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汽车电器设备的节能
汽车电器设备的节能
随着国家第三阶段汽车油耗节能惠民政策的实施,汽车企业都在想尽各种办法降低油耗。发动机燃烧技术的应用是主流,但要想提高发动机的燃烧效率,达到好的节油效果需要付出很大努力和较高的成木。当前汽车电子设备较多,如何较好地控制这些电子设备,降低其功耗,也是节能很重要的手段。木文以汽车中常见的电子设备(油泵、发电机、空调、大灯、风扇)为例,从电子技术优化控制方而进行节能研究。
1汽车燃油泵
当前中国市场上的汽车燃油泵仍旧是回油式稳压燃油泵。ECU控制油泵继电器使油泵工作,燃油通过泵油管到达油轨。由于燃油喷射控制对油轨供油压力要求很高,所以一旦油轨压力超过要求值,就通过泄压阀泄油,由回油管返回到油箱。为了保证油轨压力的稳定,油泵不停地泵油(油泵转速不可调),泄压阀不停地泄油,从而导致油泵效率较低。还有一种改进型结构,省掉回油管路,让回油在油泵直接泄压回油,但是这不仅影响车辆动态工况下的油轨压力的稳定性,而目_同样有功耗损失。无论是回油式控制,还是回油改进式控制,只要车辆运行,油泵就以恒定的额定转速泵油。然后为了保持油轨压力的稳定,不停地泄油。这种不间断地泄油自然浪费了能耗。
国外很多车辆使用PWM控制燃油泵,由ECU直接驱动油泵,通过油压传感器信号获得油轨压力,来控制油泵的转速或者开/关。结构不仅简单可靠,且控制精度高、油泵效率大大提升。当点火钥匙上电的时候,为了快速建立油压,ECU给出PWM占空比为100%信号给油泵,油泵全速运转。油轨压力传感器作为输入信号给ECU,对当前油轨压力和目标压力进行比较,对油泵转速进行PI闭环控制。
由此可见,PWM控制燃油泵相对于回油稳压控制,在油轨压力控制精度上更加准确。同时,回油稳压控制一直让油泵在额定转速下运转,而PWM控制式燃油泵基本上都在额定转速以下运转。显然,PWM控制燃油泵能耗更低。通常油泵额定转速下的电流为10A左右,蓄电池电压为1214 V之间,额定功率约为120 W。使用PWM控制式燃油泵功率不超过60 W,可以节约50%的能耗。
2汽车发电机
汽车发电机有单功能调节器和多功能调节器之分。单功能电子调节器发电机,输出电压的控制是其最基本的功能。多功能调节器发电机,除了具备电压调节功能外,还具有DF(软加载)和FR(负载反馈)功能。其中FR负载反馈功能可由ECU利用发电机PWM负载信号自动调节发动机的运行状态。我们可以利用多功能发电机调节器的FR功能,对怠速转速进行控制来实现节能的目的。
ECU利用发电机PWM负载信号进行怠速转速控制,这样的好处是:①在轻负载的情况下,尽量降低怠速转速,减少油耗;②在重负载的情况,提高目标怠速转速,避免整车亏电及熄火等危险。
发电机PWM信号大于怠速转速干预PWM限值Valuel,表示发电机重负载,怠速转速目标值增加Value3。当电负载下降的时候,PWM值小于怠速转速恢复门限值Value2的时候,怠速恢复到低怠速状态。利用迟滞环Hysteresis,可以避免发电机PWM信号在Valuel附近导致频繁的怠速控制切换,有利于怠速的稳定控制。
怠速是汽车上最常用的运行工况,由于怠速不对外做功,所以降低怠速时的油耗也是汽车节能的一个重要手段。比如ISS自动起停功能,在怠速时,直接停掉发动机,这样在怠速下就没有燃油消耗。但ISS功能很多驾驶者感觉不便,不易被接受。而降低汽车怠速转速不仅有利于降低怠速噪声,同时也有利于降低怠速油耗。我国目前采用欧洲油耗和排放法规的驾驶循环(ECE+EUDC),此驾驶循环中有13次怠速,整个驾驶循环1 220 s中有224 s为怠速工况。怠速油耗约占整个驾驶工况的6.3%,而实际城市(ECE)工况占比更大。针对市场上某款车型进行测试,在同样点火角的情况下,怠速650 r/min时,喷油脉宽为2.32 ms;怠速850 r/min时,喷油脉宽为2.63 ms。怠速工况时,目标怠速650 r/min相对850 r/min节油11.8%。这样下来,整个ECE+EUDC工况,把怠速从850 r/min降低到650 r/min,可节油0.74%。而实际的城市工况,节油率更高。
总结下来,多功能发电机在汽车怠速控制上的应用,不仅可以满足用电设备的电平衡,而且可以实现节油的目的。无论是单功能发电机,还是多功能发电机,只要发动机运转,发电机都会通过皮带随着发动机运转,机械损失不可避免。未来技术发展到发电机转速自由可控的时候,其机械损失能耗又将实现优化。
3汽车空调
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