袁海馬，于德政，付裕

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增程式電動(dòng)車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)周期研究

袁海馬，于德政，付裕

（華晨汽車(chē)工程研究院動(dòng)力總成設(shè)計(jì)處，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

文章介紹了一款增程式電動(dòng)車(chē)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)周期研究過(guò)程，通過(guò)分析增程式電動(dòng)汽車(chē)中發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際使用情況，計(jì)算合理的發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)周期，可以延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)及整車(chē)的使用壽命，節(jié)省用戶的保養(yǎng)費(fèi)用。

增程器；電動(dòng)車(chē)；發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)周期

前言

隨著汽車(chē)節(jié)能環(huán)保要求加嚴(yán)及汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，混合動(dòng)力汽車(chē)得到迅速發(fā)展，增程式電動(dòng)車(chē)是其中一種類型，當(dāng)車(chē)輛電量充足或短途行駛時(shí)，完全由電池的電力驅(qū)動(dòng)整車(chē)行駛。當(dāng)電量不足或整車(chē)在混合動(dòng)力模式下運(yùn)行時(shí)，整車(chē)控制系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際行駛情況控制發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組成的增程器發(fā)電，發(fā)動(dòng)機(jī)僅作為后備動(dòng)力源。

為了使車(chē)輛在良好狀態(tài)下運(yùn)行，傳統(tǒng)汽車(chē)需進(jìn)行周期性保養(yǎng)，發(fā)動(dòng)機(jī)養(yǎng)護(hù)是其中重要一項(xiàng)，發(fā)動(dòng)機(jī)在使用一定時(shí)間或是公里數(shù)后更換機(jī)油及機(jī)油濾清器。由于增程式混合動(dòng)力汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)在車(chē)輛行駛過(guò)程中會(huì)按控制策略的需求啟動(dòng)、停機(jī)。其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和使用里程與整車(chē)的實(shí)際使用時(shí)間與里程不相同，因此需要計(jì)算合理的發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)周期，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)及整車(chē)的使用壽命，還能節(jié)省保養(yǎng)費(fèi)用，否則將適得其反。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)周期分析

1.1 研究目的

本文通過(guò)增程式混合動(dòng)力汽車(chē)中發(fā)動(dòng)機(jī)的使用情況研究分析，綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)次數(shù)、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、機(jī)油更換時(shí)間，以及發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架耐久試驗(yàn)結(jié)果等多方面因素，計(jì)算增程器發(fā)動(dòng)機(jī)的合理保養(yǎng)周期。

本文主要從整車(chē)開(kāi)發(fā)目標(biāo)分析、發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)、整車(chē)試驗(yàn)三個(gè)方面展開(kāi)。

1.2 車(chē)型開(kāi)發(fā)目標(biāo)分析

車(chē)輛技術(shù)參數(shù)是研究混合動(dòng)力車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)工作工況的輸入條件，特別是純電動(dòng)模式和混合動(dòng)力模式的使用比例、電池組的容量，最大續(xù)航里程等參數(shù)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)周期的定義。

本文研究車(chē)型定位為城市上下班通勤用車(chē)和家庭第二臺(tái)代步車(chē)。日常出行偏向于純電動(dòng)行駛，在長(zhǎng)距離行駛時(shí)才啟動(dòng)增程器，延長(zhǎng)整車(chē)的續(xù)航里程。整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)由增程器（小排量發(fā)動(dòng)機(jī)+發(fā)電機(jī)）、動(dòng)力電池組、驅(qū)動(dòng)電機(jī)構(gòu)成，系統(tǒng)主要構(gòu)成見(jiàn)圖1。

圖1 動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成圖

車(chē)輛的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1，整車(chē)維護(hù)便利性要求與傳統(tǒng)車(chē)相當(dāng)。綜合考慮機(jī)油的存貯期，初步定義5W30A5B5全合成機(jī)油為研究用機(jī)油。

表1 整車(chē)技術(shù)參數(shù)表

1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)定義

發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，機(jī)油在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)零部件表面形成油膜，保證摩擦副的正常潤(rùn)滑，保護(hù)零部件表面。但在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)過(guò)程中，機(jī)油溫度低、粘度大，建立可靠的油膜需要一定時(shí)間，因此發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)階段的磨損量占總磨損量的40%。另一方面，新機(jī)油加入到發(fā)動(dòng)機(jī)中，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)使用，逐漸氧化變質(zhì)。

由于機(jī)油的劣化過(guò)程與發(fā)動(dòng)機(jī)的使用相關(guān)聯(lián)，為了縮短評(píng)估周期，采用發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)來(lái)研究發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)次數(shù)及運(yùn)行時(shí)間與機(jī)油參數(shù)之間的關(guān)系。

針對(duì)增程式汽車(chē)中發(fā)動(dòng)機(jī)不定期啟動(dòng)使用的特點(diǎn)，以及增程器啟動(dòng)后電池充放電控制策略，定義特定的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架循環(huán)工況。搭建發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架，開(kāi)展臺(tái)架試驗(yàn)研究。周期性監(jiān)控試驗(yàn)過(guò)程中機(jī)油的各項(xiàng)指標(biāo)、分析機(jī)油中金屬元素含量，判斷機(jī)油的潤(rùn)滑效果。試驗(yàn)工況中包含冷啟動(dòng)、怠速、1600WOT（全負(fù)荷）、4000WOT（全負(fù)荷）、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻工況，具體發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)工況見(jiàn)圖2。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架循環(huán)工況

參照經(jīng)驗(yàn)，5W30A5B5機(jī)油在發(fā)動(dòng)機(jī)上每運(yùn)轉(zhuǎn)200小時(shí)需進(jìn)行更換。因此，本文試驗(yàn)過(guò)程中分別在試驗(yàn)50小時(shí)、100小時(shí)、150小時(shí)、200小時(shí)進(jìn)行機(jī)油取樣，通過(guò)機(jī)油的粘度、酸堿值、雜質(zhì)含量等指標(biāo)評(píng)估機(jī)油的壽命，為了增加樣本，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)200小時(shí)后更換機(jī)油，累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)至400小時(shí)。臺(tái)架性能數(shù)據(jù)及機(jī)油相關(guān)參數(shù)將用于后續(xù)整車(chē)試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析。

1.4 定義發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)

為了在整車(chē)上進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)相關(guān)參數(shù)記錄，定義相關(guān)參數(shù)。定義發(fā)動(dòng)機(jī)累計(jì)冷啟動(dòng)次數(shù)、保養(yǎng)周期冷啟動(dòng)次數(shù)、累計(jì)熱啟動(dòng)次數(shù)、保養(yǎng)周期熱啟動(dòng)次數(shù)，其中冷啟動(dòng)次數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損量有較強(qiáng)的相關(guān)性。定義發(fā)動(dòng)機(jī)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、保養(yǎng)周期運(yùn)行時(shí)間；定義機(jī)油更換時(shí)間。定義整車(chē)運(yùn)行里程, 累計(jì)運(yùn)行里程，保養(yǎng)周期運(yùn)行里程。

2 整車(chē)試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

利用車(chē)輛進(jìn)行試驗(yàn)，研究分析車(chē)輛行車(chē)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛。車(chē)輛使用工況、控制策略，均會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用率。

圖3 試驗(yàn)天數(shù)與冷啟動(dòng)次數(shù)關(guān)系

圖4 試驗(yàn)天數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間關(guān)系

圖5 試驗(yàn)天數(shù)與行車(chē)?yán)锍剃P(guān)系

本文模擬城市工作上下班通勤進(jìn)行研究。記錄整車(chē)行車(chē)過(guò)程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，提取發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)及使用情況，進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。連續(xù)記錄100天具有代表性的數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)有試驗(yàn)天數(shù)與冷啟動(dòng)次數(shù)關(guān)系（圖3），試驗(yàn)天數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間關(guān)系（圖4），試驗(yàn)天數(shù)與試驗(yàn)里程關(guān)系（圖5），試驗(yàn)天數(shù)與累計(jì)試驗(yàn)里程關(guān)系（圖6）。

圖6 試驗(yàn)天數(shù)與累計(jì)行車(chē)試驗(yàn)里程

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及保養(yǎng)周期計(jì)算

根據(jù)《中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)行駛里程分布規(guī)律》相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析推算，按每年用車(chē)200天計(jì)算，整車(chē)年行駛里程為1.2萬(wàn)公里，其中發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)180小時(shí)，冷啟動(dòng)550次。與臺(tái)架200小時(shí)更換機(jī)油的相關(guān)參數(shù)相比，其結(jié)果具有合理的安全系數(shù)，可以滿足要求。

3 結(jié)論

本文通過(guò)研究發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)和整車(chē)試驗(yàn)過(guò)程中的發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)參數(shù)，得出以下結(jié)論：

（1）混合動(dòng)力車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)保養(yǎng)需考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的使用率與冷啟動(dòng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)磨損的影響。

（2）合理的保養(yǎng)周期設(shè)定，可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑效果，延長(zhǎng)保養(yǎng)間隔，節(jié)省用戶的整車(chē)使用成本。

（3）由于研究限制，本文研究試驗(yàn)樣本和適用性存在一定局限性，研究方法可用于整車(chē)及發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)的收集統(tǒng)計(jì)，為混合動(dòng)力相關(guān)車(chē)型研究積累數(shù)據(jù)。

[1] 袁兆成,內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2008.7.

[2] 車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)低溫冷啟動(dòng)磨損研究[J].內(nèi)燃機(jī),中國(guó)內(nèi)燃機(jī)學(xué)會(huì),2002.3.

[3] 林秀麗,中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)行駛里程分布規(guī)律[J].環(huán)境科學(xué)研究,2009.3.

[4] 李興虎,潤(rùn)滑油粘度的影響因素分析,潤(rùn)滑油,2009.12.

[5] 中國(guó)石油,車(chē)用潤(rùn)滑油的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),中國(guó)石油潤(rùn)滑油公司,2014.5.

[6] 中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心,中國(guó)汽車(chē)工業(yè)年鑒:2002-2007.

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

A

1671-7988(2019)08-28-03

袁海馬，工程師，本科，就職于華晨汽車(chē)工程研究院動(dòng)力總成設(shè)計(jì)處，研究方向?yàn)槠蜋C(jī)開(kāi)發(fā)及系統(tǒng)集成研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.08.008