适当增加后，必然造成低温、高转速下液压功的浪费损失。可变机油泵由于转排量可变，在油压达到规定限值的情况下，可以通过减小泵的转排量，以此达到节油的目的。（3二级变排量叶片泵机油具有较高的性价比，得到越来越多制造商的青睐，而全可变机油泵可以按照发动机的实际油压需求，通过ECU控制，采用MAP控制，达到最大的油耗节省，但由于该技术受成本、节油贡献、发动机标定、开发进度等综合影响，目前未得到全面推广，但可以预测，随着国家对油耗的要求越来越严的情况下，全可变机油泵的实施应用是发展的趋势。

6电磁阀PWM控制方式

全程可变排量机油泵是通过一个比例电磁阀实现对发动机主油道反馈压力进行调节，从而实现机油泵排量的全程可控调节。比例电磁阀的控制可以通过改变加载在电磁阀上的电流实现，但常规持续加载电流会造成电磁阀发热大功耗大，通过PWM的控制方式控制电路产生一定频率的PWM信号，在不改变频率的基础上调节输出占空比，通过放大器加载到电磁阀线圈上，从而模拟发动机的控制方式实现试验过程中电磁阀的比例调节。

结语

总之，废气回流式的变排量方式，停缸时不工作缸产生的泵气损失所占比重有待研究；同时停气门式的可变排量技术，可以节省气门驱动功，可以在后期分别研究三缸工作和两缸工作时，驱动进排气门所节省的功率的大小随着转速和扭矩的关系。正常在公路上行驶的汽车所处的工况非常复杂，以后可以考虑多种工况下排量切换瞬时的控制策略。

参考文献

[1]杨守平，张付军，赵长禄等.变排量柴油机曲轴系统扭振特性研究[J].兵工学报，2011,9:47-53.

[2]王海燕，张付军，黄英等.单缸断油和关闭气门对曲轴扭振特性的影响研究[J].车用发动机，2010,6:69-74.