基于增压小型化的整车性能优化分析

严飞，刘闪闪，常耀红（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）



基于增压小型化的整车性能优化分析

严飞，刘闪闪，常耀红
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

增压小型化目前已经成为传统内燃机的主要节能技术路线。小排量涡轮增压发动机不仅能够代替大排量自然吸气发动机输出相应功率和扭矩，而且可以减小发动机重量和体积。再配合缸内直喷技术，提高发动机的燃烧效率，可同时提高整车动力性和经济性。文章应用CRUISE软件模拟计算，四款车型分别通过1.0TGDI替代1.5VVT发动机和1.5TGDI替代2.0VVT发动机，其整车动力性经济性提升效果，并分析节油原理。

增压小型化；动力性；经济性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.041

CLC NO.: U464Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-127-03

前言

第四阶段《乘用车燃油消耗量标准》已于 2016年开始实施，油耗限值相比第三阶段平均降幅约为15%，同时要求2020年企业平均油耗降至5.0L/100km。面对日益紧逼的法规要求，除了纯电动、混合动力等新能源汽车技术路线外，传统内燃机节能的主要技术路线之一就是增压小型化。

为响应节能减排趋势，拟通过切换1.0TGDI和1.5TGDI小排量涡轮增压发动机，来优化四款乘用车的整车性能。现利用CRUISE仿真软件，基于已有的整车模型更换发动机输入参数，对比计算结果发现，搭载小排量涡轮增压发动机可同时提高整车的动力性和经济性。

1、模型建立

1.1整车模型

所需优化的四款乘用车分别以A车、B车、C车和D车为代号。四款车型相关的整车参数如下表1所示。整车动力性阻力在满载质量下测试，经济性阻力在整备质量加 150kg的基础上测试。由于公告申报质量有 3%的浮动范围，暂时不考虑更换发动机后整车质量和滑行阻力的变化，整车阻力此处未列出。

表1　四款车型整车参数列表

1.2发动机模型

所需分析的四款发动机分别为 1.5VVT、1.0TGDI、2.0VVT和1.5TGDI发动机。四款发动机的最大扭矩、额定功率和最低燃油消耗率等主要相关参数如下表2所示。由表中数据可以看出1.0TGDI相比1.5VVT发动机最大扭矩提升了 20.7%，1.5TGDI相比 2.0VVT发动机最大扭矩提升了41.1%。由于小排量增压发动机最高转速较低，1.0TGDI的额定功率与1.5VVT基本相当，1.5TGDI的额定功率比2.0VVT发动机提升了20%左右。1.5VVT、1.0TGDI发动机和2.0VVT、1.5TGDI发动机的万有特性对比如下图所示。可以发现小排量涡轮增压发动机在扭矩提升的同时，低燃油消耗率的工况范围更加宽广。

表2　四款发动机参数列表

1.3传动系模型

传动系模型包括变速箱、主减与轮胎模块，各模块基本参数如下表所示。其中四款车型搭载同一款六档手动变速箱，小排量增压发动机使用了速比更小的主减。

表3　四款车型传动系参数列表

1.4Cruise计算仿真模型

所需分析四款车均为前置前驱手动挡车型，其cruise仿真计算模型如下图所示。

2、仿真结果

四款车型分别搭载两款发动机，其百公里加速时间、次高档80-120km/h超车加速时间和NEDC循环油耗计算值如下表4所示。

表4　四款车型替换发动机前后计算结果对比

2.1动力性分析

如下图所示：使用1.0TGDI代替1.5VVT发动机后，A车和B车的百公里加速性能分别提升了13.3%和13%，五档超车加速性能分别提升了33%和36.3%；使用1.5TGDI代替2.0VVT发动机后C车和D车的百公里加速性能分别提升了20%和23.5%，五档超车加速性能分别提升了26.7%和41.3%。由于小排量增压发动机外特性扭矩提升较大，整车动力性能有明显提升。

2.2经济性分析

目前衡量整车经济性能的主要指标为NEDC循环油耗，由下图可以看出通过切换1.0TGDI发动机后A车和B车的循环油耗都降低约11.8%；切换1.5TGDI发动机后C车和D车的循环油耗降低约13%和13.3%。通过切换小排量增压发动机后，A车、B车和C车的NEDC循环油耗满足了四阶段油耗限值，但D车仍不满足，主要原因为整车阻力过大。

3、增压小型化节油原理分析

3.1涡轮增压与缸内直喷技术相结合

涡轮增压技术充分利用废气能量对发动机进气进行增压，提高充气效率的同时消除了自然吸气发动机的泵气损失。再加上缸内直喷技术，提高燃油喷射压力，让汽油和空气混合得更加充分，提升了发动机的燃烧效率。

3.2发动机工况点在效率更高区域

以C车搭载1.5TGDI 和2.0VVT发动机为例，其NEDC工况点分布如下图所示。由于小排量增压发动机低燃油消耗率区域较自然吸气发动机宽广，NEDC工况中发动机更多的运行在高效率区域。同时在保证动力性的情况下可以适当的减小主减速比，从而使整车更多的偏向经济性匹配。

4、结论

本文通过四款车型在更换小排量增压发动机前后的动力性、经济性计算结果对比，分析了增压小型化对整车动力性、经济性的优化效果。并且有三款车型通过切换小排量增压发动机，满足了四阶段油耗限值，说明增压小型化路线对整车企业节能减排非常重要。仍有一款车型无法满足油耗限值，要求整车企业采用更多的节油措施，包括智能启停、开关式水泵、可变机油泵等传统内燃机技术和混合动力技术，才能满足日益严格的油耗法规要求。

[1]余志生.汽车理论 北京:机械工业出版社.

[2]孙军.汽车发动机原理:安徽科学技术出版社.

[3]GB 19578-2014《乘用车燃料消耗量限值》.

[4]李骏.汽车节能减排先进技术:北京理工大学出版社.

[5]李春明.汽车发动机电控燃油喷射技术:国防工业出版社.

Analysis of vehicle performance optimization based on miniaturized booster

Yan Fei,Liu Shanshan,Chang Yaohong
(Anhui Jianghuai Automobile Co.Ltd.,Anhui Hefei 230601)

Booster miniaturization has become the main energy saving technology of traditional engine.Small displacement turbocharged engine can not only replace the large displacement naturally aspirated engine output power and torque,and can reduce the weight and volume of the engine.With direct injection technology,improve the combustion efficiency of the engine,which can improve the performance and fuel economy of the vehicle.Four models respectively by 1.0TGDI alternative 1.5VVT engine and 1.5TGDI alternative 2.0VVT engine ,using cruise analysis vehicle dynamic and economic promotion effect and the fuel saving principle.

Booster miniaturization; Dynamic performance; Fuel economy

U464

A

1671-7988（2016）08-127-03

严飞，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心。