新能源汽车增程器 NVH 性能分析

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导读

新能源汽车增程器一般为增程专用高效发动机,发动机压缩比较高,燃烧速度较快｡文章分析了发动机燃烧性能对噪声､振动与声振粗糙度(NVH)性能的影响,最大燃烧峰值压力和较陡的压力升高率会引起振动和噪声的增加｡最大燃烧峰值压力接近6bar,声压最高达到0.16Pa,振动加速度最高在3m/s2左右｡最大燃烧峰值压力为4bar左右,声压最大值为0.06Pa,降低62.5%,振动加速度基本在1.5m/s2以内,降低50%｡

关键词：U469.7 文献标识码:A 文章编号:1671-7988(2023)07-26-04

作者：武彬

哈尔滨东安汽车动力股份有限公司，黑龙江哈尔滨

汽车产业是国民经济发展的战略性､支柱性产业,新能源汽车持续爆发式增长,逐步进入全面市场化发展时期｡增程式混动汽车在纯电动汽车的基础上加载增程器,从而大大延长了续航里程,但动力总成系统的增加导致前舱结构布置紧凑,整车噪声､振动与声振粗糙度(Noise,Vibration,Harshness,NVH)性能控制难度也相应地增大[1]｡

Mahle公司的研究认为NVH是REEV内燃机至关重要的设计因素[2],AVL公司研究认为增程式内燃机NVH最大的挑战是在内燃机低阶次下控制噪声和振动,排气和进气系统产生的噪声和内燃机质量不平衡产生的振动[3]｡同济大学GUOR等[4]对增程器NVH研究认为,主要的挑战是减少增程系统开启和关闭之间的噪声和振动差异｡目前主要研究是增程器硬件对NVH性能的影响,本文基于增程专用高效发动机,研究了发动机燃烧对增程器NVH性能的影响及通过优化发动机燃烧进而优化增程器NVH性能｡

01 增程专用高效发动机

东安动力M15NTDE(1.5TGDI)发动机为新能源汽车市场而专门开发,是当前国内结构紧凑的新能源专用高效发动机之一,如图1所示｡

M15NTDE 为一款增压直喷发动机,采用了深度米勒循环､高压缩比､高滚流进气道､全电控增压器､低压冷却废气再循环系统(Exhaust GasRecirculation, EGR)､350 bar 直喷系统､智控冷却润滑系统和全面减摩等先进技术;通过整机各系统全面协调优化,转速经济区进一步加大,可覆盖用户大部分常用工况,从而降低整车油耗｡通过结构设计､燃烧控制､冷却润滑等多维度调校,该款发动机更适配新能源汽车;而广泛应用轻量化材料和零部件集成化设计,使其最大程度地实现了紧凑化与轻量化｡同时,通过先进的技术配置及全面优化调校,M15NTDE 发动机的热效率达到 42%的国际领先水平,满足乘用车第五阶段油耗法规限值和国六 b(含实际行驶污染物排放(Real Drive Emission, RDE))排放标准,适用于中､大型新能源运动型多用途汽车(Sport UtilityVehicle, SUV),A/B 级新能源轿车,新能源皮卡等多种车型｡

02 增程器 NVH 性能分析

在发动机 NVH 半消声室中,通过在发动机上方布置麦克风及发动机缸体布置振动加速度传感器,对发动机振动噪声进行分析,如图 2 所示｡

首先,通过缸压传感器和燃烧分析仪测量M15NTDE 发动机燃烧情况,如图 3 所示｡从图中可以看到,各缸燃烧的峰值压力有一定差异,且部分缸燃烧峰值压力较高,最大燃烧峰值压力接近 6 bar｡

发动机噪声测量结果如图4所示,部分时间点声压较高,最高达到0.16Pa,且主观评价可以听到噪声｡图3与图2对比分析可以看到,在燃烧峰值压力较高时,对应噪声也较高｡较高的燃烧峰值压力和较陡的压力升高率是引起噪声的原因｡

发动机振动分析如图5所示,部分时间点振动加速度较高,最高在3m/s2左右,图5与图3对比分析可以看到,在燃烧峰值压力较高时,对应振动加速度也较高｡较高的燃烧峰值压力和较陡的压力升高率是引起振动的原因｡

在发动机飞轮后端布置位移传感器，分析每燃烧循环飞轮位移变化，如图6所示。燃烧压力变动对飞轮位移无影响。

03 增程器NVH性能对比分析

通过优化燃烧性能,使各缸燃烧的峰值压力一致,最大燃烧峰值压力为4bar左右,如图7所示｡相同转速下,发动机扭矩由优化前70.2Nm变为优化后69.7Nm,优化后对动力性基本无影响｡优化燃烧性能后,发动机噪声如图8所示,燃烧过程中,噪声无较大变化,最大值为0.06Pa,较优化前(图4)降低62.5%,且主观评价为无噪声｡

优化后,发动机振动如图9所示,燃烧过程中,振动无较大变化,基本在1.5m/s2以内,较优化前(图5)降低50%｡

优化后飞轮盘位移如图10所示，与优化前无较大差异。

04 结论

新能源汽车增程器一般为增程专用高效发动机,发动机压缩比较高,燃烧速度较快｡本文分析了发动机燃烧性能对NVH的影响,最大燃烧峰值压力和较陡的压力升高率会引起振动和噪声的增加｡最大燃烧峰值压力接近6bar,声压最高达到0.16Pa,振动加速度最高在3m/s2左右｡最大燃烧峰值压力为4bar左右,声压最大值为0.06Pa,降低62.5%,振动加速度基本在1.5m/s2以内,降低50%｡

【参考文献】

[1]王孟斌.汽车 NVH 性能开发关键技术与建议[J].汽车测试报告,2022(10):126-128.

[2] BASSETT M,THATCHER I,BISORDI A,et al. Designof a Dedicated Range Extender Engine[J].SAE Tech-nical Paper,2011(1):62-69.

[3]RUST A, GRAFBJ. NVH of Electric Vehicles withRange Extender[J].Braking Systems and NVH Consi-derations, 2010(4):43.

[4]GUOR,CAOCC, MiY. Experimental Research onPowertrain NVH of Range-extended Electric Vehicle[J].SAE Technical Paper,2015(1):43-45.

作者：武彬

作者单位：哈尔滨东安汽车动力股份有限公司，黑龙江哈尔滨

来源：汽车实用技术

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来源：汽车NVH云讲堂

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首次发布时间：2023-04-23

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1条评论

工蚁达

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1年前

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