电量保持阶段增程器的排放与工作特性的试验研究

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2021.05.004

摘要/Abstract

摘要：

利用转鼓试验台测试了某款处于电量保持阶段的增程式混合动力汽车在WLTC循环下的排放特性和排气温度、转速、负荷、冷却水温度与机油温度等特性参数的变化。结果表明：与传统发动机相比，该增程器暖机速度和机油温升明显偏快；增程器启动以及负荷和速度骤变时，气体排放物会明显增多；增程器的首次启动和后续重启会恶化PN排放，且颗粒物粒径呈现核态向积聚态变化的特点；在车辆减速断油工况下，增程器会产生高浓度颗粒物，其浓度比启动时高一个数量级；启动和减速时的颗粒物排放恶化与机油温度和增程器热状态密切相关；在WLTC循环下，该款增程器工作转速主要集中在低转速区域（2 250~2 400 r/min），而负荷则相对集中在40%~60%和90%~100%范围；增程器转速和负荷呈现出随车速（中速、高速和超高速阶段）而变的有一定规律性的运行轨迹。

关键词: 增程式混合动力汽车, 电量保持, 排放, 工作特性

Abstract:

The changes of emission characteristics and operation parameters including exhaust temperature， rotational speed， load， coolant temperature and oil temperature of a range?extended hybrid electric vehicle under the charge sustaining mode are tested over the WLTC cycle on a chassis dynamometer. The results show that the warm up and the oil temperature rise of range extender are much faster than those in traditional engine. In the conditions of start and abrupt change in load and speed， the gaseous emissions of range extender increase， and in the first start and the subsequent restarts， the PN emissions of range extender may deteriorate with a trend of its particle size moving from nucleation mode to accumulation mode. During vehicle deceleration by fuel cut?off， the range extender may generate particulates with a concentration of one?order higher of magnitude， and the deterioration of particulate emission in start and deceleration stage is closely related to the oil temperature and thermal state of range extender. Under WLTC cycle， the range extender mostly works on the low speed areas （2 250~2 400 r/min） and a load ranges of 40-60% and 90%-100%. The speed and load of range extender follow a moving trajectory changing with speed range （medium， high and extra?high speed） with certain rule.

Key words: extended?range hybrid electric vehicle, charge sustaining, emissions, operation characteristics

王长卉,刘泽民,李雁飞,帅石金,邵慧芳,王银辉. 电量保持阶段增程器的排放与工作特性的试验研究[J]. 汽车工程, 2021, 43(5): 667-674.

Changhui Wang,Zemin Liu,Yanfei Li,Shijin Shuai,Huifang Shao,Yinhui Wang. An Experimental Study on Emissions and Operation Characteristics of a Range Extender Under Charge Sustaining Mode[J]. Automotive Engineering, 2021, 43(5): 667-674.

图/表 9

图 1

表 1

图 2

图 3

图 4

图 5

图 6

图 7

图 8

参考文献 20

1	中国移动源环境管理年报（2020）［R］. 中华人民共和国生态环境部， 2020.
	China mobile source environmental management annual report（2020）［R］.Ministry of Ecology and Environment of the People's Republic of China，2020.
2	REZAEI A， BURL J B， SOLOUK A， et al. Catch energy saving opportunity （CESO）， an instantaneous optimal energy management strategy for series hybrid electric vehicles［J］. Applied Energy， 2017， 208： 655-665.
3	帅石金，欧阳紫洲，王志，等. 混合动力乘用车发动机节能技术路线展望［J］. 汽车安全与节能学报， 2016， 7（1）： 1-13.
	SHUAI S J， OU Y Z Z，WANG Z， et al. Prospect of energy-saving technology roadmaps of engines for hybrid passenger cars［J］. Journal of Automotive Safety and Energy， 2016， 7（1）： 1-13.
4	HUANG Y， SURAWSKI N C， ORGAN B， et al. Fuel consumption and emissions performance under real driving： comparison between hybrid and conventional vehicles［J］. Sci. Total Environ.， 2019， 659： 275-282.
5	钟庄敏. 基于车载测试的轻型汽油和混合电动车排放因子建立的关键问题与特征研究［D］. 广州：华南理工大学， 2018.
	ZHONG Z M. Study on key issues and characteristics of PEMS⁃based emission factor development for light⁃duty gasoline and hybrid electric vehicles［D］. Guangzhou： South China University of Technology，2018.
6	YANG Z， GE Y， THOMAS D， et al. Real driving particle number （PN） emissions from China⁃6 compliant PFI and GDI hybrid electrical vehicles［J］. Atmospheric Environment， 2019， 199： 70-79.
7	THOMAS D， LI H， ROPKINS K， et al. Investigating the engine behavior of a hybrid vehicle and its impact on regulated emissions during on-road testing［C］. 2019 Powertrains， Fuels and Lubricants International Meeting， 2019.
8	EHRENBERGER S I， KONRAD M， PHILIPPS F. Pollutant emissions analysis of three plug⁃in hybrid electric vehicles using different modes of operation and driving conditions［J］. Atmospheric Environment， 2020， 234.
9	PHAM A， JEFTIC M. Characterization of gaseous emissions from blended plug⁃in hybrid electric vehicles during high⁃power cold⁃starts［C］. SAE Paper 2018-01-0428.
10	LIJEWSKI P， KOZAK M， FUC P， et al. Exhaust emissions generated under actual operating conditions from a hybrid vehicle and an electric one fitted with a range extender［J］. Transportation Research Part D： Transport and Environment， 2020， 78.
11	CLEMENTE M， READER S， BERGER M. Hybridization thru a range extender engine ［R］. XXVI Simpósio Internacional de Engenharia Automotiva， 2018.
12	BORGHI M， MATTARELLI E， MUSCOLCNI J， et al. Design and experimental development of a compact and efficient range extender engine［J］. Applied Energy， 2017， 202： 507-526.
13	THOMAS D， LI H， ROPKINS K， et al. Investigating the engine behavior of a hybrid vehicle and its impact on regulated emissions during on⁃road testing［C］. SAE Paper 2019-01-2199.
14	FAN Q， WANG Y F， XIAO J H， et al. Effect of oil viscosity and driving mode on oil dilution and transient emissions including particle number in plug⁃in hybrid electric vehicle［C］. SAE Paper 2020-01-0362.
15	潘锁柱，裴毅强，宋崇林，等. 汽油机颗粒物数量排放及粒径的分布特性［J］. 燃烧科学与技术， 2012， 18（2）： 181-185.
	PAN S Z， PEI Y Q， SONG C L， et al. Particle number and size distributions from gasoline engine［J］. Journal of Combustion Science and Technology， 2012， 18（2）： 181-185.
16	GIECHASKIEL B， NTZIACHRISTOS L， SAMARAS Z， et al. Effect of speed and speed⁃transition on the formation of nucleation mode particles from a light duty diesel vehicle［C］. SAE Paper 2007-01-1110.
17	FRANZEN C L， GOHI M， SCHOLL P， et al. Impact of engine lubricant volatility on oil and particle emissions［J］. Atzproduction Worldwide， 2019（9）： 44-53.
18	FROELUND K. Real⁃time steady⁃state measurement of PCV⁃contribution to oil consumption on Ford4.6 L SI⁃engine［C］. SAE Paper 2000-01-2876.
19	RONKKO T， PIRJOLA L， NTZIACHRISTOS L， et al. Vehicle engines produce exhaust nanoparticles even when not fueled［J］. Environ. Sci. Technol.， 2014， 48（3）： 2043-2050.
20	JEONG J， KIM N， STUTENBERG K， et al. Analysis and model validation of the Toyota Prius Prime［C］. SAE Paper 2019-01-0369.

参数	数值
发动机类型	双缸
发动机排量/L	0.65
压缩比	12.1
进气方式	自然吸气
喷射方式	MPI（multi port injection）
整车整备质量/kg	1 390
行驶里程/km	14 000

[1]	吕立群, 徐龙, 尹航, 杨杨, 葛蕴珊. 重型柴油车实际道路NO _x 排放分析方法研究[J]. 汽车工程, 2024, 46(1): 151-160.
[2]	李晓娜,解方喜,窦慧莉,刘江唯,刘宇. 气门重叠角对GDI发动机性能和微粒排放的影响[J]. 汽车工程, 2023, 45(4): 654-662.
[3]	徐胜龙,宋军,袁伟. 基于耐久老化车辆的实际道路行驶NO _x 排放控制方法研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(4): 663-671.
[4]	谭丹,王亚超,谭建伟,李家琛,王昌钰,葛蕴珊. 不同环境温度下E10轻型车CO₂排放研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(3): 451-458.
[5]	闫博文,Waters Benjamin,Pendlebury Ken,胡铁刚,张家祥,杨晓前,蒲运平. 三火花塞点火系统对混动专用发动机稀燃性能影响试验研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(11): 2139-2147.
[6]	闫博文,马天宇,蒲运平,胡铁刚,邓伟,蒋平,聂相虹. 混动发动机在不同水温下的喷油控制策略影响试验研究[J]. 汽车工程, 2022, 44(9): 1394-1399.
[7]	王俊,申立中,毕玉华,雷基林. 不同海拔下基于VNT驱动的EGR对轻型柴油机燃烧与排放的影响[J]. 汽车工程, 2022, 44(7): 1088-1097.
[8]	张立军,高泽,余海燕. 基于全生命周期分析的白车身选材方法[J]. 汽车工程, 2022, 44(6): 945-952.
[9]	詹炜鹏,王震坡,邓钧君,刘鹏,崔丁松,李海涛. 基于大数据的电动汽车行驶阶段碳减排影响因素分析[J]. 汽车工程, 2022, 44(10): 1581-1590.
[10]	蒋晓寒,谭建伟,徐长建,葛蕴珊,郝利君,王欣,李家琛. 基于粒径分布的直喷汽油车颗粒物排放特性研究[J]. 汽车工程, 2022, 44(10): 1609-1618.
[11]	汪晓伟,景晓军,高涛,谷雪景,张佑源,吴琳琳. 基于发动机在环的重型柴油车实际道路细小颗粒物排放特性研究[J]. 汽车工程, 2022, 44(1): 58-63.
[12]	施佳叶,王金秋,邓俊,缪新轲,刘逸晖,李理光. 基于两级高能点火和被动预燃室的高压缩比汽油机燃烧及排放特性研究[J]. 汽车工程, 2021, 43(9): 1300-1307.
[13]	陈贵升,魏峰,肖仁鑫,张敬贤,王震江,张涵. 预喷策略耦合EGR对DN双燃料发动机工作过程的影响[J]. 汽车工程, 2021, 43(8): 1143-1151.
[14]	陈东东,王铁,李国兴,乔天佑,侯振宁. 瞬态工况下掺混PODE对混合动力柴油机排放特性的影响[J]. 汽车工程, 2021, 43(11): 1638-1644.
[15]	孙平, 刘泽, 刘少振, 于秀敏, 曹智, 杨松. 喷油比对复合喷射汽油机暖机过程燃烧和排放的影响^*[J]. 汽车工程, 2020, 42(6): 718-724.