浅谈增程式汽车发动机的机舱布置作者：王建秋刘相喜孙萧刘晓莹余伟
来源：《时代汽车》2022年第08期
摘要：近年来，随着新能源汽车的发展与普及，越来越多的汽车制造商谋求从传统动力到新能源的转型。增程式汽车具有政策支持、工作原理简单、技术门槛低等优势，成为更多车企转型或造车新势力入门的首选之路。本文将从布置搭载维度对比传统汽车与增程式汽车的发动机机舱布置区别，为传统动力在电气化转型的路上提供些思考与探讨。
关键词：传统动力增程式汽车转型机舱布置
1 前言
近年来，随着新能源汽车的发展与普及，越来越多的汽车制造商谋求从传统动力到新能源的转型。理想ONE作为国内首款增程式SUV车型，一经上市，就引爆市场，更是吸引更多的汽车制造商投入对增程式电动车的研究。相较于唱衰传统内燃机与鼓吹新能源的极端论调，部
分车企选择将增程式汽车作为二者的折中方案。同时由于政策支持、工作原理简单、技术门槛低等优势，增程式汽车更是被部分传统车企及造车新势力视为电气化转型路上的关键转折点。
机舱布置作为汽车总体设计中的关键组成部分，是传统动力到新能源转型路上的重要一环。通过机舱布置实现内燃机在传统汽车与增程式汽车的通用，进而降低开发难度，减少新零件开发成为布置搭载工程师的首要目标。本文将从布置搭载维度对比传统汽车与增程式汽车的发动机机舱布置区别，为传统动力在电气化转型的路上提供些思考与探讨。
2 传统汽车与增程式汽车机舱的区别
传统汽车由内燃机输出动力，通过传动机构实现对车辆的驱动;电动汽车由高压电池组提供能量，通过电机带动传动机构实现对车辆的驱动;而增程式汽车作为混动汽车的一种，是在纯电动汽车的基础上，增加内燃机给高压电池充电，其具备两套动力系统、一套驱动系统，因此大大提升了续航里程。
增程式汽车的发电机及驱动电机有串联和并联两种布置形式。如宝马i3某款动力配置采用双电机串联布置方案，曲轴直接驱动发电机，结构简单、效率高。但因串联布置轴向尺寸大，非常不利于机舱横向布置，一般需要开发全新的发动机，对于转型的传统发动机及通用化布置的发动机并不适用。因此目前市场上大部分增程器采用的方案都是并联式布置、高度集成化的三合一或多合一的电驱动系统。
采用多合一电驱系统的增程式汽车与传统燃油车的机舱布局差异不大，如图1、2所示。增程式汽车机舱布置较传统燃油车的主要变更点为将变速器更换为多合一的电驱动系统，其包括驱动电机、发电机、控制器等。同时机舱内新增I-boost、高压线束以及多套chiller管路。由于增程式汽车需在车身底盘布置高压电池组，挤占排气管路空间，因此需要将三元催化器、GPF布置在机舱内，这对发动机排气侧零部件的布置有着很高的要求。为压缩发动机排气侧布置空间，各主机厂通常采用的技术方案是缸盖与排气歧管集成、涡轮增压器上翻、三元催化器与GPF集成的紧耦合布置。
这样很容易发现，如果传统发动机的结构紧凑，具备良好的拓展性和兼容性，那么同一款发动机很容易就实现在增程式汽车的布置及应用。其新零件开发数量、开发难度、开发周期均占据较大优势。目前各主机厂开发的混动专用发动机均具备结构紧凑、兼容性强、可模块化跨平台布置等优点。
部分增程器受限于发动机形式，也采用了“前排后进”的正置式布置方案，即将发动机排气侧朝向车辆行驶方向布置，能够一定程度规避发动机排气侧噪音及热害对前围和驾驶室的影响。
3 布置原则
增程式汽车与传统内燃机汽车的布置方法和布置通用原则相同。首先确定动力总成位置，再根据动力总成位置进行粗略布置并分析可行性，最后再逐步对机舱进行精细布置和优化[1]。如表1所示，列举了当前市场上主流的5家整车厂对動力总成与主要周边零件的布置要求。
高压线束作为整车信号传输、供电、功能实现的重要零件在增程式汽车上应用的更加频繁。由于其对碰撞安全、电磁干扰等有着极高的要求，需要制定额外的机舱检查要求。其主要分布区域在驱动电机、电动压缩机、DCDC、电机控制器、充电高压线、高压电池等零件附近。如表2所示，下述为某厂家高压线束布置检查要求。
4 布置难点
作为从传统汽车到新能源汽车的转型产品，增程式汽车往往需要考虑如何在最小改动下实现通用化布置。下述为机舱布置常遇见的一些难点。
1）增程式汽车为保证对高压电池、电机控制器的冷却，通常需要新增2～3套冷却系统，导致相关的冷却管路呈倍数的增加，在原有的空间内布置更多的管路，交错纵横，成为布置设计的难点之一[2]。
2）增程式汽车发动机排气侧需要布置增压器、三元催化器、GPF，部分发动机还有LP-EGR等零件，同时要考虑与整车i-boost、chiller管路、机舱前围、传动轴等的布置间隙要求。如何实现发动机排气侧布置空间的压缩成为增程式汽车机舱布置的巨大挑战。
3）采用多合一电驱动系统的增程式汽车，其电机控制器通常布置在电机壳体上方，影响发动机与电驱动系统之间的间隙，这对于发动机后端零件布置有着较高布置要求。
4）增程式汽车新增许多高压线束，对于热害防护、碰撞安全、电磁干扰等都有较大影响，这成为机舱布置的又一难点。
5 其他
考虑到增程式汽车的应用环境，发动机大多运行在经济油耗区，无苛刻运行工况，对于发动机的配置要求较低，同时结合增程式汽车新增的电气化配置，对于传统发动机转型增程器的产品可考虑零件取消或减配，以降低开发成本。如表3所示，为某厂家列举的可减配的零件清单。
6 结语
1）本文从机舱布置入手，详细阐述了增程式汽车与传统燃油车的机舱差异，介绍了增程式汽车机舱布置原则、布置难点，为增程式汽车的开发提供了思考与探讨。
2）通过本文可知，传统内燃机可通过适当的变更实现向增程器的转型，进而提升产品的拓展性和兼容性，实现生命周期的延续。
参考文献：
[1]崔文宾. 某平台车型机舱布置研究[J]. 汽车实用技术，2020（22）：139-141.
[2]袁恒. 跨平台混合动力车布置研究[J]. 企业科技与发展，2021（06）：36-38.
