关于混动车型怠速充电发动机异响影响因素的研究

黄宁宁　许河亮　崔凯　王博　李强　丛日振

摘 要：文章针对某插混耐久乘用车在怠速充电发动机异响影响因素展开研究，对导致怠速充电异响的原因进行分析，提出了优化电池充电MAP、优化点火角推角MAP两项解决措施，通过单次、批量验证措施有效，该方案可以解决怠速充电工况下发动机异响问题。

关键词：怠速充电 混合动力 发动机异响 优化方法

1 引言

1.1 概述

2022年全球新能源汽车销量达1125.8万辆，同比增长达63.4%，中国是最大的市场。混合动力汽车作为其中重要组成部分，发展迅速。

混合动力汽车会配置两个独立的能量源，一个是发动机，另一个是动力电池，由于动力电池加电机能辅助配合发动机进行动力输出，从而能使得发动机能持续地运行在高效率的工作区间内，因此，相比于传统的燃油汽车，混动汽车燃油经济性会表現的更好，相比于纯电车型，混动汽车会有更高的续航里程。按照电池的大小以及电机的功能，混合动力分为四类：微混、轻混、强混及插电混合。

1.2 混合动力匹配特点

混动汽车在发动机应用匹配时，对比传统燃油车型，在发动机扭矩与转速应用范围有较大区别。因此，在进行发动机匹配时，需要关注新增发动机应用区域的性能、NVH匹配和验证。

在发动机匹配时，尤其需要对爆震问题重点关注。由于汽发动机自身因素和外部影响，在使用过程中容易产生爆震，爆震不仅会对发动机产生十分不利的影响，包括但不限于发动机性能恶化、对零部件造成疲劳冲击等，还会伴随金属敲击异响，给客户造成非常不好的体验。

1.3 发动机异响介绍

根据异响声音产生的机理，异响主要分三类：第一类是指结构自身共振而产生的声音；第二类是指由摩擦粘滑效应引起的异响；第三类是指一种由零部件间发生相对运动导致碰撞而引起的噪声。

发动机的异响问题是一个比较复杂的问题，由于异响声的特征和持续时间都没有规律，动态特征和声学原理也非常复杂，尤其是机体内部的敲击异响，一般很难确定异响因素并解决异响问题；针对机体异响问题，需要根据问题特性，确定异响影响因素并进行逐一排查。一般发动机敲击异响主要集中产生在曲柄连杆机构和配气机构，其中曲柄连杆机构异响主要包括曲轴主轴瓦异响、连杆轴瓦异响、活塞销异响、活塞敲缸响等；配气机构异响主要包括缸盖气门异响，气门挺柱异响，凸轮轴异响，正时链条导响等。

本文通过分析一款混动汽车异响影响因素，从发动机爆震产生的机理出发，结合促使爆震产生的影响因素，对怠速充电工况下发动机异响的影响因素进行分析总结，针对性的提出解决方案，为同类问题提供解决思路。

2 怠速充电异响影响因素确认

2.1 问题描述

某插混车型在开发时，停车发现车辆原地怠速充电发动机间歇性异响（疑似爆震），车辆无其他负载运行；冷车启动至水温稳定无异响，持续怠速，随怠速时间增加，也会产生间歇性异响，怠速时，发动机的对应负载，如图2，传统燃油车型怠，怠速时，发动机的对应负载，如图3。

2.2 原因查找

根据当前车辆以及发动机的状态，横向对比搭载同款发动机的车型，初步排除硬件问题导致的异响。

冷启动车辆怠速，设置怠速充电，同时采集数据，发现爆震推角正常在正常范围内；怠速工况无其他负载情况下，发动机输出扭矩较其他混动车型偏大；进气歧管温度越高，异响越频繁，声音越明显，如图4。

3 原因分析

3.1 发动机怠速负荷与异响的关系

同款发动机搭载其他车型怠速至转速稳定状态，进气歧管温度60℃@1250rpm，无异响，采集数据显示，P1充电功率3kw左右，P1扭矩30Nm左右（发动机输出扭矩）；该车型基础状态下怠速至转速稳定状态，无异响，相同边界条件下（进气歧管温度60℃@1250rpm），间歇性异响出现，此时发动机P1充电功率5kw左右，P1扭矩50Nm左右，远大于无异常车型P1充电功率，数据如图5，发动机噪声近场噪数据，如图6。

调整P1充电扭矩至3kw左右，此时P1扭矩30Nm（发动机输出扭矩），如图7，此时发动机近场数据，如图8，噪声明显变弱，不易分辨。

调取该车型充电功率MAP对比发现，如图9，怠速工况无其他负载条件下，P1电机允许最大充电功率3kw，车辆P1充电功率达到了5kw左右。

小结：怠速工况下发动机负载明显增加，导致爆震异响；进一步分析后发现，标定软件未对充电功率进行预设，导致发动机怠速充电时P1充电功率不跟随MAP，优化标定数据后，异响消失，满足要求。

若功率确实有需求，无法降低，结合经济性及NVH，可以考虑优化点火角来抑制爆震，从而规避异响。

3.2 点火角与异响的关系

ECU控制的点火角是影响爆震的主要参数之一，为了获得更优秀的动力性、经济性，一般会将点火角进行提前，但是如果提前角过多，会导致缸内压力增大，在压缩行程中混合气就承受极大的压力，这种条件下容易引发混合气发生自燃从而产生爆震。

在车辆异响状态下采集发动机的近场数据，如图10，歧管温度60℃@1250rpm，噪声间歇出现，噪声频率7500-13000Hz，容易分辨。

将点火角退3CA，采集发动机近场数据，如图8，歧管温度65℃@1250rpm，噪声明显变弱，不易分辨。

小结：从退点火角和基础状态的发动机近场噪声可以看出，确实是由于轻微爆震导致发动机的异响，另外，怠速工况下进气歧管温度升高，也是引起发动机爆震的因素之一。

4 结语

（1）混动车型相比于传统纯燃油车型，发动机运行工况明显差异；就怠速工况而言，传统燃油车型只需要满足低压用电器的功率需求即可，而混动车型，尤其是插电混动车型，还需要考虑怠速充电工况，即在满足低压用电器的功率需求以外，还需要满足电池的充电功率需求，因此，需综合考虑怠速工况下发动机的功率输出，以此来匹配相关参数的设定值，使得发动机在该工况下实现最优的状态。

（2）就插电混动车型，在怠速充电工况下，提出以下2点优化方法：

①发动机原地怠速，进气歧管温度升高会加大发动机爆震的倾向，优化点火角可明显改善爆震，结合实际情况，对高进气歧管温度下的点火角进行优化，能有效抑制怠速爆震。

②发动机怠速工况下，过高的负载也会导致发动机爆震倾向加大，合理进行标定数据的优化，在满足各项需求的前提下，尽量降低发动机怠速负载。

参考文献：

[1]张少华，魏淼若，陶诗奇，单晓荣，田生虎，刘国庆，王瑞平.直喷增压发动机爆震的研究[J].内燃机，2018，（01）：23-26.

[2]刘少飞，于潇，陈杰.基于模型的GDI增压发动机爆震控制系统设计[J].汽车技术，2015，（11）：15-18+43.

[3]熊家秦，汽油机主要运行参数对爆震影响的研究（学位论文）广东工业大学2013.

[4]唐甸鑫.汽车汽油机爆震与其控制系统设计探讨[J].汽车实用技术，2017，（04）：34-37.

[5]郭伟.汽车发动机噪声及控制的分析研究[J].科技风，2017，（12）：144-145.

[6]吴梅林，吴天元，刘志宏，雷洪钧.混合动力汽车产业发展现状及趋势[J].汽车实用技术，2022，47（03）：191-195.

[7]王刚，赵凤君，宋建龙，胡伟兴.某款Ⅴ型六缸发动机缸内异响问题诊断与优化[J].汽车实用技术，2023，48（11）：154-158.