某车型主动进气格栅(AGS)技术降 油耗研究

作者:王锦艳 刘晓莹 卢振东 尹继江 孙萧 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2021-12-03
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主动进气格栅(AGS)通过调节格栅开度,减少机舱散热及降低车辆行驶阻力,从而实现节能降耗。本文通过对某款主动进气格栅车型进行试验测试,研究详细分析AGS 技术对整车的降油耗路径,为汽车工程领域的工程师提供参考。

AGS(Active Grille Shutter)即主动进气格栅技术,是近些年汽车工程技术领域一项新兴的节油技术,它具有成本相对较低、节油效果明显的特点。

AGS 技术不仅在传统燃油车上应用成熟,当前在新能源车上也有所应用。主动进气格栅可自动调节格栅开度,减少机舱向外不必要的散热,在车辆冷启动阶段快速暖车;在车辆行驶过程中,可将发动机水温保持在较高水平,降低摩擦损失,改善燃烧,从而降低发动机油耗;在车辆高速行驶时,通过关闭格栅,降低内循环阻力,使车辆风阻系数降低,从而降低整车油耗。

根据主动进气格栅的安装位置可将其分为三类:①独立式进气格栅,独立布置在整车前端冷却模块与防撞梁之间;②集成式进气格栅(图1),布置在前保后,与防撞梁集成设计;③可见式进气格栅(图2),直接作为前保一部分,外露在前端。

三种主动进气格栅,可见式进气格栅降风阻效果最好,集成式进气格栅次之,独立式进气格栅降风阻收益最小。本文对某款成熟车型集成式主动进气格栅进行测试研究。


初步分析

如图3 所示,该车型主动进气格栅分为上下两部分,上部分4 片格栅叶片,下部分5 片格栅叶片,一个电机驱动,上下部分开度同步。经过路试摸底,该车型格栅开启与环境温度、车速、发动机水温、风扇状态及车辆加减速有关,格栅开度为占空比控制,0% 为全关,100% 为全开。发动机点火时格栅会开闭一次完成自检,格栅信号为诊断信号,该诊断报时对车辆行驶无任何影响。在环境温度为10 ℃、车速为80 km/h 以上行驶时, 即使开启空调,格栅也保持全关状态。


降油耗研究

1. 滑阻数据分析研究

分别测试该车型主动进气格栅全开、全关以及AGS 功能正常开启三种状态的滑阻,滑阻曲线如图4 所示。经过数据分析对比得出以下结论:

(1) 格栅全关状态的滑阻整体低于格栅全开时的滑阻;

(2)AGS 功能正常开启滑阻测试时格栅不是全开或全关,而是有一定开度;

(3) 由于该车型为集成式主动进气格栅,格栅叶片与前保有一定距离,在高速滑行时,格栅全关会在格栅处形成“风兜”,反而有一定开度滑阻表现会更好。

对比0 ~ 135 km/h 滑阻平均值,格栅全开为350.34 N·m,格栅全关为342.79 N · m,AGS开启为340.75 N · m。采用AGS技术,该车型滑阻降低9.59 N·m,根据经验预估该车型滑阻的油耗收益为0.1 L/100 km。

2. 城市循环工况油耗分析研究

按城市循环路谱进行转毂油耗测试分析AGS 技术对油耗及发动机水温的影响。该循环测试为热机测试,开空调工况环境舱温度35 ℃,关空调工况环境舱温度25 ℃。

测试结果如表1 所示:在开空调工况, 车辆AGS 功能开启和格栅全开两种工况发动机水温一致,AGS 油耗收益0.07 L/100 km ;关空调工况,AGS 功能开启发动机平均水温提高2.8 ℃, 油耗收益0.27 L/100 km。由于开空调工况,AGS 功能开启状态格栅开度为100%,和格栅全开一致,油耗差异仅为滑阻曲线差异,因此本文仅对关空调工况进行详细分析(图5)。

(1)格栅开度——在测试全过程,格栅全开占比32.3%,格栅全关1.3%。

(2)发动机水温——在工况前1 400 s 城市常规道路工况,发动机水温AGS 功能开启时为96.6 ℃,格栅全开时为94.5 ℃,水温提高2.1 ℃,后400 s 城市高架工况,发动机水温AGS 功能开启时为96.8℃,格栅全开时为91.7℃,水温提高5.1℃。

3.WLTC 工况油耗分析研究

对车辆进行WLTC 工况油耗测试,WLTC 测试环境温度为25℃,冷机测试,关空调。车辆状态分别为AGS 功能开启和格栅全开。

油耗测试结果如表2 所示:AGS 功能开启油耗为6.605 L/100 km,格栅全开油耗为6.627 L/100 km, 油耗收益0.023 L/100 km。对过程数据进行详细分析:

(1) 冷机暖机时间,水温从25 ~ 85 ℃,AGS 功能开启暖机时间832 s,格栅全开暖机时间867 s,暖机时间缩短35 s。

(2) 截取WLTC循环1 560 s ~1 740 s( 车速> 100 km/h) 进行高速油耗分析,AGS 功能开启时油耗7.054 L/100 km,格栅全开时油耗7.429 L/100 km,油耗收益0.375 L/100 km(5.05%)。

4. 怠速暖机分析研究

对车辆进行冷机怠速暖机测试,测试时环境温度18 ℃。记录发动机水温从20 ~ 85 ℃的时间,AGS 功能开启暖机时间为2 180 s,格栅全开暖机时间为2 221.5 s,怠速暖机收益41.5 s。


总结

经过对某集成式主动进气格栅车型进行滑阻测试、循环工况油耗测试及暖机测试得出以下

结论:

(1) 集成式主动进气格栅,由于AGS 的布置位置,在低车速时对整车滑阻有负面影响,在高车速时格栅有一定开度反而能得到较好的滑阻表现。

(2)AGS 技术在热机状态时可以给用户带来较好的油耗体验。

(3) AGS 技术在WLTC 工况油耗方面几乎没有收益。

(4) 发动机水温保持在较高水平对油耗有明显的增益。


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