10月13日，中國機械工業(yè)聯(lián)合會和中國機械工程學會正式公布2023年度“機械工業(yè)科學技術(shù)獎”獲獎項目，廣汽集團“高效清潔低噪混動專用汽油機平臺技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)”項目榮獲科技進步獎二等獎。

廣汽研究院自2017年起開展混動專用發(fā)動機研發(fā)，致力于挖掘發(fā)動機潛力，圍繞降低油耗、降低排放、提升NVH性能等開發(fā)重點，構(gòu)建混動專用發(fā)動機平臺。在平臺基礎(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，開發(fā)供燃油車型、混動車型使用的高性能發(fā)動機。

突破發(fā)動機熱功轉(zhuǎn)化效率瓶頸

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

提升高壓縮比混動專用發(fā)動機燃燒過程的高效性，核心在于缸內(nèi)燃燒組織的深度優(yōu)化，針對這一國際共性技術(shù)難題，項目創(chuàng)新性地提出了基于高效空氣管理與精準噴油管理協(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，利用高能激光及高速成像技術(shù)，實現(xiàn)對缸蓋氣道流場組織、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)計的全息可視化開發(fā)。通過可視化技術(shù)及標定優(yōu)化，量化分解燃燒過程關(guān)鍵控制指標，對燃燒控制策略進行深度調(diào)校，以精細化設(shè)計實現(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)動機熱功轉(zhuǎn)化效率瓶頸。為進一步提升熱效率潛力，廣汽創(chuàng)新地將預(yù)燃室射流點火技術(shù)與超稀薄燃燒技術(shù)耦合，實現(xiàn)更高壓縮比下可控燃燒，最終在實驗室內(nèi)實現(xiàn)指示熱效率超50.5%。

構(gòu)建精準的熱管理技術(shù)體系

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

項目以用戶數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過對實際使用場景、整車需求的探索與研究，以及對傳熱學、流體力學等物理經(jīng)驗的綜合理解，運用數(shù)字化開發(fā)手段，構(gòu)建出一個完整的熱管理技術(shù)體系，解決了混動汽車熱管理面臨的熱機速度慢、水溫振蕩、特殊場景失效三大核心問題。

項目基于瞬態(tài)工況下不同策略的熱量變化進行研究，通過物理模型對燃燒室內(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)動機熱機速度，最終設(shè)計了分工況、分區(qū)域、分階段的快速熱機策略，常溫下WLTC熱機過程加速幅度最大可超過30%。

針對水溫感知遲滯、振蕩問題，項目提出了高精度水溫控制技術(shù)，深入研究傳感器對水溫響應(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)對不同參數(shù)修正的效果，并實現(xiàn)TMM技術(shù)在自主品牌的首搭。

項目通過對45萬輛市售車、累計270億公里的用戶數(shù)據(jù)進行脫敏和分析，開發(fā)出一系列特殊痛點場景的主動識別策略，并進行適應(yīng)性處理，以應(yīng)對未必典型、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。

行業(yè)首創(chuàng)人工智能技術(shù)與發(fā)動機控制結(jié)合

作為發(fā)動機的大腦，發(fā)動機控制系統(tǒng)需要協(xié)調(diào)所有控制參數(shù)，精確控制發(fā)動機熱力學過程，實現(xiàn)發(fā)動機最高熱效率、最大功率扭矩輸出并降低排放，使發(fā)動機在不同工況下始終運轉(zhuǎn)在最優(yōu)的狀態(tài)。

項目采用進氣門早關(guān)或進氣門晚關(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)明了基于模型的進氣量控制技術(shù)，實現(xiàn)空氣系統(tǒng)的精確控制，改進發(fā)動機燃燒與熱力學過程，發(fā)動機熱效率提升3.7%。

項目首次將人工智能技術(shù)應(yīng)用到發(fā)動機控制中，基于空間填充試驗設(shè)計方法、自動測試技術(shù)，精準獲取測試數(shù)據(jù)；采用統(tǒng)計式機器學習方法，對試驗數(shù)據(jù)進行高斯過程建模，用數(shù)學算法描述復雜的系統(tǒng)行為，實現(xiàn)多目標、多參數(shù)全局優(yōu)化，發(fā)動機高效率區(qū)域面積提升11.4%。

解決NVH主觀評價客觀參數(shù)化難題

對于混動專用發(fā)動機來說，隨著電機及其他電氣附件的加入，除了發(fā)動機原有的缸壓激勵、配氣正時激勵、活塞敲擊激勵外，與發(fā)動機匹配的機電耦合系統(tǒng)會引入新的激勵，如電機電磁激勵、電機轉(zhuǎn)子不平衡激勵等，從而產(chǎn)生與傳統(tǒng)汽車不同的NVH問題。

提升混動專用發(fā)動機的NVH性能，需要同時從低振動噪聲和聲品質(zhì)兩方面入手。針對發(fā)動機輻射噪聲主要來源——薄壁件，項目采用基于聲學傳遞向量的輻射噪聲靈敏度分析，對薄壁件進行面板貢獻度分析，識別出對噪聲貢獻度較大的位置，并通過拓撲優(yōu)化及結(jié)構(gòu)合理匹配，精確設(shè)計薄壁件薄弱處的剛度，突破了多激勵耦合下的發(fā)動機薄壁件優(yōu)化難題，達到精準控制薄壁件輻射噪聲的目的。

此外，項目還建立了聲品質(zhì)預(yù)測模型，突破聲品質(zhì)主觀評價客觀參數(shù)化的難題，建立軸系異響參數(shù)多目標分析方法，顯著提高軸系異響分析效率?；谠摮晒?，能夠有效改善發(fā)動機異響。

項目研發(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)動機和廣汽第四代2.0ATK發(fā)動機，分別獲得“中國心”2021年度十佳發(fā)動機、2022年度十佳發(fā)動機及混動系統(tǒng)稱號，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、動力強勁、油耗低、車內(nèi)噪聲低等特點，用戶反饋良好，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

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

審核編輯：劉清