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工况车辆燃油消耗统计分析论文

时间:2020-05-22 05:15:15

摘要:针对传统汽车油耗高而难以有效分析其燃油消耗的详细特征,采用基于循环工况的发动机工作时间与燃油消耗率统计方法,分析了传统汽车发动机燃油消耗的详细三维分布特征。应用上述方法针对某传统客车在不同城市工况下进行仿真,统计其转速、转矩及其燃油消耗率时间历程,分析结果表明:发动机绝大多数工作点均落入低转速及低负荷区,并在这些工作区域内消耗太多的燃油。进一步指明了发动机节能设计的方向——发动机MAp的高效区域应向与实际工况相匹配的低速低负荷区移动以及通过混合动力技术减小发动机装机容量等措施,可为企业的产品更新和节能化设计提供实际指导。

关键词:循环工况;燃油消耗;统计分析;节能设计

汽车的节能技术是当前最重要的研究方向之一[1-4],也是各企业为谋求新产品开发,提高产品的竞争力,争取市场主动的重要技术手段。当前国内还存在不少燃油消耗比较大的传统汽车,这些传统车如何能进一步改善其性能,特别是针对其节能设计需要有一套高效合理的分析方法。而当前苦于无法

定量合理地给出车辆的燃油消耗特性,并针对此种燃油消耗特性缺少深入和细致的分析,因此很难给出定量与直观的发动机MAp改进设计的数据依据[5-6]。本文结合当前某款传统客车燃油消耗比较大的事实,重点结合不同循环工况进行其燃油消耗特性的统计分析,寻求一种直观有效的分析手段,利用统计图表法说明当前传统车的能量消耗特征,针对该能量消耗特点提出其节能设计措施。

1传统客车循环工况燃油消耗

工况是影响整车设计与评价非常重要的影响因素。不同的行驶工况会导致整车性能(如经济性)有很大的差异,为了合理地评价机动车的性能,人们制定了统一的机动车驾驶模式,即循环工况,不同国家或地区因驾驶条件差异而循环工况不尽相同。本文选择国内具有代表性的中国典型城市工况、长春工况、上海工况和北京工况作为车辆燃油分析的循环工况。

11传统客车参数

表1为某传统公交客车的参数。该传统城市公交客车发动机为6缸发动机,功率为157kW,此客车的动力性为0~60km/h,加速时间为25。6s。

12传统客车燃油

首先在ADVSIOR平台上建立上述城市公交客车的仿真模型,并对其所有总成参数进行设定,选择中国典型城市工况及主要城市工况进行仿真,仿真结果如表2所示。公务员之家

可见,该传统客车在不同循环工况下的燃油消耗差别还是很大。其中,中国典型城市工况油耗最大而上海工况油耗较小,但总体来看,不管哪种仿真工况,此传统客车燃油消耗比较大,平均油耗为32。75L/(100km)。

“传统客车到底如何消耗燃油”是分析其油耗较大的关键。对此问题,不能仅局限在分析其燃油消耗总量上,而更应注重分析其油耗率变化的细节,即:到底发动机在那些区域内消耗其主要的燃油,而这些燃油消耗主要特征是什么。通过分析其燃油消耗的特征,寻求传统车油耗较高的根本原因,才能为进一步降低整车的燃油消耗提供解决方法。

2工况油耗特性分析方法

分析车辆燃油消耗的特征,主要对车辆行驶过程中发动机工作点的分布进行研究。根据工况燃油消耗的仿真结果考查发动机的输出转速、转矩、发动机燃油消耗率等,即研究发动机工作点的分布及工作点在发动机MAp上的分布特性。

但早期研究发动机工作点的分布,主要还是从发动机二维分布点着手[6-8],只能定性看到其工作点在发动机MAp上的分布特性,还很难直观和定量地分析发动机MAp上工作的时间比例及所消耗的燃油比例

1)发动机不同工作点(区域)的时间比例,以探求发动机负荷的时间分布情况。

2)发动机不同工作点(区域)累计消耗燃油分布,寻找主要消耗燃油的工作点(区域)。

上述定量分析可为发动机MAp设计及汽车节能方向提供更有实际价值的指导。

3基于循环工况油耗特性统计分析

利用ADVSIOR仿真软件,对该传统客车在上述选定的几种循环工况下进行仿真,输出发动机转速、转矩和燃油消耗率。根据上述油耗特征分析方法,针对每一种工况分别对其发动机工作点时间比例及油耗比例进行定量分析。

31中国典型工况油耗特性统计

基于此工况,其工作范围内的发动机MAp及发动机的工作点分布仿真如图1所示:

根据仿真结果,对发动机在此工况下不同区域内累计的工作点的时间比例进行统计,结果如表3所示。

上海工况的时间比例为:96。6%,在此区域内所消耗的燃油占总燃油消耗的:94。4%。

可见,发动机在低负荷工作的时间比例非常大,这些低负荷工况主要对应于怠速与低速制动的时间。但此过程发动机主要以怠速消耗率运行,其燃油消耗速度低于其他工作区域,因此,此区域的累计消耗燃油量占总燃油的比例不如其时间比例大。但同样由于累计燃油消耗是燃油消耗率与时间的乘积,因此该过程也消耗较多的燃油,例如:上海工况下发动机在低速与低负荷区域(800r/min,85N·m约10%负荷率以下)的时间比例为57%,而此区域消耗总燃油的25。4%,即有超过一半以上的时间发动机工作在低速低负荷区(800r/min,85N·m以下),而此过程消耗四分之一的总燃油消耗。

4结论

循环工况是表征某个国家或地区的代表工况,代表着当前此种车型的实际相近的工作特性,因此基于工况的燃油消耗分析更具有实际可比性。通过更直观与形象的图表法分析了先前传统方法难于解析的问题——整车的实际能量消耗特性,并就当前客车(混合动力客车的原型车-传统车)如何通过混合动力技术以实现高效节能提供指导。如针对本文所研究的标准典型工况,整车在低速低负荷区域内所占的时间比例均很大,并在此区域消耗太多的燃油,故可通过选择较小功率的发动机,以及在此区域通过消除怠速或按纯电动行驶,可有效提高整车的综合效率。此分析方法及结果对改善整车油耗及优化设计发动机MAp均有重要的实际价值,针对本文研究的发动机MAp高效区设计应重点向20%负荷以下,转速在1000r/min左右的区域内移动,为汽车整车厂非常关心的汽车节能设计与开发提供重要指导。

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