黃寧寧　許河亮　崔凱　王博　李強(qiáng)　叢日振

摘 要：文章針對某插混耐久乘用車在怠速充電發(fā)動(dòng)機(jī)異響影響因素展開研究，對導(dǎo)致怠速充電異響的原因進(jìn)行分析，提出了優(yōu)化電池充電MAP、優(yōu)化點(diǎn)火角推角MAP兩項(xiàng)解決措施，通過單次、批量驗(yàn)證措施有效，該方案可以解決怠速充電工況下發(fā)動(dòng)機(jī)異響問題。

關(guān)鍵詞：怠速充電 混合動(dòng)力 發(fā)動(dòng)機(jī)異響 優(yōu)化方法

1 引言

1.1 概述

2022年全球新能源汽車銷量達(dá)1125.8萬輛，同比增長達(dá)63.4%，中國是最大的市場?；旌蟿?dòng)力汽車作為其中重要組成部分，發(fā)展迅速。

混合動(dòng)力汽車會(huì)配置兩個(gè)獨(dú)立的能量源，一個(gè)是發(fā)動(dòng)機(jī)，另一個(gè)是動(dòng)力電池，由于動(dòng)力電池加電機(jī)能輔助配合發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)力輸出，從而能使得發(fā)動(dòng)機(jī)能持續(xù)地運(yùn)行在高效率的工作區(qū)間內(nèi)，因此，相比于傳統(tǒng)的燃油汽車，混動(dòng)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性會(huì)表現(xiàn)的更好，相比于純電車型，混動(dòng)汽車會(huì)有更高的續(xù)航里程。按照電池的大小以及電機(jī)的功能，混合動(dòng)力分為四類：微混、輕混、強(qiáng)混及插電混合。

1.2 混合動(dòng)力匹配特點(diǎn)

混動(dòng)汽車在發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用匹配時(shí)，對比傳統(tǒng)燃油車型，在發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩與轉(zhuǎn)速應(yīng)用范圍有較大區(qū)別。因此，在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)匹配時(shí)，需要關(guān)注新增發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用區(qū)域的性能、NVH匹配和驗(yàn)證。

在發(fā)動(dòng)機(jī)匹配時(shí)，尤其需要對爆震問題重點(diǎn)關(guān)注。由于汽發(fā)動(dòng)機(jī)自身因素和外部影響，在使用過程中容易產(chǎn)生爆震，爆震不僅會(huì)對發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生十分不利的影響，包括但不限于發(fā)動(dòng)機(jī)性能惡化、對零部件造成疲勞沖擊等，還會(huì)伴隨金屬敲擊異響，給客戶造成非常不好的體驗(yàn)。

1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)異響介紹

根據(jù)異響聲音產(chǎn)生的機(jī)理，異響主要分三類：第一類是指結(jié)構(gòu)自身共振而產(chǎn)生的聲音；第二類是指由摩擦粘滑效應(yīng)引起的異響；第三類是指一種由零部件間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致碰撞而引起的噪聲。

發(fā)動(dòng)機(jī)的異響問題是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，由于異響聲的特征和持續(xù)時(shí)間都沒有規(guī)律，動(dòng)態(tài)特征和聲學(xué)原理也非常復(fù)雜，尤其是機(jī)體內(nèi)部的敲擊異響，一般很難確定異響因素并解決異響問題；針對機(jī)體異響問題，需要根據(jù)問題特性，確定異響影響因素并進(jìn)行逐一排查。一般發(fā)動(dòng)機(jī)敲擊異響主要集中產(chǎn)生在曲柄連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)，其中曲柄連桿機(jī)構(gòu)異響主要包括曲軸主軸瓦異響、連桿軸瓦異響、活塞銷異響、活塞敲缸響等；配氣機(jī)構(gòu)異響主要包括缸蓋氣門異響，氣門挺柱異響，凸輪軸異響，正時(shí)鏈條導(dǎo)響等。

本文通過分析一款混動(dòng)汽車異響影響因素，從發(fā)動(dòng)機(jī)爆震產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，結(jié)合促使爆震產(chǎn)生的影響因素，對怠速充電工況下發(fā)動(dòng)機(jī)異響的影響因素進(jìn)行分析總結(jié)，針對性的提出解決方案，為同類問題提供解決思路。

2 怠速充電異響影響因素確認(rèn)

2.1 問題描述

某插混車型在開發(fā)時(shí)，停車發(fā)現(xiàn)車輛原地怠速充電發(fā)動(dòng)機(jī)間歇性異響（疑似爆震），車輛無其他負(fù)載運(yùn)行；冷車啟動(dòng)至水溫穩(wěn)定無異響，持續(xù)怠速，隨怠速時(shí)間增加，也會(huì)產(chǎn)生間歇性異響，怠速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的對應(yīng)負(fù)載，如圖2，傳統(tǒng)燃油車型怠，怠速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的對應(yīng)負(fù)載，如圖3。

2.2 原因查找

根據(jù)當(dāng)前車輛以及發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)，橫向?qū)Ρ却钶d同款發(fā)動(dòng)機(jī)的車型，初步排除硬件問題導(dǎo)致的異響。

冷啟動(dòng)車輛怠速，設(shè)置怠速充電，同時(shí)采集數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)爆震推角正常在正常范圍內(nèi)；怠速工況無其他負(fù)載情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩較其他混動(dòng)車型偏大；進(jìn)氣歧管溫度越高，異響越頻繁，聲音越明顯，如圖4。

3 原因分析

3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速負(fù)荷與異響的關(guān)系

同款發(fā)動(dòng)機(jī)搭載其他車型怠速至轉(zhuǎn)速穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)氣歧管溫度60℃@1250rpm，無異響，采集數(shù)據(jù)顯示，P1充電功率3kw左右，P1扭矩30Nm左右（發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩）；該車型基礎(chǔ)狀態(tài)下怠速至轉(zhuǎn)速穩(wěn)定狀態(tài)，無異響，相同邊界條件下（進(jìn)氣歧管溫度60℃@1250rpm），間歇性異響出現(xiàn)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)P1充電功率5kw左右，P1扭矩50Nm左右，遠(yuǎn)大于無異常車型P1充電功率，數(shù)據(jù)如圖5，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲近場噪數(shù)據(jù)，如圖6。

調(diào)整P1充電扭矩至3kw左右，此時(shí)P1扭矩30Nm（發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩），如圖7，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)近場數(shù)據(jù)，如圖8，噪聲明顯變?nèi)酰灰追直妗?/p>

調(diào)取該車型充電功率MAP對比發(fā)現(xiàn)，如圖9，怠速工況無其他負(fù)載條件下，P1電機(jī)允許最大充電功率3kw，車輛P1充電功率達(dá)到了5kw左右。

小結(jié)：怠速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載明顯增加，導(dǎo)致爆震異響；進(jìn)一步分析后發(fā)現(xiàn)，標(biāo)定軟件未對充電功率進(jìn)行預(yù)設(shè)，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)怠速充電時(shí)P1充電功率不跟隨MAP，優(yōu)化標(biāo)定數(shù)據(jù)后，異響消失，滿足要求。

若功率確實(shí)有需求，無法降低，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性及NVH，可以考慮優(yōu)化點(diǎn)火角來抑制爆震，從而規(guī)避異響。

3.2 點(diǎn)火角與異響的關(guān)系

ECU控制的點(diǎn)火角是影響爆震的主要參數(shù)之一，為了獲得更優(yōu)秀的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性，一般會(huì)將點(diǎn)火角進(jìn)行提前，但是如果提前角過多，會(huì)導(dǎo)致缸內(nèi)壓力增大，在壓縮行程中混合氣就承受極大的壓力，這種條件下容易引發(fā)混合氣發(fā)生自燃從而產(chǎn)生爆震。

在車輛異響狀態(tài)下采集發(fā)動(dòng)機(jī)的近場數(shù)據(jù)，如圖10，歧管溫度60℃@1250rpm，噪聲間歇出現(xiàn)，噪聲頻率7500-13000Hz，容易分辨。

將點(diǎn)火角退3CA，采集發(fā)動(dòng)機(jī)近場數(shù)據(jù)，如圖8，歧管溫度65℃@1250rpm，噪聲明顯變?nèi)?，不易分辨?/p>

小結(jié)：從退點(diǎn)火角和基礎(chǔ)狀態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)近場噪聲可以看出，確實(shí)是由于輕微爆震導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的異響，另外，怠速工況下進(jìn)氣歧管溫度升高，也是引起發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的因素之一。

4 結(jié)語

（1）混動(dòng)車型相比于傳統(tǒng)純?nèi)加蛙囆?，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況明顯差異；就怠速工況而言，傳統(tǒng)燃油車型只需要滿足低壓用電器的功率需求即可，而混動(dòng)車型，尤其是插電混動(dòng)車型，還需要考慮怠速充電工況，即在滿足低壓用電器的功率需求以外，還需要滿足電池的充電功率需求，因此，需綜合考慮怠速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出，以此來匹配相關(guān)參數(shù)的設(shè)定值，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在該工況下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的狀態(tài)。

（2）就插電混動(dòng)車型，在怠速充電工況下，提出以下2點(diǎn)優(yōu)化方法：

①發(fā)動(dòng)機(jī)原地怠速，進(jìn)氣歧管溫度升高會(huì)加大發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的傾向，優(yōu)化點(diǎn)火角可明顯改善爆震，結(jié)合實(shí)際情況，對高進(jìn)氣歧管溫度下的點(diǎn)火角進(jìn)行優(yōu)化，能有效抑制怠速爆震。

②發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下，過高的負(fù)載也會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)爆震傾向加大，合理進(jìn)行標(biāo)定數(shù)據(jù)的優(yōu)化，在滿足各項(xiàng)需求的前提下，盡量降低發(fā)動(dòng)機(jī)怠速負(fù)載。

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