新能源混合動力發動機試驗中的常見問題分析

黃良學

（上海華普汽車有限公司，上海201501）

據統計，在80%以上的道路條件下，當前普遍使用的燃油發動機汽車僅能利用動力潛能的40%，在市區還會更低，而且排放大量污染環境的廢氣。20世紀90年代以來，隨著能源短缺在全世界的蔓延和各國對環境保護呼聲的日漸高漲，各種類型的電動汽車脫穎而出。但是由于電池技術的研究遲遲不能取得突破性的進展，電池的能量密度遠未達到目前汽油的水平。在可以預見的將來，電動汽車還無法完全取代燃油發動機汽車。為此，人們將電動機與輔助動力單元組合在一輛汽車上做驅動力，開發了混合動力發動機汽車（Hybrid-Electric Vehicle）。此汽車既發揮了發動機持續工作時間長，動力性好的優點，又可以發揮電動機無污染、噪聲低的好處，還可以將汽車的熱效率可提高10%以上，廢氣排放大幅降低。新能源混合動力發動機的開發，因而成為混合動力汽車開發的核心，分析其試驗中的常見問題，對進一步提高混合動力發動機的熱效率具有重要意義。

1 混合動力發動機的分類

按照能量合成的形式，混合動力發動機可以分為串聯式、并聯式和混聯式3種。

串聯式動力由發動機、發電機和電動機3部分動力組成，一邊通過發動機發電，一邊通過電動機驅動車輪，發動機和電動機以串聯的方式，幾乎發揮同等作用。負荷小時，由電池驅動電動機帶動車輪轉動；負荷大時，則由發動機帶動發電機發電驅動電動機。

并聯式裝置的發動機和電動機，以機械能疊加的方式驅動汽車。發動機與電動機分屬兩套系統，可以分別獨立地向汽車傳動系提供扭矩。根據不同的駕駛狀態，可以平行地使用兩種動力。一般情況下，發動機為主動力，電動機為輔助動力，只在加速時使用。由于沒有單獨的發電機，發動機可以直接通過傳動機構驅動車輪，因此該裝置更接近傳統的汽車驅動系統，得到比較廣泛的應用。

混聯式有效地組合了串聯式和并聯式，使兩者的優勢發揮到極致。發動機的動力由動力分割機構分割，一部分直接驅動車輪，另一部分被用于發電，其使用比例可自由控制。產生的電能用于驅動電動機，電動機的使用比例比并聯式更大。

2 發動機試驗中的常見問題

進入21世紀以來，我國發動機測試技術全面快速發展，尤其是針對新能源混合動力發動機的發展，在測試技術的應用研究和新的測試儀器設備的開發方面，都取得了顯著的進展。混合動力發動機試驗的主要目的，是研究配氣相位、進排氣系統、壓縮比對發動機性能的影響，從而得到適合混合動力汽車的專用發動機的最有配氣相位、進排氣系統及壓縮比方案，提出相應設計方案，并根據設計方案對原發動機進行改進。與國外先進水平相比，在混合動力發動機的試樣方面，仍有較大差距，主要存在于以下方面：

2.1 測試裝備的技術水平有待提高

受制于原材料和生產工藝，我國混合動力發動機測試的專用設備的生產水平還不夠高，品種不全，配套能力差。不少高水平的傳感器嚴重依賴于進口。應加強基礎測試技術和器件的研制開發，特別要注意研制開發高精度的一次儀表（傳感器或變送器），因為現在許多測試系統的精度主要是受到傳感器精度的限制。

測功器是發動機測試技術的最基本設備。雖然我國不少的企業從事這方面的生產，但大功率水力、電渦流、交流測功器在國內市場上仍是空缺。自動化試驗臺及控制系統功能上能夠滿足要求，但可靠性差，系統精度低，亟待提高。以激光為代表的光學技術，雖然在發動機測試技術領域己得到廣泛的應用，但儀器、設備的關鍵部件仍依賴進口。大型瞬態排放分析系統國內尚不能生產。

自行開發能力不足。近年來，由于引進國外先進測試設備的生產技術，使我國發動機專用測試設備生產的技術水平與國外先進水平的差距有所縮短；但進一步自行研制開發的能力明顯不足，仍未完全擺脫引進—提高—再引進—再提高的框架。應加強對引進技術的消化吸收，進行二次開發，擴大應用范圍。要充分利用引進技術和設備，加強科研院所、高等院校與專業生產廠家的合作，集中優勢力量對我國發動機測試領域中迫切需要解決的難題進行聯合攻關。根據國情，研制開發出具有中國特色的高精產品。在注意國產測試儀器、儀表的設備性能和功能開發的同時，要特別重視可靠性的保障，要從設計、試制、工藝、生產、售后服務等環節嚴格把關，形成一套國產化的可靠性把關標準，只有這樣才能提高國產化儀表設備的信譽和市場競爭能力。

2.2 測試方法、標準需要補充完善

我國發動機試驗領域的標準內容和水平，還局限于發動機產品常規性能測試評價。針對新型混合動力發動機的開發驗證、技術匹配、技術參數的子項指標精確評定等，還沒有專用的標準規范，如目前較流行的NVH、燃燒特性、適于中國特定工況模擬等。

2.3 測試條件控制要求與試驗數據修正方法尚需研究確定

由于發動機試驗包括發動機新產品研發驗證、批量產品生產質量監控測試、產品質量問題分析與改進試驗、節能產品質量評價及其性能比對測試、科研成果實際驗證、發動機原理教學演示等多種類型，而常規的試驗要求，是一個較寬泛的條件限定，因而針對不同的試驗目的，應明確出具體的試驗條件控制要求、測試結果準確表達方式、數據修正方法等。

3 混合動力發動機試驗的影響因素

混合動力發動機試驗時，需要監控的參數較多，需檢測并記錄轉速、功率、扭矩、油耗、空燃比、排溫（催化器前）、排氣壓力、進出水及機油溫度壓力、進氣溫度壓力、空氣流量、點火提前角、機械效率、排放以及瞬時參數，試驗方案較普通發動機更為復雜。我國的混合動力發動機開發，尚處于研究初期，發動機試驗還處于剛剛起步階段，很多標準程序還沒有完全建立。國外在這方面的研究，也是隨著各種測試手段的不斷發展才剛剛發展起來，很多方面也不完善。尤其是燃油噴霧、電力轉換、耦合等方面需進一步完善。影響發動機試驗的因素較多，主要有人為因素、設備測量誤差、使用的油料不均勻以及環境變化等。

4 結束語

根據新能源混合動力發動機發展的特點和趨勢，本文介紹了國內外混合動力發動機測試技術的現狀與發展、發動機試驗項目、方法及配套設施現狀，討論了國內常規發動機試驗臺架及測功機產品，主要總結了發動機性能試驗中常見問題并對試驗中影響因素進行了全面分析。希望對促進相關領域的研究起到積極的引導作用。

[1]張 欣，郝小健，李從心，岑 艷.并聯式混合動力電動汽車動力總成控制策略的仿真研究[J].汽車工程，2005，（2）：16-17.

[2]周杰敏，童 毅，歐陽明高.輕度混合動力系統典型瞬態過程仿真分析[J].汽車工程，2003，（1）：32-33.

[3]黃妙華，金國棟，鄧亞東，王 琛，王子杰，劉江華.混合動力電動汽車性能試驗與仿真[J].汽車技術，2002，（4）：50-51.

[4]Baumann B M,Washington G,et al.Mechatronic Design and Control of Hybrid Electric Vehicles[J].IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，2000，（1）：75-76.

[5]夏小華，吳小清.混合動力汽車電動機的選擇與仿真比較[J].汽車技術，2005，（6）：72-73.

[6]Hidehiro Oba,Akihiro Yamanaka,et al.Development of a Hybrid Powertrain System Using CVTin a Minivan[J].Toyota Technical Re-view，2002，51（2）：52-57.

[7]過學迅，張 靖.混合動力電動汽車再生制動系統的建模與仿真[J].武漢理工大學學報，2005，（1）：25-26.