新能源混合动力发动机试验中的常见问题分析

黄良学

（上海华普汽车有限公司，上海201501）

据统计，在80%以上的道路条件下，当前普遍使用的燃油发动机汽车仅能利用动力潜能的40%，在市区还会更低，而且排放大量污染环境的废气。20世纪90年代以来，随着能源短缺在全世界的蔓延和各国对环境保护呼声的日渐高涨，各种类型的电动汽车脱颖而出。但是由于电池技术的研究迟迟不能取得突破性的进展，电池的能量密度远未达到目前汽油的水平。在可以预见的将来，电动汽车还无法完全取代燃油发动机汽车。为此，人们将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，开发了混合动力发动机汽车（Hybrid-Electric Vehicle）。此汽车既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、噪声低的好处，还可以将汽车的热效率可提高10%以上，废气排放大幅降低。新能源混合动力发动机的开发，因而成为混合动力汽车开发的核心，分析其试验中的常见问题，对进一步提高混合动力发动机的热效率具有重要意义。

1 混合动力发动机的分类

按照能量合成的形式，混合动力发动机可以分为串联式、并联式和混联式3种。

串联式动力由发动机、发电机和电动机3部分动力组成，一边通过发动机发电，一边通过电动机驱动车轮，发动机和电动机以串联的方式，几乎发挥同等作用。负荷小时，由电池驱动电动机带动车轮转动；负荷大时，则由发动机带动发电机发电驱动电动机。

并联式装置的发动机和电动机，以机械能叠加的方式驱动汽车。发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩。根据不同的驾驶状态，可以平行地使用两种动力。一般情况下，发动机为主动力，电动机为辅助动力，只在加速时使用。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，因此该装置更接近传统的汽车驱动系统，得到比较广泛的应用。

混联式有效地组合了串联式和并联式，使两者的优势发挥到极致。发动机的动力由动力分割机构分割，一部分直接驱动车轮，另一部分被用于发电，其使用比例可自由控制。产生的电能用于驱动电动机，电动机的使用比例比并联式更大。

2 发动机试验中的常见问题

进入21世纪以来，我国发动机测试技术全面快速发展，尤其是针对新能源混合动力发动机的发展，在测试技术的应用研究和新的测试仪器设备的开发方面，都取得了显著的进展。混合动力发动机试验的主要目的，是研究配气相位、进排气系统、压缩比对发动机性能的影响，从而得到适合混合动力汽车的专用发动机的最有配气相位、进排气系统及压缩比方案，提出相应设计方案，并根据设计方案对原发动机进行改进。与国外先进水平相比，在混合动力发动机的试样方面，仍有较大差距，主要存在于以下方面：

2.1 测试装备的技术水平有待提高

受制于原材料和生产工艺，我国混合动力发动机测试的专用设备的生产水平还不够高，品种不全，配套能力差。不少高水平的传感器严重依赖于进口。应加强基础测试技术和器件的研制开发，特别要注意研制开发高精度的一次仪表（传感器或变送器），因为现在许多测试系统的精度主要是受到传感器精度的限制。

测功器是发动机测试技术的最基本设备。虽然我国不少的企业从事这方面的生产，但大功率水力、电涡流、交流测功器在国内市场上仍是空缺。自动化试验台及控制系统功能上能够满足要求，但可靠性差，系统精度低，亟待提高。以激光为代表的光学技术，虽然在发动机测试技术领域己得到广泛的应用，但仪器、设备的关键部件仍依赖进口。大型瞬态排放分析系统国内尚不能生产。

自行开发能力不足。近年来，由于引进国外先进测试设备的生产技术，使我国发动机专用测试设备生产的技术水平与国外先进水平的差距有所缩短；但进一步自行研制开发的能力明显不足，仍未完全摆脱引进—提高—再引进—再提高的框架。应加强对引进技术的消化吸收，进行二次开发，扩大应用范围。要充分利用引进技术和设备，加强科研院所、高等院校与专业生产厂家的合作，集中优势力量对我国发动机测试领域中迫切需要解决的难题进行联合攻关。根据国情，研制开发出具有中国特色的高精产品。在注意国产测试仪器、仪表的设备性能和功能开发的同时，要特别重视可靠性的保障，要从设计、试制、工艺、生产、售后服务等环节严格把关，形成一套国产化的可靠性把关标准，只有这样才能提高国产化仪表设备的信誉和市场竞争能力。

2.2 测试方法、标准需要补充完善

我国发动机试验领域的标准内容和水平，还局限于发动机产品常规性能测试评价。针对新型混合动力发动机的开发验证、技术匹配、技术参数的子项指标精确评定等，还没有专用的标准规范，如目前较流行的NVH、燃烧特性、适于中国特定工况模拟等。

2.3 测试条件控制要求与试验数据修正方法尚需研究确定

由于发动机试验包括发动机新产品研发验证、批量产品生产质量监控测试、产品质量问题分析与改进试验、节能产品质量评价及其性能比对测试、科研成果实际验证、发动机原理教学演示等多种类型，而常规的试验要求，是一个较宽泛的条件限定，因而针对不同的试验目的，应明确出具体的试验条件控制要求、测试结果准确表达方式、数据修正方法等。

3 混合动力发动机试验的影响因素

混合动力发动机试验时，需要监控的参数较多，需检测并记录转速、功率、扭矩、油耗、空燃比、排温（催化器前）、排气压力、进出水及机油温度压力、进气温度压力、空气流量、点火提前角、机械效率、排放以及瞬时参数，试验方案较普通发动机更为复杂。我国的混合动力发动机开发，尚处于研究初期，发动机试验还处于刚刚起步阶段，很多标准程序还没有完全建立。国外在这方面的研究，也是随着各种测试手段的不断发展才刚刚发展起来，很多方面也不完善。尤其是燃油喷雾、电力转换、耦合等方面需进一步完善。影响发动机试验的因素较多，主要有人为因素、设备测量误差、使用的油料不均匀以及环境变化等。

4 结束语

根据新能源混合动力发动机发展的特点和趋势，本文介绍了国内外混合动力发动机测试技术的现状与发展、发动机试验项目、方法及配套设施现状，讨论了国内常规发动机试验台架及测功机产品，主要总结了发动机性能试验中常见问题并对试验中影响因素进行了全面分析。希望对促进相关领域的研究起到积极的引导作用。

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