淺談增程式汽車發動機的機艙布置

王建秋　劉相喜　孫蕭　劉曉瑩　余偉

摘 要：近年來，隨著新能源汽車的發展與普及，越來越多的汽車制造商謀求從傳統動力到新能源的轉型。增程式汽車具有政策支持、工作原理簡單、技術門檻低等優勢，成為更多車企轉型或造車新勢力入門的首選之路。本文將從布置搭載維度對比傳統汽車與增程式汽車的發動機機艙布置區別，為傳統動力在電氣化轉型的路上提供些思考與探討。

關鍵詞：傳統動力 增程式汽車 轉型 機艙布置

1 前言

近年來，隨著新能源汽車的發展與普及，越來越多的汽車制造商謀求從傳統動力到新能源的轉型。理想ONE作為國內首款增程式SUV車型，一經上市，就引爆市場，更是吸引更多的汽車制造商投入對增程式電動車的研究。相較于唱衰傳統內燃機與鼓吹新能源的極端論調，部分車企選擇將增程式汽車作為二者的折中方案。同時由于政策支持、工作原理簡單、技術門檻低等優勢，增程式汽車更是被部分傳統車企及造車新勢力視為電氣化轉型路上的關鍵轉折點。

機艙布置作為汽車總體設計中的關鍵組成部分，是傳統動力到新能源轉型路上的重要一環。通過機艙布置實現內燃機在傳統汽車與增程式汽車的通用，進而降低開發難度，減少新零件開發成為布置搭載工程師的首要目標。本文將從布置搭載維度對比傳統汽車與增程式汽車的發動機機艙布置區別，為傳統動力在電氣化轉型的路上提供些思考與探討。

2 傳統汽車與增程式汽車機艙的區別

傳統汽車由內燃機輸出動力，通過傳動機構實現對車輛的驅動;電動汽車由高壓電池組提供能量，通過電機帶動傳動機構實現對車輛的驅動;而增程式汽車作為混動汽車的一種，是在純電動汽車的基礎上，增加內燃機給高壓電池充電，其具備兩套動力系統、一套驅動系統，因此大大提升了續航里程。

增程式汽車的發電機及驅動電機有串聯和并聯兩種布置形式。如寶馬i3某款動力配置采用雙電機串聯布置方案，曲軸直接驅動發電機，結構簡單、效率高。但因串聯布置軸向尺寸大，非常不利于機艙橫向布置，一般需要開發全新的發動機，對于轉型的傳統發動機及通用化布置的發動機并不適用。因此目前市場上大部分增程器采用的方案都是并聯式布置、高度集成化的三合一或多合一的電驅動系統。

采用多合一電驅系統的增程式汽車與傳統燃油車的機艙布局差異不大，如圖1、2所示。增程式汽車機艙布置較傳統燃油車的主要變更點為將變速器更換為多合一的電驅動系統，其包括驅動電機、發電機、控制器等。同時機艙內新增I-boost、高壓線束以及多套chiller管路。由于增程式汽車需在車身底盤布置高壓電池組，擠占排氣管路空間，因此需要將三元催化器、GPF布置在機艙內，這對發動機排氣側零部件的布置有著很高的要求。為壓縮發動機排氣側布置空間，各主機廠通常采用的技術方案是缸蓋與排氣歧管集成、渦輪增壓器上翻、三元催化器與GPF集成的緊耦合布置。

這樣很容易發現，如果傳統發動機的結構緊湊，具備良好的拓展性和兼容性，那么同一款發動機很容易就實現在增程式汽車的布置及應用。其新零件開發數量、開發難度、開發周期均占據較大優勢。目前各主機廠開發的混動專用發動機均具備結構緊湊、兼容性強、可模塊化跨平臺布置等優點。

部分增程器受限于發動機形式，也采用了“前排后進”的正置式布置方案，即將發動機排氣側朝向車輛行駛方向布置，能夠一定程度規避發動機排氣側噪音及熱害對前圍和駕駛室的影響。

3 布置原則

增程式汽車與傳統內燃機汽車的布置方法和布置通用原則相同。首先確定動力總成位置，再根據動力總成位置進行粗略布置并分析可行性，最后再逐步對機艙進行精細布置和優化[1]。如表1所示，列舉了當前市場上主流的5家整車廠對動力總成與主要周邊零件的布置要求。

高壓線束作為整車信號傳輸、供電、功能實現的重要零件在增程式汽車上應用的更加頻繁。由于其對碰撞安全、電磁干擾等有著極高的要求，需要制定額外的機艙檢查要求。其主要分布區域在驅動電機、電動壓縮機、DCDC、電機控制器、充電高壓線、高壓電池等零件附近。如表2所示，下述為某廠家高壓線束布置檢查要求。

4 布置難點

作為從傳統汽車到新能源汽車的轉型產品，增程式汽車往往需要考慮如何在最小改動下實現通用化布置。下述為機艙布置常遇見的一些難點。

1）增程式汽車為保證對高壓電池、電機控制器的冷卻，通常需要新增2～3套冷卻系統，導致相關的冷卻管路呈倍數的增加，在原有的空間內布置更多的管路，交錯縱橫，成為布置設計的難點之一[2]。

2）增程式汽車發動機排氣側需要布置增壓器、三元催化器、GPF，部分發動機還有LP-EGR等零件，同時要考慮與整車i-boost、chiller管路、機艙前圍、傳動軸等的布置間隙要求。如何實現發動機排氣側布置空間的壓縮成為增程式汽車機艙布置的巨大挑戰。

3）采用多合一電驅動系統的增程式汽車，其電機控制器通常布置在電機殼體上方，影響發動機與電驅動系統之間的間隙，這對于發動機后端零件布置有著較高布置要求。

4）增程式汽車新增許多高壓線束，對于熱害防護、碰撞安全、電磁干擾等都有較大影響，這成為機艙布置的又一難點。

5 其他

考慮到增程式汽車的應用環境，發動機大多運行在經濟油耗區，無苛刻運行工況，對于發動機的配置要求較低，同時結合增程式汽車新增的電氣化配置，對于傳統發動機轉型增程器的產品可考慮零件取消或減配，以降低開發成本。如表3所示，為某廠家列舉的可減配的零件清單。

6 結語

1）本文從機艙布置入手，詳細闡述了增程式汽車與傳統燃油車的機艙差異，介紹了增程式汽車機艙布置原則、布置難點，為增程式汽車的開發提供了思考與探討。

2）通過本文可知，傳統內燃機可通過適當的變更實現向增程器的轉型，進而提升產品的拓展性和兼容性，實現生命周期的延續。

參考文獻：

[1]崔文賓. 某平臺車型機艙布置研究[J]. 汽車實用技術，2020（22）：139-141.

[2]袁恒. 跨平臺混合動力車布置研究[J]. 企業科技與發展，2021（06）：36-38.