10.16638/jki.1671-7988.2019.16.052
温敏
（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽合肥230601）
摘要：排气损失能量是发动机热损失的主要形式，在进行整车能量分布表征时需要对其进行量化测试。基于此测试原理构建转毂测试系统，并进行了系统的实车测试试验。对试验数据分析表明，排气能量损失与瞬时油耗强相关。基于试验数据建立了排气能量损失与瞬时油耗的关系曲线。论文研究为发动机排气能量损失测试与表征提供了有效手段。
关键字：汽车；排气损失；分段拟合；转毂测试
中图分类号：U467.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)16-144-03
Experimental Research on Modeling Method for Whole Vehicle Exhaust Heat Loss
Wen Min
( Automobile Technology Center, Anhui Jianghuai Automobile Group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )
Abstract: The exhaust energy loss is the main form of the engine heat loss, and it needs to be quantified when the vehicle energy distribution characterization is focused and presented.Based on the test principle, the dynamometer test system was constructed and the real vehicle test was carried out. Analysis of the test data shows that the exhaust energy loss is strongly related to the instantaneous fuel consumption. Based on the experimental data, the relationship between exhaust energy loss and instantaneous fuel consumption is established. The paper provides an effective means for the test and modeling of engine exhaust energy loss.
Keywords: motor vehicle; exhaust loss; segmentation fitting; dynamometer testing
CLC NO.: U467.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)16-144-03
前言
内燃式发动机燃烧后，将化学能转换为机械能、热能等形式。其中发动机飞轮端输出和驱动发电机等附件消耗的机械能一般占总化学能的30%左右，绝大部分化学能都转换成热能。热能耗散主要通过发动机
冷却系统和排气系统等，需要分别建立其散热模型进行能量测试和分析[1,2]。
目前国内关于排气能量损失研究主要是针对消声器传递损失的测试分析，测试量包括温度、压力及流速等，测试方法包括声波分解法、两负载法、两声源法和脉冲法等[3,4]。而对汽车排气能量损失研究文献较少。
本文提出了一种基于进排气能量差异的排气损失能量测试方法，并构建测试系统进行试验研究。
1 测试原理
假定发动机燃烧室油气充分燃烧，定义发动机排气损失能量Q e为排气能量Q A2与进气能量Q A1的差值，如公式（1）所示。
（1）排气能量Q A2和进气能量Q A1按照公式（2）计算。
作者简介：温敏，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心。
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温敏：汽车排气损失能量测试方法研究
145安徽江淮汽车
（2） 式中，c e ——排气定容比热，取值1.30kJ/(kg ·℃)
T e ——尾气温度，℃ m F ——燃油质量流量，kg/h m A ——空气质量流量，kg/h
c A ——进气定容比热，取值1.011 kJ/(kg ·℃) T A ——环境温度（进气温度），℃ ρF ——燃油密度，取值0.742 kg/L V F ——燃油体积流量，kg/h λ0——空燃比，取值14.6
2 测试系统搭建
基于A VL 转毂试验台构建排气损失能量测试系统[5]，架构如图1，包括传感器组、数据采集器和便携式计算机等。
通过转毂实现匀速车速控制。油耗通过油耗仪测试，基于流量测速原理。温度传感器采用K 型热电偶，将热电偶测点分别布置在发动机进气口和尾气排放口处，测试进气和排气温度。数据采集器选用转毂数采。计算机通过数据线与数据采集器连接，实现数据同步采集、显示、保存。
图1 测试系统架构
3 试验与数据分析
3.1 试验过程
选用某乘用车进行排气损失能量测试，样车参数如表1。
表1 样车主要参数表
设定环境温度25℃，湿度控制在45％～75％ 范围内，转毂恒速两驱M 模式，充分热车后进行试验。
在转毂上选择四档进行等速油耗试验，发动机转速设定800、1200、1600、2000、2500、3500、4500 r/min 等7种，
将每个转速下的发动机负荷划分8等分，依次增加转毂负荷
进行等速油耗试验，总计采集56组数据。 3.2 数据分析
在每种发动机转速下，试验测试得到了不同发动机负荷的进气温度、排气温度、瞬时油耗及排气损失能量，以转速800 r/min 和4500 r/min 为例，数据曲线如图2所示。
（a ）进气温度对比图
（b ）排气温度对比图
（c ）瞬时油耗对比图
（d ）排气损失能量对比图
图2 不同发动机负荷下的试验数据曲线
3.3 模型建立
将各转速下的排气损失能量和瞬时油耗数据绘制如图3，可看出，排气损失能量与瞬时油耗的变化趋势基本一致，呈现较好的相关性，与发动机转速无关。
以油耗精度较高的5L/h 为节点，对排气能量损失-油耗
汽车实用技术
146 数据采用分段二次项拟合方法，分别得到排气损失能量和瞬时油耗关系模型。其中对于油耗小于5L/h 情况，可根据排气逻辑，设置二次项拟合的常数项为0。
图3 样车发动机转速-排气损失能量实测曲线
3.4 建模效果分析
二次项拟合效果与仿真对比如图4，在油耗低负荷段（小于5L/h ），相关函数为：
（3）
拟合相关性为78.00%，相关性一般，表明在油耗低负荷段的排气损失能量模型还可以进一步优化，油耗高负荷段（大于5L/h ），相关函数为：
（4）
拟合相关性为99.87%，表明模型较为准确。
4 结论
本文提出了一种基于转毂试验台实现排气损失能量的测 试方法，给出了测试原理，搭建了实车测试系统。
经测试分析，排气损失能量与瞬时油耗有强的相关性，基于试验数据建立了关系模型，模型数据与试验数据一致性较好。
图4 某样车排气损失能量模型与实测值对比
参考文献
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[2] 权龙，高有山，程珩.提高工程机械能量利用率的技术现状及新进
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