概述

支撑汽车技术发展的主题是“节能、环保、安全”。任何背离了这种技术路线的尝试都不能得到终端消费者最终的认同。一般来讲，车辆在长期的使用中，与车主息息相关的问题仍然是能耗与安全。无论称为增程式或是EPOWER，这种类型的动力总成并非是简单对电动汽车续航里程的补充。其在车辆的能耗和热管理方面兼有电动汽车和燃油汽车的技术特征，在不改变用户对燃油车用车习惯的同时，带来了比传统燃油车更低的燃油经济性，因此其作为一种过渡型技术路线，具有较高的产品号召力和用户亲和力。

在发动机技术特征方面，奥托循环更偏向于传统纯燃油车对动力的需求，由于行驶工况复杂，发动机的技术配置被迫在动力性与经济性方面进行妥协，为追求更高的升功率，被动提升发动机的充量，对于经济性而言则有一定程度的让步。在增程式车辆上，奥托循环发动机相对工作范围较窄，设计充量高于实际需求，功率储备不能得到充分的应用，反而因循环中燃烧不够充分，带来了热效率的损失，难以满足发电经济型的需求。

发动机采用阿特金森循环或米勒循环，可以很好的解决燃烧不够充分的问题，使发动机主要工作在高热效率的转速-负荷工况区间。在燃烧循环中，发动机具有更高的膨胀比，工质燃烧做功更充分，热效率得以提高，因此具有更好的发电经济性。

主要技术特征

以某款阿特金森循环发动机开发增程式动力为例，说明这种类型动力总成在节能方面具有的优势。该机型基于某4缸汽油发动机为基础开发，发动机总排量为1.3L，通过调整燃烧室和配气机构，开发阿特金森循环发动机。基础机型最低燃油消耗率为245.3g/kWh，热效率约34%。

对原有发动机气道进行了升级，考虑到采用阿特金森循环形式后，在原有设计基础上就滚流比和流量系数再次平衡，选取偏向于高滚流的进气道设计形式。同时为改进排放性能和起动性能，校核油束自由飞行距离L超过65mm。

缸体仍然采用原型机结构。考虑到增程器的工况与传统发动机相比，受到策略性控制，会有较多的起动-停机频次。为提高发动机排放油耗，则需要加快暖机速度。同时考虑到增程器常见工作区域分布在最佳经济区间，设计方面在原有基础上略缩小缸体水套容积，减少传热损失。

将原型机的配气机构改造成了阿特金森循环，保留原有双顶置凸轮轴结构。考虑到增程器的工作范围较窄，仍采用固定相位式设计，降低发动机成本。为适配增程器的常用工况，对进气门、排气门的包角和升程进行了重新设计。原型发动机采用的是奥托循环，进气门包角为200°CA，升程为7.25mm，排气门包角为206°CA，升程为7.1mm。

经优化，选取进气门包角提高到236°CA，排气门包角缩减到165°CA方案。从图上可以看出改进后与原型机凸轮的型线差异。采用进气门晚关策略，避免充量过低造成功率不足。还采用了排气门提前关闭策略，避免因较大气门重叠角造成的混合气扫气造成排放尾气恶化问题。在工况允许的前提下，排气门提前关闭还保留了缸内EGR，降低燃烧温度，对提高发动机的经济性和原排性能均具有益处。

性能开发

为增加做功后的膨胀行程，设定膨胀比为14.1，有效工作容积为1.173L，活塞膨胀行程比压缩行程增加22mm。

就原型机（奥托循环）与新样机（阿特金森循环）在同等工况下进行燃油消耗率比较，可以看到改型后的发动机在中高负荷区域经济性有明显改善。发动机采用RON92燃油进行测试，最低燃油消耗率达到213g/kWh，实测燃油低热值为42.8MJ/kg，发动机最佳热效率达到39%。对应的发动机工作转速为2250～2800r/min。

匹配发电机，为使增程器工作在发动机和发电机最高效率的耦合区域，结合功率等高线作为选点边界，使发动机和发电机同时在最高热效率和发电效率区间工作，获得最佳的油耗发电经济性。将发电机的效率MAP和发动机的比油耗MAP匹配，在2500～3500r/min转速区间，输出扭矩70～82Nm范围中，发动机热效率可以达到0.38～0.39，发电效率达到0.90～0.92。

为满足车辆复杂工况，应使发电功率范围尽量能宽泛。经匹配，发电输出范围为10～33kW的功率区间，选择1500～4000 r/min作为主要运行工况。增程式与传统燃油车工况具有较大差异，动力输出基于车辆控制器对功率的需求，设定多个工况点，有助于使增程器离散的工况连续化，提高增程器NVH的性能。

增程器的发电经济性

增程器的发电经济性的试验，通过电功率分析仪、油耗仪实测发电油耗方式来开展。为考察增程器发电性能，对不同转速-功率下发电电流进行考察，通过对转速及负荷的矩阵化运行标定，获得万有特性数据。在整个发电MAP中，母线最大电流达到105.7A。

根据发电经济性最优原则，选取增程器工作的最优工况点。工况覆盖转速1500～4000r/min区间，最佳经济转速范围为2250～2800r/min，与发动机最佳热效率工况基本一致，经济的工况点为3.14kWh/L@2750r/min。

经济性与续航

为考察搭载车辆运行时的燃油经济性，将传统纯燃油的原型车与新状态增程式车辆进行横向比较。平台车辆整备质量为1.7t。增程式车辆采用功率平衡方式运行，动力电池包储电能在车辆运行期间不发生消耗或充储。两种车型的行驶阻力相同。两种车型所搭载发动机型式、排量相同。

增程式车辆在车速为65km/h～110km/h区间内等速行驶的燃油经济性略优于传统燃油车约0～10%，城市工况下低速段优势明显。因此，增程式车辆结合本身发动机热效率高，能量回收，动力启停，电力驱动等节能功能，车辆在城市工况下，更符合对车辆节能的需求。

在车辆续航方面，由于增程式车辆发动机与车轮行走机构解耦，不同的车速与发动机转速不关联，因此增程式动力总成集成车辆类型更加灵活，同一款增程器可匹配不同的且相差较大的车型。选取典型的三款搭载该增程器的不同车型进行续航能力分析。

分析相同的边界条件：

1.采用功率平衡法，保证车辆行驶前和行驶后，动力电池SOC值相差不超过±0.5%。代表运行前后，没有燃油能量存入电池包，也没有电池包能量介入到车辆行驶的能量消耗中；

2.不同增程式车辆的发动机，供油系统完全相同；

3.均为平直路面的等速行驶。

三种典型车型代表覆盖了质量从1.5t到3.5t的乘用车和商用车，从图上可以看到由于车型阻力特性不同，相比而言，增程式SUV的负载最小，因此可以达到同等车速下的等速油耗最优；增程式微型厢货和轻型厢货，虽然车辆质量差别较大，但在较低的车速下总体油耗区别并不大，在城市中进行物流配送可以达到较好的燃油经济性。

仍然按照平直路面的等速行驶边界分析续航，随着车速的升高，三者的续航能力均下降，这是因为高速下空气阻力持续非线性增加。假定三种车辆都采用30L燃油储备，SUV在高速工况下（车速120km/h）最低续航约400km，而在经济模式下（车速平均80km/h），燃油续航里程可达到700～800km；微型和轻型厢货以经济模式（车速65～90km/h）运行，在馈电情况下，也能达到最低400km燃油驱动续航能力。

结论

现阶段，增程式配套阿特金森循环发动机是一种较优的过渡技术路线。相比纯电动车，它不存在里程焦虑问题，也不存在冬季续航衰减问题，取消了大容量动力电池，安全性方面也更有保障；相比燃油车，更高的发动机热效率配合能量管理，具有更佳的燃油经济性；单一型号发动机能广泛适应集成于多种不同的车型，展现出它的灵活性与规模性，具有更低成本的商业优势。