關于混動車型怠速充電發動機異響影響因素的研究

黃寧寧　許河亮　崔凱　王博　李強　叢日振

摘 要：文章針對某插混耐久乘用車在怠速充電發動機異響影響因素展開研究，對導致怠速充電異響的原因進行分析，提出了優化電池充電MAP、優化點火角推角MAP兩項解決措施，通過單次、批量驗證措施有效，該方案可以解決怠速充電工況下發動機異響問題。

關鍵詞：怠速充電 混合動力 發動機異響 優化方法

1 引言

1.1 概述

2022年全球新能源汽車銷量達1125.8萬輛，同比增長達63.4%，中國是最大的市場。混合動力汽車作為其中重要組成部分，發展迅速。

混合動力汽車會配置兩個獨立的能量源，一個是發動機，另一個是動力電池，由于動力電池加電機能輔助配合發動機進行動力輸出，從而能使得發動機能持續地運行在高效率的工作區間內，因此，相比于傳統的燃油汽車，混動汽車燃油經濟性會表現的更好，相比于純電車型，混動汽車會有更高的續航里程。按照電池的大小以及電機的功能，混合動力分為四類：微混、輕混、強混及插電混合。

1.2 混合動力匹配特點

混動汽車在發動機應用匹配時，對比傳統燃油車型，在發動機扭矩與轉速應用范圍有較大區別。因此，在進行發動機匹配時，需要關注新增發動機應用區域的性能、NVH匹配和驗證。

在發動機匹配時，尤其需要對爆震問題重點關注。由于汽發動機自身因素和外部影響，在使用過程中容易產生爆震，爆震不僅會對發動機產生十分不利的影響，包括但不限于發動機性能惡化、對零部件造成疲勞沖擊等，還會伴隨金屬敲擊異響，給客戶造成非常不好的體驗。

1.3 發動機異響介紹

根據異響聲音產生的機理，異響主要分三類：第一類是指結構自身共振而產生的聲音；第二類是指由摩擦粘滑效應引起的異響；第三類是指一種由零部件間發生相對運動導致碰撞而引起的噪聲。

發動機的異響問題是一個比較復雜的問題，由于異響聲的特征和持續時間都沒有規律，動態特征和聲學原理也非常復雜，尤其是機體內部的敲擊異響，一般很難確定異響因素并解決異響問題；針對機體異響問題，需要根據問題特性，確定異響影響因素并進行逐一排查。一般發動機敲擊異響主要集中產生在曲柄連桿機構和配氣機構，其中曲柄連桿機構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；配氣機構異響主要包括缸蓋氣門異響，氣門挺柱異響，凸輪軸異響，正時鏈條導響等。

本文通過分析一款混動汽車異響影響因素，從發動機爆震產生的機理出發，結合促使爆震產生的影響因素，對怠速充電工況下發動機異響的影響因素進行分析總結，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

2.1 問題描述

某插混車型在開發時，停車發現車輛原地怠速充電發動機間歇性異響（疑似爆震），車輛無其他負載運行；冷車啟動至水溫穩定無異響，持續怠速，隨怠速時間增加，也會產生間歇性異響，怠速時，發動機的對應負載，如圖2，傳統燃油車型怠，怠速時，發動機的對應負載，如圖3。

2.2 原因查找

根據當前車輛以及發動機的狀態，橫向對比搭載同款發動機的車型，初步排除硬件問題導致的異響。

冷啟動車輛怠速，設置怠速充電，同時采集數據，發現爆震推角正常在正常范圍內；怠速工況無其他負載情況下，發動機輸出扭矩較其他混動車型偏大；進氣歧管溫度越高，異響越頻繁，聲音越明顯，如圖4。

3 原因分析

3.1 發動機怠速負荷與異響的關系

同款發動機搭載其他車型怠速至轉速穩定狀態，進氣歧管溫度60℃@1250rpm，無異響，采集數據顯示，P1充電功率3kw左右，P1扭矩30Nm左右（發動機輸出扭矩）；該車型基礎狀態下怠速至轉速穩定狀態，無異響，相同邊界條件下（進氣歧管溫度60℃@1250rpm），間歇性異響出現，此時發動機P1充電功率5kw左右，P1扭矩50Nm左右，遠大于無異常車型P1充電功率，數據如圖5，發動機噪聲近場噪數據，如圖6。

調整P1充電扭矩至3kw左右，此時P1扭矩30Nm（發動機輸出扭矩），如圖7，此時發動機近場數據，如圖8，噪聲明顯變弱，不易分辨。

調取該車型充電功率MAP對比發現，如圖9，怠速工況無其他負載條件下，P1電機允許最大充電功率3kw，車輛P1充電功率達到了5kw左右。

小結：怠速工況下發動機負載明顯增加，導致爆震異響；進一步分析后發現，標定軟件未對充電功率進行預設，導致發動機怠速充電時P1充電功率不跟隨MAP，優化標定數據后，異響消失，滿足要求。

若功率確實有需求，無法降低，結合經濟性及NVH，可以考慮優化點火角來抑制爆震，從而規避異響。

3.2 點火角與異響的關系

ECU控制的點火角是影響爆震的主要參數之一，為了獲得更優秀的動力性、經濟性，一般會將點火角進行提前，但是如果提前角過多，會導致缸內壓力增大，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混合氣發生自燃從而產生爆震。

在車輛異響狀態下采集發動機的近場數據，如圖10，歧管溫度60℃@1250rpm，噪聲間歇出現，噪聲頻率7500-13000Hz，容易分辨。

將點火角退3CA，采集發動機近場數據，如圖8，歧管溫度65℃@1250rpm，噪聲明顯變弱，不易分辨。

小結：從退點火角和基礎狀態的發動機近場噪聲可以看出，確實是由于輕微爆震導致發動機的異響，另外，怠速工況下進氣歧管溫度升高，也是引起發動機爆震的因素之一。

4 結語

（1）混動車型相比于傳統純燃油車型，發動機運行工況明顯差異；就怠速工況而言，傳統燃油車型只需要滿足低壓用電器的功率需求即可，而混動車型，尤其是插電混動車型，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動機的功率輸出，以此來匹配相關參數的設定值，使得發動機在該工況下實現最優的狀態。

（2）就插電混動車型，在怠速充電工況下，提出以下2點優化方法：

①發動機原地怠速，進氣歧管溫度升高會加大發動機爆震的傾向，優化點火角可明顯改善爆震，結合實際情況，對高進氣歧管溫度下的點火角進行優化，能有效抑制怠速爆震。

②發動機怠速工況下，過高的負載也會導致發動機爆震傾向加大，合理進行標定數據的優化，在滿足各項需求的前提下，盡量降低發動機怠速負載。

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