汽車電器設備的節能論文

隨着國家第三階段汽車油耗節能惠民政策的實施，汽車企業都在想盡各種辦法降低油耗。發動機燃燒技術的應用是主流，但要想提高發動機的燃燒效率，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。木文以汽車中常見的電子設備(油泵、發電機、空調、大燈、風扇)爲例，從電子技術優化控制方而進行節能研究。

1汽車燃油泵

當前中國市場上的汽車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，燃油通過泵油管到達油軌。由於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要求值，就通過泄壓閥泄油，由回油管返回到油箱。爲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，但是這不僅影響車輛動態工況下的油軌壓力的穩定性，而目_同樣有功耗損失。無論是回油式控制，還是回油改進式控制，只要車輛運行，油泵就以恆定的額定轉速泵油。然後爲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。

國外很多車輛使用PWM控制燃油泵，由ECU直接驅動油泵，通過油壓傳感器信號獲得油軌壓力，來控制油泵的轉速或者開/關。結構不僅簡單可靠，且控制精度高、油泵效率大大提升。當點火鑰匙上電的時候，爲了快速建立油壓，ECU給出PWM佔空比爲100%信號給油泵，油泵全速運轉。油軌壓力傳感器作爲輸入信號給ECU，對當前油軌壓力和目標壓力進行比較，對油泵轉速進行PI閉環控制。

由此可見，PWM控制燃油泵相對於回油穩壓控制，在油軌壓力控制精度上更加準確。同時，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爲10A左右，蓄電池電壓爲1214 V之間，額定功率約爲120 W。使用PWM控制式燃油泵功率不超過60 W，可以節約50%的能耗。

2汽車發電機

汽車發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電機，輸出電壓的控制是其最基本的功能。多功能調節器發電機，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利用發電機PWM負載信號自動調節發動機的運行狀態。我們可以利用多功能發電機調節器的FR功能，對怠速轉速進行控制來實現節能的目的。

ECU利用發電機PWM負載信號進行怠速轉速控制，這樣的好處是:①在輕負載的.情況下，儘量降低怠速轉速，減少油耗;②在重負載的情況，提高目標怠速轉速，避免整車虧電及熄火等危險。

發電機PWM信號大於怠速轉速干預PWM限值Valuel，表示發電機重負載，怠速轉速目標值增加Value3。當電負載下降的時候，PWM值小於怠速轉速恢復門限值Value2的時候，怠速恢復到低怠速狀態。利用遲滯環Hysteresis，可以避免發電機PWM信號在Valuel附近導致頻繁的怠速控制切換，有利於怠速的穩定控制。

怠速是汽車上最常用的運行工況，由於怠速不對外做功，所以降低怠速時的油耗也是汽車節能的一個重要手段。比如ISS自動起停功能，在怠速時，直接停掉髮動機，這樣在怠速下就沒有燃油消耗。但ISS功能很多駕駛者感覺不便，不易被接受。而降低汽車怠速轉速不僅有利於降低怠速噪聲，同時也有利於降低怠速油耗。我國目前採用歐洲油耗和排放法規的駕駛循環(ECE+EUDC)，此駕駛循環中有13次怠速，整個駕駛循環1 220 s中有224 s爲怠速工況。怠速油耗約佔整個駕駛工況的6.3%，而實際城市(ECE)工況佔比更大。針對市場上某款車型進行測試，在同樣點火角的情況下，怠速650 r/min時，噴油脈寬爲2.32 ms;怠速850 r/min時，噴油脈寬爲2.63 ms。怠速工況時，目標怠速650 r/min相對850 r/min節油11.8%。這樣下來，整個ECE+EUDC工況，把怠速從850 r/min降低到650 r/min，可節油0.74%。而實際的城市工況，節油率更高。

總結下來，多功能發電機在汽車怠速控制上的應用，不僅可以滿足用電設備的電平衡，而且可以實現節油的目的。無論是單功能發電機，還是多功能發電機，只要發動機運轉，發電機都會通過皮帶隨着發動機運轉，機械損失不可避免。未來技術發展到發電機轉速自由可控的時候，其機械損失能耗又將實現優化。

3汽車空調

汽車空調有定排量和變排量之分。定排量的空調，在發動機高轉速的時候，輸出最大，如果溫度到達設定，就切斷壓縮機，所以頻繁啓動壓縮機，既不舒適又不節能，且影響空調壓縮機壽命。現在汽車空調技術多采用變排量的空調，變排量空調又分爲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較低的恆定溫度一般保持蒸發溫度爲，往往用再熱方式提高送風溫度來保持車內的舒適性。外部控制變排量壓縮機根據環境溫度、車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)控制閥來控制壓縮機合適的排量，這樣可以根據當時的冷負荷情況確定一個合適的吸氣壓力，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電磁單元，可對壓縮機的功率進行無級調節。電磁單元通過500 Hz的通斷頻率進行控制，關掉空調或所需的製冷量較低時，閥門開啓，斜盤箱和高壓腔之間的通道被打開，斜盤的傾斜角度減小直至低於2%的排量。當系統的低壓較高時，真空膜盒被壓縮，閥門挺杆被鬆開，繼續向下移動，使得高壓腔和斜盤箱進一步被隔離，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點:壓縮機一直運轉，無接合衝擊，提高了舒適性;通過調節蒸發器的溫度使製冷量和熱負荷及能量消耗完美匹配，減少了再加熱過程，使出風口的溫度、溼度恆定調節;由於排量可以降低到近0%，壓縮機的功率消耗下降，燃油消耗下降。

通過外部調節的變排量壓縮機的工作原理可以看出，其相對於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。通常汽車用空調功率在3kW左右，是汽車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，以艙內溫度傳感器爲反饋信號，對空調壓縮機排量進行PI閉環控制。溫度恆定控制精度較高，除了空調剛打開時(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%。但隨着溫度接近或者達到設定值，壓縮機排量就會變得很小，壓縮機的功耗就會很低。所以從控制原理上看，外部調節的變排量壓縮機通常會長時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，這對於一個大功率電器設備來說，節能效果非常顯著。

4汽車大燈

汽車大燈分爲2個前照燈，2個後尾燈。普通鹵素燈常用前照燈的功率爲60/55 W，後尾燈功率爲21 W, 4個燈功率總和約爲150 W。隨着技術的發展，很多車型上使用亮度更高、功率較低的氛氣燈，如奇瑞瑞虎5。而近年國外很多高端車開始使用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。隨着LE D燈技術的成熟，國內一些經濟型轎車開始使用，如奇瑞E3 } LED燈每個燈的功率約在SW左右，4個燈的功率總和不超過30 W。汽車大燈使用LE D技術相對普通鹵素燈能耗降低75%左右。

5汽車風扇

目前汽車使用的散熱風扇多爲兩檔可調，低速檔額定電流爲17.4 A左右，高速檔額定電流爲25 A左右，系統電壓爲1214 V，這樣計算下來，汽車散熱風扇低速檔額定功率約爲200 W，高速檔額定功率約爲300 W。兩檔風扇控制方式如圖7所示，當發動機水溫達到93 0C(參考值)時，低速風扇運轉;達到96℃時，高速風扇運轉。爲了避免風扇的頻繁開/關，通常把高、低速風扇關閉溫度點減-遲滯值。水溫低於93℃時，風扇由高速切換到低速;水溫低於90℃時，關閉低速風扇，風扇不再運轉。

6結束語

汽車節能不能僅侷限於提升燃燒效率，而付出很大的代價去開發先進的發動機。利用現有成熟的電子電器先進技術，同樣可以實現節能目的。每個電子設備貢獻一小部分，綜合下來也是一個顯著的節能效果。目前中國汽車市場應用的電子電器設備相對技術比較落後，有很大的提升空間。