汽车电器设备的节能

随着国家第三阶段汽车油耗节能惠民政策的实施，汽车企业都在想尽各种办法降低油耗。发动机燃烧技术的应用是主流，但要想提高发动机的燃烧效率，达到好的节油效果需要付出很大努力和较高的成木。当前汽车电子设备较多，如何较好地控制这些电子设备，降低其功耗，也是节能很重要的手段。木文以汽车中常见的电子设备为例，从电子技术优化控制方而进行节能研究。

1汽车燃油泵

当前中国市场上的汽车燃油泵仍旧是回油式稳压燃油泵。ECU控制油泵继电器使油泵工作，燃油通过泵油管到达油轨。由于燃油喷射控制对油轨供油压力要求很高，所以一旦油轨压力超过要求值，就通过泄压阀泄油，由回油管返回到油箱。为了保证油轨压力的稳定，油泵不停地泵油，泄压阀不停地泄油，从而导致油泵效率较低。还有一种改进型结构，省掉回油管路，让回油在油泵直接泄压回油，但是这不仅影响车辆动态工况下的油轨压力的稳定性，而目_同样有功耗损失。无论是回油式控制，还是回油改进式控制，只要车辆运行，油泵就以恒定的额定转速泵油。然后为了保持油轨压力的稳定，不停地泄油。这种不间断地泄油自然浪费了能耗。

国外很多车辆使用PWM控制燃油泵，由ECU直接驱动油泵，通过油压传感器信号获得油轨压力，来控制油泵的转速或者开/关。结构不仅简单可靠，且控制精度高、油泵效率大大提升。当点火钥匙上电的时候，为了快速建立油压，ECU给出PWM占空比为100%信号给油泵，油泵全速运转。油轨压力传感器作为输入信号给ECU，对当前油轨压力和目标压力进行比较，对油泵转速进行PI闭环控制。

由此可见，PWM控制燃油泵相对于回油稳压控制，在油轨压力控制精度上更加准确。同时，回油稳压控制一直让油泵在额定转速下运转，而PWM控制式燃油泵基本上都在额定转速以下运转。显然，PWM控制燃油泵能耗更低。通常油泵额定转速下的电流为10A左右，蓄电池电压为1214 V之间，额定功率约为120 W。使用PWM控制式燃油泵功率不超过60 W，可以节约50%的能耗。

2汽车发电机

汽车发电机有单功能调节器和多功能调节器之分。单功能电子调节器发电机，输出电压的控制是其最基本的功能。多功能调节器发电机，除了具备电压调节功能外，还具有DF和FR功能。其中FR负载反馈功能可由ECU利用发电机PWM负载信号自动调节发动机的运行状态。我们可以利用多功能发电机调节器的FR功能，对怠速转速进行控制来实现节能的目的。

ECU利用发电机PWM负载信号进行怠速转速控制，这样的好处是:①在轻负载的情况下，尽量降低怠速转速，减少油耗;②在重负载的情况，提高目标怠速转速，避免整车亏电及熄火等危险。

发电机PWM信号大于怠速转速干预PWM限值Valuel，表示发电机重负载，怠速转速目标值增加Value3。当电负载下降的时候，PWM值小于怠速转速恢复门限值Value2的时候，怠速恢复到低怠速状态。利用迟滞环Hysteresi❤s，可以避免发电机PWM信号在Valuel附近导致频繁的怠速控制切换，有利于怠速的稳定控制。

怠速是汽车上最常用的运行工况，由于怠速不对外做功，所以降低怠速时的油耗也是汽车节能的一个重要手段。比如ISS自动起停功能，在怠速时，直接停掉发动机，这样在怠速下就没有燃油消耗。但ISS功能很多驾驶者感觉不便，不易被接受。而降低汽车怠速转速不仅有利于降低怠速噪声，同时也有利于降低怠速油耗。我国目前采用欧洲油耗和排放法规的驾驶循环，此驾驶循环中有13次怠速，整个驾驶循环1 220 s中有224 s为怠速工况。怠速油耗约占整个驾驶工况的6.3%，而实际城市工况占比更大。针对市场上某款车型进行测试，在同样点火角的情况下，怠速650 r/min时，喷油脉宽为2.32 ms;怠速850 r/min时，喷油脉宽为2.63 ms。怠速工况时，目标怠速650 r/min相对850 r/min节油11.8%。这样下来，整个ECE+EUDC工况，把怠速从850 r/min降低到650 r/min，可节油0.74%。而实际的城市工况，节油率更高。

总结下来，多功能发电机在汽车怠速控制上的应用，不仅可以满ป足用电设备的电平衡，而且可以实现节油的目的。无论是单功能发电机，还是多功能发电机，只要发动机运转，发电机都会ผ通过皮带随着发动机运转，机械损失不可避免。未来技术发展到发电机转速自由可控的时候，其机械损失能耗又将实现优化。

3汽车空调

汽车空调有定排量和变排量之分。定排量的空调，在发动机高转速的时候，输出最大，如果温度到达设定，就切断压缩机，所以频繁启动压缩机，既不舒适又不节能，且影响空调压缩机寿命。现在汽车空调技术多采用变排量的空调，变排量空调又分为内部控制变排量压缩机和外部控制变排量压缩机。内部控制变排量压缩机用内部控制阀使吸气压力保持在一个较低的恒定温度一般保持蒸发温度为，往往用再热方式提高送风温度来保持车内的舒适性。外部控制变排量压缩机根据环境温度、车内温度及空调模式设定等参数，由ECU确定控制信号，再由外部控制阀来控制压缩机合适的排量，这样可以根据当时的冷负荷情况确定一个合适的吸气压力，不需要再热，从而达到节能的目的。

外部调节的变排量压缩机的控制阀有一个电磁单元，可对压缩机的功率进行无级调节。电磁单元通过500 Hz的通断频率进行控制，关掉空调或所需的制冷量较低时，阀门开启，斜盘箱和高压腔之间的通道被打开，斜盘的倾斜角度减小直至低于2%的排量。当系统的低压较高时，真空膜盒被压缩，阀门挺杆被松开，继续向下移动，使得高压腔和斜盘箱进一步被隔离，从而使压缩机达到100%的排量。外部调节的变排量压缩机的优点:压缩机一直运转，无接合冲击，提高了舒适性;通过调节蒸发器的温度使制冷量和热负荷及能量消耗完美匹配，减少了再加热过程，使出风口的温度、湿度恒定调节;由于排量可以降低到近0%，压缩机的功率消耗下降，燃油消耗下降。

通过外部调节的变排量压缩机的工作原理可以看出，其相对于定排量空调和内部调节的变排量空调在节能上有很大的改善。通常汽车用空调功率在3kW左右，是汽车上较大功率的用电设备。定排量空调和内部调节空调在工作时的功率也基本上在3kW左右，而外部调节变排量空调功率则不固定，其功率从较低到3kW，线性化对应排量从0%到100% , 外部调节变排量空调的控制原理。ECU控制器接收到驾驶员空调控制温度设定值，以舱内温度传感器为反馈信号，对空调压缩机排量进行PI闭环控制。温度恒定控制精度较高，除了空调刚打开时，空调压缩机需要较大的负荷工作.压缩机排量甚至在100%。但随着温度接近或者达到设定值，压缩机排量就会变得很小，压缩机的功耗就会很低。所以从控制原理上看，外部调节的变排量压缩机通常会长时间工作在低排量低功耗的工况下，能耗损失相对可降低50%以上，这对于一个大功率电器设备来说，节能效果非常显著。

4汽车大灯

汽车大灯分为2个前照灯，2个后尾灯。普通卤素灯常用前照灯的功率为60/55 W，后尾灯功率 ☹为21 W, 4个灯功率总和约为150 W。随着技术的发展，很多车型上使用亮度更高、功率较低的氛气灯，如奇瑞瑞虎5。而近年国外很多高端车开始使用LED灯，LE D灯相对卤素灯和氛气灯，ฆ亮度更高、功率最低，且寿命长。随着LE D灯技术的成熟，国内一些经济型轿车开始使用，如奇瑞E3 } LED灯每个灯的功率约在SW左右，4个灯的功率总和不超过30 W。汽车大灯使用LE D技术相对普通卤素灯能耗降低75%左右。

5汽车风扇

目前汽车使用的散热风扇多为两档可调，低速档额定电流为17.4 A左右，高速档额定电流为25 A左右，系统电压为1214 V，这样计算下来，汽车散热风扇低速档额定功率约为200 W，高速档额定功率约为300 W。两档风扇控制方式如图7所示，当发动机水温达到93 0C时，低速风扇运转;达到96℃时，高速风扇运转。为了避免风扇的频繁开/关，通常把高、低速风扇关闭温度点减-迟滞值。水温低于93℃时，风扇由高速切换到低速;水温低于90℃时，关闭低速风扇，风扇不再运转。

6结束语

汽车节能不能仅局限于提升燃烧效率，而付出很大的代价去开发先进的发动机。利用现有成熟的电子电器先进技术，同样可以实现节能目的。每个电子设备贡献一小部分，综合下来也是一个显著的节能效果。目前中国汽车市场应用的电子电器设备相对技术比较落后，有很大的提升空间。