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汽車(chē)電器設備的節能論文
隨著(zhù)國家第三階段汽車(chē)油耗節能惠民政策的實(shí)施，汽車(chē)企業(yè)都在想盡各種辦法降低油耗。發(fā)動(dòng)機燃燒技術(shù)的應用是主流，但要想提高發(fā)動(dòng)機的燃燒效率，達到好的節油效果需要付出很大努力和較高的成木。當前汽車(chē)電子設備較多，如何較好地控制這些電子設備，降低其功耗，也是節能很重要的手段。木文以汽車(chē)中常見(jiàn)的電子設備(油泵、發(fā)電機、空調、大燈、風(fēng)扇)為例，從電子技術(shù)優(yōu)化控制方而進(jìn)行節能研究。
1汽車(chē)燃油泵
當前中國市場(chǎng)上的汽車(chē)燃油泵仍舊是回油式穩壓燃油泵。ECU控制油泵繼電器使油泵工作，燃油通過(guò)泵油管到達油軌。由于燃油噴射控制對油軌供油壓力要求很高，所以一旦油軌壓力超過(guò)要求值，就通過(guò)泄壓閥泄油，由回油管返回到油箱。為了保證油軌壓力的穩定，油泵不停地泵油(油泵轉速不可調)，泄壓閥不停地泄油，從而導致油泵效率較低。還有一種改進(jìn)型結構，省掉回油管路，讓回油在油泵直接泄壓回油，但是這不僅影響車(chē)輛動(dòng)態(tài)工況下的油軌壓力的穩定性，而目_同樣有功耗損失。無(wú)論是回油式控制，還是回油改進(jìn)式控制，只要車(chē)輛運行，油泵就以恒定的額定轉速泵油。然后為了保持油軌壓力的穩定，不停地泄油。這種不間斷地泄油自然浪費了能耗。
國外很多車(chē)輛使用PWM控制燃油泵，由ECU直接驅動(dòng)油泵，通過(guò)油壓傳感器信號獲得油軌壓力，來(lái)控制油泵的轉速或者開(kāi)/關(guān)。結構不僅簡(jiǎn)單可靠，且控制精度高、油泵效率大大提升。當點(diǎn)火鑰匙上電的時(shí)候，為了快速建立油壓，ECU給出PWM占空比為100%信號給油泵，油泵全速運轉。油軌壓力傳感器作為輸入信號給ECU，對當前油軌壓力和目標壓力進(jìn)行比較，對油泵轉速進(jìn)行PI閉環(huán)控制。
由此可見(jiàn)，PWM控制燃油泵相對于回油穩壓控制，在油軌壓力控制精度上更加準確。同時(shí)，回油穩壓控制一直讓油泵在額定轉速下運轉，而PWM控制式燃油泵基本上都在額定轉速以下運轉。顯然，PWM控制燃油泵能耗更低。通常油泵額定轉速下的電流為10A左右，蓄電池電壓為1214 V之間，額定功率約為120 W。使用PWM控制式燃油泵功率不超過(guò)60 W，可以節約50%的能耗。
2汽車(chē)發(fā)電機
汽車(chē)發(fā)電機有單功能調節器和多功能調節器之分。單功能電子調節器發(fā)電機，輸出電壓的控制是其最基本的功能。多功能調節器發(fā)電機，除了具備電壓調節功能外，還具有DF(軟加載)和FR(負載反饋)功能。其中FR負載反饋功能可由ECU利用發(fā)電機PWM負載信號自動(dòng)調節發(fā)動(dòng)機的運行狀態(tài)。我們可以利用多功能發(fā)電機調節器的FR功能，對怠速轉速進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現節能的目的。
ECU利用發(fā)電機PWM負載信號進(jìn)行怠速轉速控制，這樣的好處是:①在輕負載的情況下，盡量降低怠速轉速，減少油耗;②在重負載的情況，提高目標怠速轉速，避免整車(chē)虧電及熄火等危險。
發(fā)電機PWM信號大于怠速轉速干預PWM限值Valuel，表示發(fā)電機重負載，怠速轉速目標值增加Value3。當電負載下降的時(shí)候，PWM值小于怠速轉速恢復門(mén)限值Value2的時(shí)候，怠速恢復到低怠速狀態(tài)。利用遲滯環(huán)Hysteresis，可以避免發(fā)電機PWM信號在Valuel附近導致頻繁的怠速控制切換，有利于怠速的穩定控制。
怠速是汽車(chē)上最常用的運行工況，由于怠速不對外做功，所以降低怠速時(shí)的油耗也是汽車(chē)節能的一個(gè)重要手段。比如ISS自動(dòng)起停功能，在怠速時(shí)，直接停掉發(fā)動(dòng)機，這樣在怠速下就沒(méi)有燃油消耗。但ISS功能很多駕駛者感覺(jué)不便，不易被接受。而降低汽車(chē)怠速轉速不僅有利于降低怠速噪聲，同時(shí)也有利于降低怠速油耗。我國目前采用歐洲油耗和排放法規的駕駛循環(huán)(ECE+EUDC)，此駕駛循環(huán)中有13次怠速，整個(gè)駕駛循環(huán)1 220 s中有224 s為怠速工況。怠速油耗約占整個(gè)駕駛工況的6.3%，而實(shí)際城市(ECE)工況占比更大。針對市場(chǎng)上某款車(chē)型進(jìn)行測試，在同樣點(diǎn)火角的情況下，怠速650 r/min時(shí)，噴油脈寬為2.32 ms;怠速850 r/min時(shí)，噴油脈寬為2.63 ms。怠速工況時(shí)，目標怠速650 r/min相對850 r/min節油11.8%。這樣下來(lái)，整個(gè)ECE+EUDC工況，把怠速從850 r/min降低到650 r/min，可節油0.74%。而實(shí)際的城市工況，節油率更高。
總結下來(lái)，多功能發(fā)電機在汽車(chē)怠速控制上的應用，不僅可以滿(mǎn)足用電設備的電平衡，而且可以實(shí)現節油的目的。無(wú)論是單功能發(fā)電機，還是多功能發(fā)電機，只要發(fā)動(dòng)機運轉，發(fā)電機都會(huì )通過(guò)皮帶隨著(zhù)發(fā)動(dòng)機運轉，機械損失不可避免。未來(lái)技術(shù)發(fā)展到發(fā)電機轉速自由可控的時(shí)候，其機械損失能耗又將實(shí)現優(yōu)化。
3汽車(chē)空調
汽車(chē)空調有定排量和變排量之分。定排量的空調，在發(fā)動(dòng)機高轉速的時(shí)候，輸出最大，如果溫度到達設定，就切斷壓縮機，所以頻繁啟動(dòng)壓縮機，既不舒適又不節能，且影響空調壓縮機壽命�，F在汽車(chē)空調技術(shù)多采用變排量的空調，變排量空調又分為內部控制變排量壓縮機和外部控制變排量壓縮機。內部控制變排量壓縮機用內部控制閥使吸氣壓力保持在一個(gè)較低的恒定溫度一般保持蒸發(fā)溫度為，往往用再熱方式提高送風(fēng)溫度來(lái)保持車(chē)內的舒適性。外部控制變排量壓縮機根據環(huán)境溫度、車(chē)內溫度及空調模式設定等參數，由ECU確定控制信號，再由外部(電磁)控制閥來(lái)控制壓縮機合適的排量，這樣可以根據當時(shí)的冷負荷情況確定一個(gè)合適的吸氣壓力，不需要再熱，從而達到節能的目的。
外部調節的變排量壓縮機的控制閥有一個(gè)電磁單元，可對壓縮機的功率進(jìn)行無(wú)級調節。電磁單元通過(guò)500 Hz的通斷頻率進(jìn)行控制，關(guān)掉空調或所需的制冷量較低時(shí)，閥門(mén)開(kāi)啟，斜盤(pán)箱和高壓腔之間的通道被打開(kāi)，斜盤(pán)的傾斜角度減小直至低于2%的排量。當系統的低壓較高時(shí)，真空膜盒被壓縮，閥門(mén)挺桿被松開(kāi)，繼續向下移動(dòng)，使得高壓腔和斜盤(pán)箱進(jìn)一步被隔離，從而使壓縮機達到100%的排量。外部調節的變排量壓縮機的優(yōu)點(diǎn):壓縮機一直運轉，無(wú)接合沖擊，提高了舒適性;通過(guò)調節蒸發(fā)器的溫度使制冷量和熱負荷及能量消耗完美匹配，減少了再加熱過(guò)程，使出風(fēng)口的溫度、濕度恒定調節;由于排量可以降低到近0%，壓縮機的功率消耗下降，燃油消耗下降。
通過(guò)外部調節的變排量壓縮機的工作原理可以看出，其相對于定排量空調和內部調節的變排量空調在節能上有很大的改善。通常汽車(chē)用空調功率在3kW左右，是汽車(chē)上較大功率的用電設備。定排量空調和內部調節空調在工作時(shí)的功率也基本上在3kW左右，而外部調節變排量空調功率則不固定，其功率從較低到3kW，線(xiàn)性化對應排量從0%到100% , 外部調節變排量空調的控制原理。ECU控制器接收到駕駛員空調控制溫度設定值，以艙內溫度傳感器為反饋信號，對空調壓縮機排量進(jìn)行PI閉環(huán)控制。溫度恒定控制精度較高，除了空調剛打開(kāi)時(shí)(艙內溫度和設定溫度差異較大)，空調壓縮機需要較大的負荷工作.壓縮機排量甚至在100%。但隨著(zhù)溫度接近或者達到設定值，壓縮機排量就會(huì )變得很小，壓縮機的功耗就會(huì )很低。所以從控制原理上看，外部調節的變排量壓縮機通常會(huì )長(cháng)時(shí)間工作在低排量低功耗的工況下，能耗損失相對可降低50%以上，這對于一個(gè)大功率電器設備來(lái)說(shuō)，節能效果非常顯著(zhù)。
4汽車(chē)大燈
汽車(chē)大燈分為2個(gè)前照燈，2個(gè)后尾燈。普通鹵素燈常用前照燈的功率為60/55 W，后尾燈功率為21 W, 4個(gè)燈功率總和約為150 W。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，很多車(chē)型上使用亮度更高、功率較低的氛氣燈，如奇瑞瑞虎5。而近年國外很多高端車(chē)開(kāi)始使用LED燈，LE D燈相對鹵素燈和氛氣燈，亮度更高、功率最低，且壽命長(cháng)。隨著(zhù)LE D燈技術(shù)的成熟，國內一些經(jīng)濟型轎車(chē)開(kāi)始使用，如奇瑞E3 } LED燈每個(gè)燈的功率約在SW左右，4個(gè)燈的功率總和不超過(guò)30 W。汽車(chē)大燈使用LE D技術(shù)相對普通鹵素燈能耗降低75%左右。
5汽車(chē)風(fēng)扇
目前汽車(chē)使用的散熱風(fēng)扇多為兩檔可調，低速檔額定電流為17.4 A左右，高速檔額定電流為25 A左右，系統電壓為1214 V，這樣計算下來(lái)，汽車(chē)散熱風(fēng)扇低速檔額定功率約為200 W，高速檔額定功率約為300 W。兩檔風(fēng)扇控制方式如圖7所示，當發(fā)動(dòng)機水溫達到93 0C(參考值)時(shí)，低速風(fēng)扇運轉;達到96℃時(shí)，高速風(fēng)扇運轉。為了避免風(fēng)扇的頻繁開(kāi)/關(guān)，通常把高、低速風(fēng)扇關(guān)閉溫度點(diǎn)減-遲滯值。水溫低于93℃時(shí)，風(fēng)扇由高速切換到低速;水溫低于90℃時(shí)，關(guān)閉低速風(fēng)扇，風(fēng)扇不再運轉。
6結束語(yǔ)
汽車(chē)節能不能僅局限于提升燃燒效率，而付出很大的代價(jià)去開(kāi)發(fā)先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機。利用現有成熟的電子電器先進(jìn)技術(shù)，同樣可以實(shí)現節能目的。每個(gè)電子設備貢獻一小部分，綜合下來(lái)也是一個(gè)顯著(zhù)的節能效果。目前中國汽車(chē)市場(chǎng)應用的電子電器設備相對技術(shù)比較落后，有很大的提升空間。
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