增程式電動車的發動機保養周期研究

袁海馬，于德政，付裕

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增程式電動車的發動機保養周期研究

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動機保養周期研究過程，通過分析增程式電動汽車中發動機的實際使用情況，計算合理的發動機保養周期，可以延長發動機及整車的使用壽命，節省用戶的保養費用。

增程器；電動車；發動機保養周期

前言

隨著汽車節能環保要求加嚴及汽車技術的發展，混合動力汽車得到迅速發展，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，整車控制系統根據實際行駛情況控制發動機和發電機組成的增程器發電，發動機僅作為后備動力源。

為了使車輛在良好狀態下運行，傳統汽車需進行周期性保養，發動機養護是其中重要一項，發動機在使用一定時間或是公里數后更換機油及機油濾清器。由于增程式混合動力汽車的發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動機保養周期，延長發動機及整車的使用壽命，還能節省保養費用，否則將適得其反。

1 發動機保養周期分析

1.1 研究目的

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

本文主要從整車開發目標分析、發動機臺架試驗、整車試驗三個方面展開。

1.2 車型開發目標分析

車輛技術參數是研究混合動力車型發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，最大續航里程等參數直接影響發動機保養周期的定義。

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，延長整車的續航里程。整車動力系統由增程器（小排量發動機+發電機）、動力電池組、驅動電機構成，系統主要構成見圖1。

圖1 動力系統構成圖

車輛的各項技術參數見表1，整車維護便利性要求與傳統車相當。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 整車技術參數表

1.3 發動機臺架試驗定義

發動機正常運轉過程中，機油在發動機內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，新機油加入到發動機中，隨著發動機的運轉使用，逐漸氧化變質。

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

針對增程式汽車中發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，定義特定的發動機臺架循環工況。搭建發動機臺架，開展臺架試驗研究。周期性監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）、發動機冷卻工況，具體發動機運轉循環工況見圖2。

圖2 發動機臺架循環工況

參照經驗，5W30A5B5機油在發動機上每運轉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、雜質含量等指標評估機油的壽命，為了增加樣本，發動機運轉200小時后更換機油，累計運轉至400小時。臺架性能數據及機油相關參數將用于后續整車試驗結果的對比分析。

1.4 定義發動機保養相關數據參數

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

2 整車試驗研究

2.1 試驗數據記錄

利用車輛進行試驗，研究分析車輛行車過程中發動機的運轉數據。發動機根據控制策略，間歇性工作，以便輸出電力供給電池充電，或供給電動機驅動車輛行駛。車輛使用工況、控制策略，均會影響發動機的使用率。

圖3 試驗天數與冷啟動次數關系

圖4 試驗天數與發動機運轉時間關系

圖5 試驗天數與行車里程關系

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據，提取發動機啟動及使用情況，進行數據的統計分析。連續記錄100天具有代表性的數據。具體數據有試驗天數與冷啟動次數關系（圖3），試驗天數與發動機運轉時間關系（圖4），試驗天數與試驗里程關系（圖5），試驗天數與累計試驗里程關系（圖6）。

圖6 試驗天數與累計行車試驗里程

2.2 試驗數據分析及保養周期計算

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

3 結論

本文通過研究發動機臺架試驗和整車試驗過程中的發動機保養參數，得出以下結論：

（1）混合動力車發動機保養需考慮發動機的使用率與冷啟動對發動機磨損的影響。

（2）合理的保養周期設定，可以保證發動機的潤滑效果，延長保養間隔，節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動機的各項參數的收集統計，為混合動力相關車型研究積累數據。

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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

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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及系統集成研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.08.008