黃良學(xué)

（上海華普汽車有限公司，上海201501）

據(jù)統(tǒng)計，在80%以上的道路條件下，當(dāng)前普遍使用的燃油發(fā)動機(jī)汽車僅能利用動力潛能的40%，在市區(qū)還會更低，而且排放大量污染環(huán)境的廢氣。20世紀(jì)90年代以來，隨著能源短缺在全世界的蔓延和各國對環(huán)境保護(hù)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(shù)的研究遲遲不能取得突破性的進(jìn)展，電池的能量密度遠(yuǎn)未達(dá)到目前汽油的水平。在可以預(yù)見的將來，電動汽車還無法完全取代燃油發(fā)動機(jī)汽車。為此，人們將電動機(jī)與輔助動力單元組合在一輛汽車上做驅(qū)動力，開發(fā)了混合動力發(fā)動機(jī)汽車（Hybrid-Electric Vehicle）。此汽車既發(fā)揮了發(fā)動機(jī)持續(xù)工作時間長，動力性好的優(yōu)點，又可以發(fā)揮電動機(jī)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(fā)動機(jī)的開發(fā)，因而成為混合動力汽車開發(fā)的核心，分析其試驗中的常見問題，對進(jìn)一步提高混合動力發(fā)動機(jī)的熱效率具有重要意義。

1 混合動力發(fā)動機(jī)的分類

按照能量合成的形式，混合動力發(fā)動機(jī)可以分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式3種。

串聯(lián)式動力由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動機(jī)3部分動力組成，一邊通過發(fā)動機(jī)發(fā)電，一邊通過電動機(jī)驅(qū)動車輪，發(fā)動機(jī)和電動機(jī)以串聯(lián)的方式，幾乎發(fā)揮同等作用。負(fù)荷小時，由電池驅(qū)動電動機(jī)帶動車輪轉(zhuǎn)動；負(fù)荷大時，則由發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電驅(qū)動電動機(jī)。

并聯(lián)式裝置的發(fā)動機(jī)和電動機(jī)，以機(jī)械能疊加的方式驅(qū)動汽車。發(fā)動機(jī)與電動機(jī)分屬兩套系統(tǒng)，可以分別獨立地向汽車傳動系提供扭矩。根據(jù)不同的駕駛狀態(tài)，可以平行地使用兩種動力。一般情況下，發(fā)動機(jī)為主動力，電動機(jī)為輔助動力，只在加速時使用。由于沒有單獨的發(fā)電機(jī)，發(fā)動機(jī)可以直接通過傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動車輪，因此該裝置更接近傳統(tǒng)的汽車驅(qū)動系統(tǒng)，得到比較廣泛的應(yīng)用。

混聯(lián)式有效地組合了串聯(lián)式和并聯(lián)式，使兩者的優(yōu)勢發(fā)揮到極致。發(fā)動機(jī)的動力由動力分割機(jī)構(gòu)分割，一部分直接驅(qū)動車輪，另一部分被用于發(fā)電，其使用比例可自由控制。產(chǎn)生的電能用于驅(qū)動電動機(jī)，電動機(jī)的使用比例比并聯(lián)式更大。

2 發(fā)動機(jī)試驗中的常見問題

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國發(fā)動機(jī)測試技術(shù)全面快速發(fā)展，尤其是針對新能源混合動力發(fā)動機(jī)的發(fā)展，在測試技術(shù)的應(yīng)用研究和新的測試儀器設(shè)備的開發(fā)方面，都取得了顯著的進(jìn)展?；旌蟿恿Πl(fā)動機(jī)試驗的主要目的，是研究配氣相位、進(jìn)排氣系統(tǒng)、壓縮比對發(fā)動機(jī)性能的影響，從而得到適合混合動力汽車的專用發(fā)動機(jī)的最有配氣相位、進(jìn)排氣系統(tǒng)及壓縮比方案，提出相應(yīng)設(shè)計方案，并根據(jù)設(shè)計方案對原發(fā)動機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。與國外先進(jìn)水平相比，在混合動力發(fā)動機(jī)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(shù)水平有待提高

受制于原材料和生產(chǎn)工藝，我國混合動力發(fā)動機(jī)測試的專用設(shè)備的生產(chǎn)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(yán)重依賴于進(jìn)口。應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)測試技術(shù)和器件的研制開發(fā)，特別要注意研制開發(fā)高精度的一次儀表（傳感器或變送器），因為現(xiàn)在許多測試系統(tǒng)的精度主要是受到傳感器精度的限制。

測功器是發(fā)動機(jī)測試技術(shù)的最基本設(shè)備。雖然我國不少的企業(yè)從事這方面的生產(chǎn)，但大功率水力、電渦流、交流測功器在國內(nèi)市場上仍是空缺。自動化試驗臺及控制系統(tǒng)功能上能夠滿足要求，但可靠性差，系統(tǒng)精度低，亟待提高。以激光為代表的光學(xué)技術(shù)，雖然在發(fā)動機(jī)測試技術(shù)領(lǐng)域己得到廣泛的應(yīng)用，但儀器、設(shè)備的關(guān)鍵部件仍依賴進(jìn)口。大型瞬態(tài)排放分析系統(tǒng)國內(nèi)尚不能生產(chǎn)。

自行開發(fā)能力不足。近年來，由于引進(jìn)國外先進(jìn)測試設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)，使我國發(fā)動機(jī)專用測試設(shè)備生產(chǎn)的技術(shù)水平與國外先進(jìn)水平的差距有所縮短；但進(jìn)一步自行研制開發(fā)的能力明顯不足，仍未完全擺脫引進(jìn)—提高—再引進(jìn)—再提高的框架。應(yīng)加強(qiáng)對引進(jìn)技術(shù)的消化吸收，進(jìn)行二次開發(fā)，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。要充分利用引進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，加強(qiáng)科研院所、高等院校與專業(yè)生產(chǎn)廠家的合作，集中優(yōu)勢力量對我國發(fā)動機(jī)測試領(lǐng)域中迫切需要解決的難題進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。根據(jù)國情，研制開發(fā)出具有中國特色的高精產(chǎn)品。在注意國產(chǎn)測試儀器、儀表的設(shè)備性能和功能開發(fā)的同時，要特別重視可靠性的保障，要從設(shè)計、試制、工藝、生產(chǎn)、售后服務(wù)等環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，形成一套國產(chǎn)化的可靠性把關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣才能提高國產(chǎn)化儀表設(shè)備的信譽和市場競爭能力。

2.2 測試方法、標(biāo)準(zhǔn)需要補充完善

我國發(fā)動機(jī)試驗領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容和水平，還局限于發(fā)動機(jī)產(chǎn)品常規(guī)性能測試評價。針對新型混合動力發(fā)動機(jī)的開發(fā)驗證、技術(shù)匹配、技術(shù)參數(shù)的子項指標(biāo)精確評定等，還沒有專用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(shù)據(jù)修正方法尚需研究確定

由于發(fā)動機(jī)試驗包括發(fā)動機(jī)新產(chǎn)品研發(fā)驗證、批量產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控測試、產(chǎn)品質(zhì)量問題分析與改進(jìn)試驗、節(jié)能產(chǎn)品質(zhì)量評價及其性能比對測試、科研成果實際驗證、發(fā)動機(jī)原理教學(xué)演示等多種類型，而常規(guī)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?zāi)康?，?yīng)明確出具體的試驗條件控制要求、測試結(jié)果準(zhǔn)確表達(dá)方式、數(shù)據(jù)修正方法等。

3 混合動力發(fā)動機(jī)試驗的影響因素

混合動力發(fā)動機(jī)試驗時，需要監(jiān)控的參數(shù)較多，需檢測并記錄轉(zhuǎn)速、功率、扭矩、油耗、空燃比、排溫（催化器前）、排氣壓力、進(jìn)出水及機(jī)油溫度壓力、進(jìn)氣溫度壓力、空氣流量、點火提前角、機(jī)械效率、排放以及瞬時參數(shù)，試驗方案較普通發(fā)動機(jī)更為復(fù)雜。我國的混合動力發(fā)動機(jī)開發(fā)，尚處于研究初期，發(fā)動機(jī)試驗還處于剛剛起步階段，很多標(biāo)準(zhǔn)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(fā)展才剛剛發(fā)展起來，很多方面也不完善。尤其是燃油噴霧、電力轉(zhuǎn)換、耦合等方面需進(jìn)一步完善。影響發(fā)動機(jī)試驗的因素較多，主要有人為因素、設(shè)備測量誤差、使用的油料不均勻以及環(huán)境變化等。

4 結(jié)束語

根據(jù)新能源混合動力發(fā)動機(jī)發(fā)展的特點和趨勢，本文介紹了國內(nèi)外混合動力發(fā)動機(jī)測試技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展、發(fā)動機(jī)試驗項目、方法及配套設(shè)施現(xiàn)狀，討論了國內(nèi)常規(guī)發(fā)動機(jī)試驗臺架及測功機(jī)產(chǎn)品，主要總結(jié)了發(fā)動機(jī)性能試驗中常見問題并對試驗中影響因素進(jìn)行了全面分析。希望對促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的研究起到積極的引導(dǎo)作用。

[1]張 欣，郝小健，李從心，岑 艷.并聯(lián)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(tǒng)典型瞬態(tài)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(shù)，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(jī)的選擇與仿真比較[J].汽車技術(shù)，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(xué)迅，張 靖.混合動力電動汽車再生制動系統(tǒng)的建模與仿真[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2005，（1）：25-26.