袁海馬，于德政，付裕

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增程式電動車的發(fā)動機保養(yǎng)周期研究

袁海馬，于德政，付裕

（華晨汽車工程研究院動力總成設計處，遼寧 沈陽 110141）

文章介紹了一款增程式電動車的汽油發(fā)動機保養(yǎng)周期研究過程，通過分析增程式電動汽車中發(fā)動機的實際使用情況，計算合理的發(fā)動機保養(yǎng)周期，可以延長發(fā)動機及整車的使用壽命，節(jié)省用戶的保養(yǎng)費用。

增程器；電動車；發(fā)動機保養(yǎng)周期

前言

隨著汽車節(jié)能環(huán)保要求加嚴及汽車技術的發(fā)展，混合動力汽車得到迅速發(fā)展，增程式電動車是其中一種類型，當車輛電量充足或短途行駛時，完全由電池的電力驅(qū)動整車行駛。當電量不足或整車在混合動力模式下運行時，整車控制系統(tǒng)根據(jù)實際行駛情況控制發(fā)動機和發(fā)電機組成的增程器發(fā)電，發(fā)動機僅作為后備動力源。

為了使車輛在良好狀態(tài)下運行，傳統(tǒng)汽車需進行周期性保養(yǎng)，發(fā)動機養(yǎng)護是其中重要一項，發(fā)動機在使用一定時間或是公里數(shù)后更換機油及機油濾清器。由于增程式混合動力汽車的發(fā)動機在車輛行駛過程中會按控制策略的需求啟動、停機。其運轉(zhuǎn)時間和使用里程與整車的實際使用時間與里程不相同，因此需要計算合理的發(fā)動機保養(yǎng)周期，延長發(fā)動機及整車的使用壽命，還能節(jié)省保養(yǎng)費用，否則將適得其反。

1 發(fā)動機保養(yǎng)周期分析

1.1 研究目的

本文通過增程式混合動力汽車中發(fā)動機的使用情況研究分析，綜合考慮發(fā)動機啟動次數(shù)、累計運行時間、機油更換時間，以及發(fā)動機的臺架耐久試驗結(jié)果等多方面因素，計算增程器發(fā)動機的合理保養(yǎng)周期。

本文主要從整車開發(fā)目標分析、發(fā)動機臺架試驗、整車試驗三個方面展開。

1.2 車型開發(fā)目標分析

車輛技術參數(shù)是研究混合動力車型發(fā)動機工作工況的輸入條件，特別是純電動模式和混合動力模式的使用比例、電池組的容量，最大續(xù)航里程等參數(shù)直接影響發(fā)動機保養(yǎng)周期的定義。

本文研究車型定位為城市上下班通勤用車和家庭第二臺代步車。日常出行偏向于純電動行駛，在長距離行駛時才啟動增程器，延長整車的續(xù)航里程。整車動力系統(tǒng)由增程器（小排量發(fā)動機+發(fā)電機）、動力電池組、驅(qū)動電機構成，系統(tǒng)主要構成見圖1。

圖1 動力系統(tǒng)構成圖

車輛的各項技術參數(shù)見表1，整車維護便利性要求與傳統(tǒng)車相當。綜合考慮機油的存貯期，初步定義5W30A5B5全合成機油為研究用機油。

表1 整車技術參數(shù)表

1.3 發(fā)動機臺架試驗定義

發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)過程中，機油在發(fā)動機內(nèi)部運動零部件表面形成油膜，保證摩擦副的正常潤滑，保護零部件表面。但在發(fā)動機冷啟動過程中，機油溫度低、粘度大，建立可靠的油膜需要一定時間，因此發(fā)動機冷啟動階段的磨損量占總磨損量的40%。另一方面，新機油加入到發(fā)動機中，隨著發(fā)動機的運轉(zhuǎn)使用，逐漸氧化變質(zhì)。

由于機油的劣化過程與發(fā)動機的使用相關聯(lián)，為了縮短評估周期，采用發(fā)動機臺架試驗來研究發(fā)動機啟動次數(shù)及運行時間與機油參數(shù)之間的關系。

針對增程式汽車中發(fā)動機不定期啟動使用的特點，以及增程器啟動后電池充放電控制策略，定義特定的發(fā)動機臺架循環(huán)工況。搭建發(fā)動機臺架，開展臺架試驗研究。周期性監(jiān)控試驗過程中機油的各項指標、分析機油中金屬元素含量，判斷機油的潤滑效果。試驗工況中包含冷啟動、怠速、1600WOT（全負荷）、4000WOT（全負荷）、發(fā)動機冷卻工況，具體發(fā)動機運轉(zhuǎn)循環(huán)工況見圖2。

圖2 發(fā)動機臺架循環(huán)工況

參照經(jīng)驗，5W30A5B5機油在發(fā)動機上每運轉(zhuǎn)200小時需進行更換。因此，本文試驗過程中分別在試驗50小時、100小時、150小時、200小時進行機油取樣，通過機油的粘度、酸堿值、雜質(zhì)含量等指標評估機油的壽命，為了增加樣本，發(fā)動機運轉(zhuǎn)200小時后更換機油，累計運轉(zhuǎn)至400小時。臺架性能數(shù)據(jù)及機油相關參數(shù)將用于后續(xù)整車試驗結(jié)果的對比分析。

1.4 定義發(fā)動機保養(yǎng)相關數(shù)據(jù)參數(shù)

為了在整車上進行發(fā)動機保養(yǎng)相關參數(shù)記錄，定義相關參數(shù)。定義發(fā)動機累計冷啟動次數(shù)、保養(yǎng)周期冷啟動次數(shù)、累計熱啟動次數(shù)、保養(yǎng)周期熱啟動次數(shù)，其中冷啟動次數(shù)與發(fā)動機的磨損量有較強的相關性。定義發(fā)動機累計運行時間、保養(yǎng)周期運行時間；定義機油更換時間。定義整車運行里程, 累計運行里程，保養(yǎng)周期運行里程。

2 整車試驗研究

2.1 試驗數(shù)據(jù)記錄

利用車輛進行試驗，研究分析車輛行車過程中發(fā)動機的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。發(fā)動機根據(jù)控制策略，間歇性工作，以便輸出電力供給電池充電，或供給電動機驅(qū)動車輛行駛。車輛使用工況、控制策略，均會影響發(fā)動機的使用率。

圖3 試驗天數(shù)與冷啟動次數(shù)關系

圖4 試驗天數(shù)與發(fā)動機運轉(zhuǎn)時間關系

圖5 試驗天數(shù)與行車里程關系

本文模擬城市工作上下班通勤進行研究。記錄整車行車過程的各項數(shù)據(jù)，提取發(fā)動機啟動及使用情況，進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。連續(xù)記錄100天具有代表性的數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)有試驗天數(shù)與冷啟動次數(shù)關系（圖3），試驗天數(shù)與發(fā)動機運轉(zhuǎn)時間關系（圖4），試驗天數(shù)與試驗里程關系（圖5），試驗天數(shù)與累計試驗里程關系（圖6）。

圖6 試驗天數(shù)與累計行車試驗里程

2.2 試驗數(shù)據(jù)分析及保養(yǎng)周期計算

根據(jù)《中國機動車行駛里程分布規(guī)律》相關統(tǒng)計分析推算，按每年用車200天計算，整車年行駛里程為1.2萬公里，其中發(fā)動機運轉(zhuǎn)180小時，冷啟動550次。與臺架200小時更換機油的相關參數(shù)相比，其結(jié)果具有合理的安全系數(shù)，可以滿足要求。

3 結(jié)論

本文通過研究發(fā)動機臺架試驗和整車試驗過程中的發(fā)動機保養(yǎng)參數(shù)，得出以下結(jié)論：

（1）混合動力車發(fā)動機保養(yǎng)需考慮發(fā)動機的使用率與冷啟動對發(fā)動機磨損的影響。

（2）合理的保養(yǎng)周期設定，可以保證發(fā)動機的潤滑效果，延長保養(yǎng)間隔，節(jié)省用戶的整車使用成本。

（3）由于研究限制，本文研究試驗樣本和適用性存在一定局限性，研究方法可用于整車及發(fā)動機的各項參數(shù)的收集統(tǒng)計，為混合動力相關車型研究積累數(shù)據(jù)。

[1] 袁兆成,內(nèi)燃機設計[M].機械工業(yè)出版社,2008.7.

[2] 車用發(fā)動機低溫冷啟動磨損研究[J].內(nèi)燃機,中國內(nèi)燃機學會,2002.3.

[3] 林秀麗,中國機動車行駛里程分布規(guī)律[J].環(huán)境科學研究,2009.3.

[4] 李興虎,潤滑油粘度的影響因素分析,潤滑油,2009.12.

[5] 中國石油,車用潤滑油的技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,中國石油潤滑油公司,2014.5.

[6] 中國汽車技術研究中心,中國汽車工業(yè)年鑒:2002-2007.

Research on Engine Maintenance Interval for range-extender electric Vehicle

Yuan Haima, Yu Dezheng, Fu Yu

（Brilliance Automobile Engineering Research Institute, Powertrain Design Section, Liaoning Shenyang 110141）

This article presents a study of the maintenance interval of a gasoline engine for range-extender electirc vehicles. Based on the actual use of the engine in an extended-range electric vehicle, a reasonable engine maintenance interval is calculated to extend the service life of the engine and the vehicle and save the user's maintenance cost.

range-extender; electric vehicle; engine maintenance interval

U469.7

A

1671-7988(2019)08-28-03

U469.7

A

1671-7988(2019)08-28-03

袁海馬，工程師，本科，就職于華晨汽車工程研究院動力總成設計處，研究方向為汽油機開發(fā)及系統(tǒng)集成研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.08.008