10月13日，中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)和中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)正式公布2023年度“機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”獲獎(jiǎng)項(xiàng)目，廣汽集團(tuán)“高效清潔低噪混動(dòng)專用汽油機(jī)平臺(tái)技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)”項(xiàng)目榮獲科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

廣汽研究院自2017年起開展混動(dòng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)，致力于挖掘發(fā)動(dòng)機(jī)潛力，圍繞降低油耗、降低排放、提升NVH性能等開發(fā)重點(diǎn)，構(gòu)建混動(dòng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)平臺(tái)。在平臺(tái)基礎(chǔ)上，通過調(diào)整燃燒參數(shù)、配氣參數(shù)、增壓器匹配等設(shè)計(jì)，開發(fā)供燃油車型、混動(dòng)車型使用的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)。

突破發(fā)動(dòng)機(jī)熱功轉(zhuǎn)化效率瓶頸

發(fā)動(dòng)機(jī)通過燃燒把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再通過機(jī)械結(jié)構(gòu)將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出。因此，提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率、降低污染物排放的重點(diǎn)與難點(diǎn)就是燃燒系統(tǒng)的開發(fā)。

提升高壓縮比混動(dòng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的高效性，核心在于缸內(nèi)燃燒組織的深度優(yōu)化，針對(duì)這一國際共性技術(shù)難題，項(xiàng)目創(chuàng)新性地提出了基于高效空氣管理與精準(zhǔn)噴油管理協(xié)同作用的缸內(nèi)瞬態(tài)燃燒組織優(yōu)化技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上提出廣汽GCCS燃燒控制系統(tǒng)專利技術(shù)（GAC Combustion Control System）。

GCCS建立了燃燒控制系統(tǒng)全息可視化開發(fā)平臺(tái)，利用高能激光及高速成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)缸蓋氣道流場組織、缸內(nèi)混合氣形成、缸內(nèi)燃燒過程優(yōu)化及噴霧特性設(shè)計(jì)的全息可視化開發(fā)。通過可視化技術(shù)及標(biāo)定優(yōu)化，量化分解燃燒過程關(guān)鍵控制指標(biāo)，對(duì)燃燒控制策略進(jìn)行深度調(diào)校，以精細(xì)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)燃燒系統(tǒng)組成部分的最優(yōu)匹配。

GCCS的提出，有效突破了發(fā)動(dòng)機(jī)熱功轉(zhuǎn)化效率瓶頸。為進(jìn)一步提升熱效率潛力，廣汽創(chuàng)新地將預(yù)燃室射流點(diǎn)火技術(shù)與超稀薄燃燒技術(shù)耦合，實(shí)現(xiàn)更高壓縮比下可控燃燒，最終在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)指示熱效率超50.5%。

構(gòu)建精準(zhǔn)的熱管理技術(shù)體系

混動(dòng)汽車的工作場景，不僅要求發(fā)動(dòng)機(jī)在更加復(fù)雜的瞬態(tài)工況下實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，還要求其熱量能夠解決機(jī)油可靠性、乘員艙舒適性等課題，這些都對(duì)熱管理系統(tǒng)的主動(dòng)控制提出了更高的要求。

項(xiàng)目以用戶數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過對(duì)實(shí)際使用場景、整車需求的探索與研究，以及對(duì)傳熱學(xué)、流體力學(xué)等物理經(jīng)驗(yàn)的綜合理解，運(yùn)用數(shù)字化開發(fā)手段，構(gòu)建出一個(gè)完整的熱管理技術(shù)體系，解決了混動(dòng)汽車熱管理面臨的熱機(jī)速度慢、水溫振蕩、特殊場景失效三大核心問題。

項(xiàng)目基于瞬態(tài)工況下不同策略的熱量變化進(jìn)行研究，通過物理模型對(duì)燃燒室內(nèi)向外換熱過程逐步離散解析，提出了以溫度場分布、壓力分布作為核心邊界的思想，并研究了不同邊界下的發(fā)動(dòng)機(jī)熱機(jī)速度，最終設(shè)計(jì)了分工況、分區(qū)域、分階段的快速熱機(jī)策略，常溫下WLTC熱機(jī)過程加速幅度最大可超過30%。

針對(duì)水溫感知遲滯、振蕩問題，項(xiàng)目提出了高精度水溫控制技術(shù)，深入研究傳感器對(duì)水溫響應(yīng)性的影響、熱量在流體上下游傳遞過程中的溫度變化，以及PID調(diào)節(jié)對(duì)不同參數(shù)修正的效果，并實(shí)現(xiàn)TMM技術(shù)在自主品牌的首搭。

項(xiàng)目通過對(duì)45萬輛市售車、累計(jì)270億公里的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行脫敏和分析，開發(fā)出一系列特殊痛點(diǎn)場景的主動(dòng)識(shí)別策略，并進(jìn)行適應(yīng)性處理，以應(yīng)對(duì)未必典型、未必惡劣但極易引起失效的特殊工況，有效改善車輛的可靠性、舒適性，顯著提升用戶體驗(yàn)。

行業(yè)首創(chuàng)人工智能技術(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)控制結(jié)合

作為發(fā)動(dòng)機(jī)的大腦，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)需要協(xié)調(diào)所有控制參數(shù)，精確控制發(fā)動(dòng)機(jī)熱力學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)最高熱效率、最大功率扭矩輸出并降低排放，使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下始終運(yùn)轉(zhuǎn)在最優(yōu)的狀態(tài)。

項(xiàng)目采用進(jìn)氣門早關(guān)或進(jìn)氣門晚關(guān)策略，降低有效壓縮比，抑制爆震并減少泵氣損失，在自主品牌中率先搭載廢氣再循環(huán)技術(shù)，增大缸內(nèi)充量密度、降低缸內(nèi)溫度，有效降低熱力循環(huán)過程的傳熱損失；并發(fā)明了基于模型的進(jìn)氣量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)空氣系統(tǒng)的精確控制，改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒與熱力學(xué)過程，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率提升3.7%。

項(xiàng)目首次將人工智能技術(shù)應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)控制中，基于空間填充試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法、自動(dòng)測試技術(shù)，精準(zhǔn)獲取測試數(shù)據(jù)；采用統(tǒng)計(jì)式機(jī)器學(xué)習(xí)方法，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行高斯過程建模，用數(shù)學(xué)算法描述復(fù)雜的系統(tǒng)行為，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)、多參數(shù)全局優(yōu)化，發(fā)動(dòng)機(jī)高效率區(qū)域面積提升11.4%。

解決NVH主觀評(píng)價(jià)客觀參數(shù)化難題

對(duì)于混動(dòng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)來說，隨著電機(jī)及其他電氣附件的加入，除了發(fā)動(dòng)機(jī)原有的缸壓激勵(lì)、配氣正時(shí)激勵(lì)、活塞敲擊激勵(lì)外，與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的機(jī)電耦合系統(tǒng)會(huì)引入新的激勵(lì)，如電機(jī)電磁激勵(lì)、電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡激勵(lì)等，從而產(chǎn)生與傳統(tǒng)汽車不同的NVH問題。

提升混動(dòng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)的NVH性能，需要同時(shí)從低振動(dòng)噪聲和聲品質(zhì)兩方面入手。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輻射噪聲主要來源——薄壁件，項(xiàng)目采用基于聲學(xué)傳遞向量的輻射噪聲靈敏度分析，對(duì)薄壁件進(jìn)行面板貢獻(xiàn)度分析，識(shí)別出對(duì)噪聲貢獻(xiàn)度較大的位置，并通過拓?fù)鋬?yōu)化及結(jié)構(gòu)合理匹配，精確設(shè)計(jì)薄壁件薄弱處的剛度，突破了多激勵(lì)耦合下的發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁件優(yōu)化難題，達(dá)到精準(zhǔn)控制薄壁件輻射噪聲的目的。

此外，項(xiàng)目還建立了聲品質(zhì)預(yù)測模型，突破聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)客觀參數(shù)化的難題，建立軸系異響參數(shù)多目標(biāo)分析方法，顯著提高軸系異響分析效率。基于該成果，能夠有效改善發(fā)動(dòng)機(jī)異響。

項(xiàng)目研發(fā)的高效燃燒系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)已應(yīng)用于廣汽第三代1.5TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)和廣汽第四代2.0ATK發(fā)動(dòng)機(jī)，分別獲得“中國心”2021年度十佳發(fā)動(dòng)機(jī)、2022年度十佳發(fā)動(dòng)機(jī)及混動(dòng)系統(tǒng)稱號(hào)，并成功搭載在傳祺GS8、M8、M6、影豹、影酷等車型，具有響應(yīng)快速、動(dòng)力強(qiáng)勁、油耗低、車內(nèi)噪聲低等特點(diǎn)，用戶反饋良好，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

作為廣汽集團(tuán)的研發(fā)體系樞紐，廣汽研究院將持續(xù)提升創(chuàng)新能力，加速混動(dòng)技術(shù)發(fā)展，不斷推出更高效、更清潔的動(dòng)力總成產(chǎn)品，滿足消費(fèi)者需求，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

審核編輯：劉清