某PHEV车型限扭策略对排放及油耗的影响

成祖权　吴绍君　梁鹏飞

摘 要：本文主要通过测试一台搭载1.2L涡轮增压汽油机PHEV车型的WLTC循环工况， 研究使用发动机水温限扭策略对整车排放及油耗的影响。测试发现，WLTC循环的第一阶段，对发动机使用水温限扭策略能有效降低发动机PN排放和改善油耗。

关键词：限扭 PHEV车型 PN排放 油耗

Effects of Torsion Limitation Strategy on Emission and Fuel Consumption of a PHEV Vehicle

Cheng Zuquan，Wu Shaojun，Liang Pengfei

Abstract：This paper， mainly through testing the WLTC cycle of a PHEV vehicle which equipped with a 1.2L turbocharged gasoline engine， studied the effects of torsion limitation depending on engine water temperature on vehicle emission and fuel consumption. The test found that the used torsion limitation depending on engine water temperature in first phase of the WLTC cycle can effectively reduce engine PN emission and improve fuel consumption.

Key words：torsion limitation， PHEV vehicle， PN emission， fuel consumption

1 引言

近年来，随着汽车工业的快速发展，汽车在改善人类出行方式的同时，也造成了对环境污染的加重和能源消耗的提升。实现车辆的低排放及低能耗已成为汽车工业可持续发展的重要环节。2016年国家环保局发布的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》排放标准，要求自2023年7月1日起，所有销售和注册登记的轻型汽车应符合本标准要求，其中I型试验应符合6b限值要求[1]。同时，2020年公布的《关于修改〈乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法〉的决定》也已于2021年1月1日开始实施。可见，为响应国家越来越严苛的排放及节能法规要求，降低车辆的排放及油耗已成为各国内汽车企业的首要任务。

本文将主要研究在WLTC循环中使用水温限扭策略对插电式混合动力汽车（Plug-in hybrid electric vehicles，PHEV）排放及油耗的影响。

2 PHEV汽车及水温限扭策略简介

当前的新能源汽车主要有三种形式：插电式混合动力汽车（PHEV：plug-in hybrid electric vehicle）、纯电动汽车（EV：electric vehicle）以及燃料电池汽车（FCV：flue-cell electric vehicle）[2]。其中，插电式混合动力汽车，因电池容量大，可外插充电，行驶里程长，可高效应对汽车全工况功效需求等特点，是目前新能源汽车的研究开发热点之一[3]。从PHEV整车架构分析，因其动力源由传统发动机和至少一个以上的驱动电机组成，整车工况相对传统燃油车，除了要对发动机进行控制，还要兼顾对驱动电机的控制以及发动机和驱动电机之间的协同工作，从而增大了WLTC循环工况的复杂程度。为更好的对整车进行控制以满足排放及油耗法规要求，PHEV汽车的排放及油耗需要从多方面共同优化。

水温限扭，即PHEV汽车的混合动力控制单元（Hybrid Control Unit，HCU），根据发动机管理系统（Engine Management System，EMS）的发动机水温来进行对发动机需求扭矩的限制。而传统燃油车的水温限扭策略主要是从发动机自身进行限扭，因为当发动机的水温过高时会导致开锅，不加以控制甚至会导致发动机失效[4]。区别于传统燃油车的发动机水温限扭策略，PHEV汽车的水温限扭策略是外界需求的主动限值。图1为PHEV发动机水温限扭策略的逻辑图。

具体限扭策略为：HCU参考EMS的发动机水温，当水温小于或等于50℃时，对发动机最大需求扭矩限制在70Nm以下。

3 I型试验测试结果分析

基于一台搭载1.2L废气涡轮增压汽油机的PHEV汽车，整车测试质量为2125kg，驱动电机为P2+P4结构。根据《GB18352.6-2016 轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》标准对混合动力电动汽车的试验要求，PHEV（Plug-in hybrid electric vehicles，插电式混合动力汽车）属于OCV-HEV（Off-vehicle charging hybrid electric vehicle，可外部充电的混合动力电动汽车）范畴。结合R.3.2.2要求和PHEV车型整车架构特点，我们选择“选项3”进行试验，即电量消耗模式I型试验和电量保持模式I型试验。本文重要是对电量保持模式I型试验展开研究，按国6b排放限值对整车尾气排放结果进行评价。

3.1 水温限扭对排放的影响

为确保试验的准确性，两次试验均按照完整的“选项3”试验要求对同一车辆进行试验，并由同一试验人员驾驶该车辆。表1为使用水温限扭策略（下文简称限扭）和不使用水温限扭策略（下文简称不限扭）WLTC测试循环尾气中污染物排放结果。

从结果发现，使用限扭策略较不使用限扭策略，THC由8.44mg/km上升至10.22mg/km，增加3.56%;CO由195.06mg/km上升至238.39mg/km，增加8.67%;NMHC由7.30mg/km上升至8.79mg/km，增加4.25%;N2O由0.47mg/km上升至0.50mg/km，增加0.15%;NOx由11.05mg/km下降至7.77mg/km，減少9.37%;PM由1.17mg/km下降至0.78mg/km，减少13.00%;PN由5.98E+11个/km下降至4.34E+11个/km，减少27.41%。对比限扭策略和不限扭策略排放结果的变化幅度，可见，限扭策略对PN排放贡献大，如下着重对PN展开分析。