《插電式混合動力汽車用發(fā)動機循環(huán)負荷可靠性試驗方法》編制說明

《插電式混合動力汽車用發(fā)動機循環(huán)負荷可靠性試驗方

法》編制說明

一、工作簡況

1.1任務來源

《插電式混合動力汽車用發(fā)動機循環(huán)負荷可靠性試驗方法》團體標準是由中國

汽車工程學會批準立項。文件號中汽學函【2022】294號，任務號為2022-91。本

標準由中國汽車工程學會電動汽車產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟組織提出，寧波吉利羅佑

發(fā)動機零部件有限公司牽頭，廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院、中國汽

車工程學會、重慶長安汽車股份有限公司、上汽集團創(chuàng)新研究開發(fā)總院等共同參與

單位起草。

1.2編制背景與目標

插電式混合動力汽車，近年來銷量逐年升高，市場質量問題逐漸暴露出來。目

前，國內(nèi)、外尚無專門驗證混合動力汽車用發(fā)動機的行業(yè)或國家標準，各企業(yè)廠家

驗證方法不統(tǒng)一，甚至無專用標準可用，針對現(xiàn)有相關領域標準的不足和缺失，建

立《插電式混合動力汽車用發(fā)動機循環(huán)負荷可靠性試驗方法》標準

1.3主要工作過程

2022年9月23日，寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司、廣州汽車集團股份

有限公司汽車工程研究院、中國汽車工程學會在廣州進行標準預研，對擬立項標準

關鍵試驗工況、設備等進行交流。

2022年12月15日，標準立項通過。

2023年2月21日，由寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司牽頭成立工作組，

并在寧波市杭州灣新區(qū)召開啟動會，會上梳理了標準思路、框架，分配編制任務。

2023年5月25日，召開工作組第一次標準研討會，對標準標制草案，以及過

程問題，和試驗工況進行了研討。并進行了實車起停次數(shù)統(tǒng)計、停機時間對起動油

壓建立影響試驗，以及CS模式工作占比的任務分配。

2023年6月30日，召開工作組第二次標準研討會，，主要針對可靠性試驗考

核工況和試驗周期進行了討論，各參與單位提出了繼續(xù)強化工況和縮短周期的建

議。

1

2023年7月10日，對新強化工況進行理論上的可行性分析，并對其進行實際

的臺架驗證，確認其可實施性和有效性。

2023年8月15日，組織第三次會議，主要針對第三版草擬強化工況進行討

論，確認了可靠性工況和驗證周期。

2023年9月1日，形成征求意見稿并公開征求意見，起草組根據(jù)反饋意見進

行修改后形成標準送審稿。

2023年xx月xx日，在xx召開標準審查會。

二、標準編制原則和主要內(nèi)容

2.1標準制定原則

在充分總結和比較了國內(nèi)外發(fā)動機可靠性試驗標準、調(diào)研了國內(nèi)外對混合動力

汽車用發(fā)動機可靠性測試的基礎上，參考了GB/T18297《汽車發(fā)動機性能試驗方

法》、GB/T19752《混合動力電動汽車動力性能試驗方法》、GB/T19596《電

動汽車術語》。本標準對插電式混合動力汽車用發(fā)動機的工作情況，經(jīng)過一系列的

分析處理，形成循環(huán)負荷可靠性試驗方法，對插電式混合動力汽車發(fā)動機使用比例

給出了推薦值，并給出了推薦加速考核工況，以及對試驗邊界進行了詳細的規(guī)定。

以確保加速試驗的有效性。

2.1.1通用性原則

本標準提出的《插電式混合動力汽車用發(fā)動機循環(huán)負荷可靠性試驗方法》不僅

適用于插電式混合動力汽車用發(fā)動機，也適用于普通混合動力汽車用發(fā)動機，甚至

增程式汽車用發(fā)動機也可以根據(jù)其發(fā)動機工作占比參考使用。通用性高。

2.1.2指導性原則

本標準提出的方法能為插電式混合動力汽車用發(fā)動機和普通混合動力汽車用發(fā)

動機的臺架可靠性考核試驗提供指導作用。目前使用的GB/T19055對插電式混合

動力汽車用發(fā)動機和普通混合動力汽車用發(fā)動機的考核沒有針對性，沒有考慮其與

傳統(tǒng)發(fā)動機的工作差別。而本標準是充分考慮了插電式混合動力汽車用發(fā)動機的工

作特性進行制定的，具有很好的針對性。

2.1.3協(xié)調(diào)性原則

本標準提出的方法與目前使用的國家標準中的方法協(xié)調(diào)統(tǒng)一、互不沖突?？梢?/p>

視為對目前使用的方法進行補充。

2.1.4兼容性原則

2

本標準提出的插電式混合動力汽車用發(fā)動機循環(huán)負荷可靠性試驗方法充分考慮

了廣汽、長安、上汽、奇瑞、比亞迪等廠家的插電式混合動力汽車用發(fā)動機使用頻

率和工作方式的差異性，以及燃料的差異性，具有普遍適用性。

2.2標準主要技術內(nèi)容

本標準共分為8章，規(guī)定了插電式混合動力汽車用發(fā)動機循環(huán)負荷可靠性試驗

方法和要求。內(nèi)容包括范圍、規(guī)范性引用文件、術語和定義、樣機準備、試驗要

求、試驗條件、試驗步驟及方法、試驗報告。

2.3關鍵技術問題說明

本標準提出了一種針對插電式混合動力汽車用發(fā)動機可靠性考核的試驗方法。

包括：

1）模擬起步后的熱車加速試驗工況，模擬發(fā)動機起動后未充分熱機狀態(tài)下的不

停機狀態(tài)；

2）模擬起動階段不能建立穩(wěn)定油膜階段的低油壓加速考核工況，主要考核起動

過程中臨界潤滑狀態(tài)下摩擦副的磨損，分為發(fā)動機為充分熱機狀態(tài)和充分熱

機之后兩部分；

3）模擬起動和停機階段轉速快速變化的動態(tài)工況，主要考核受慣性力比較大的

鏈系和輪系系統(tǒng)，分為發(fā)動機為充分熱機狀態(tài)和充分熱機之后兩部分；

4）最大機械負荷和最大熱應力工況，加速考核發(fā)動機本體結構件的高周疲勞，

主要是因為混合動力汽車用發(fā)動機的工作負荷比傳統(tǒng)發(fā)動機大的多；

5）冷熱沖擊工況，加速考核發(fā)動機的低周疲勞，主要是發(fā)動機在10年的壽命

周期內(nèi)所經(jīng)歷的溫度變化。

本標準同時給出了推薦驗證時間T和標準路譜中車輛CS模式運行占比α，

各廠家可以根據(jù)實際需要進行試驗周期t的調(diào)整。假如目標驗證里程為l，則

試驗周期t應為：

式中：

T——車輛CS狀態(tài)下，完成推薦里程L的試驗周期，T=700h。

L——推薦驗證里程，L=350000km。

α——標準路譜（注：本文中選擇CLTC作為標準路譜）中車輛CS模式運行占

比，當滿電純電續(xù)航里程小于100km時，α推薦值為：0.8；當滿電純電續(xù)航里

3

程大于100km時，α推薦值為：0.5。各廠家可以根據(jù)自家產(chǎn)品的實際CS模式

運行占比，或者與客戶達成一致的CS模式運行占比進行調(diào)整。

l——目標驗證里程，單位：km。

t——試驗周期，單位：h。

有可靠性和置信度目標要求時，實際執(zhí)行試驗周期t’應再根據(jù)目標可靠度

R、目標置信度C、試驗樣本數(shù)n和試驗壽命倍數(shù)Lv計算結果進行確定。

2.4標準主要內(nèi)容的論據(jù)

本標準是基于整車CLTC循環(huán)工況，結合插電式混合動力汽車發(fā)動機的工作行

為，進行失效機理的分析，建立失效模型，計算等效里程，最終形成可執(zhí)行的試驗

工況的。其包含了插電式混合動力汽車發(fā)動機在全壽命周期內(nèi)可能遇到的損傷。

1）模擬起步后的熱車加速試驗工況依據(jù)插電式混合動力汽車CS模式下，發(fā)動

機起動后需進行熱機，直至發(fā)動機水溫達到比較適合發(fā)動機工作的溫度，

在此期間不會停機，但是又不需要動力輸出，所以一直處于駐車充電工

況?？紤]到整車35萬公里（整車標準路譜為CLTC）期間所經(jīng)歷所有此狀

態(tài)時間，在試驗工況中提高發(fā)動機負荷，以起到加速考核作用，因不同廠

家的不同發(fā)動機參數(shù)不一致，故，在本標準中的，考核壽命倍數(shù)提高到

1.44倍，具體參考數(shù)據(jù)詳見下表：

單循單循

總時對應壽命

工況環(huán)里總里程環(huán)時轉速計算模型相對損傷

間PMAX倍數(shù)

程間

/kmkmhsr/min/bar//

臺架試

/35000012.5251200404.608E+13

驗工況

1.44

整車

14.47350000470.3701200183.199E+13

CLTC

2）考慮到起動階段的損傷機理，模擬起動階段分為兩部分，第一部分為起動

初期發(fā)動機不能建立穩(wěn)定油膜階段的低油壓加速考核工況，主要考核起動

過程中臨界潤滑狀態(tài)下摩擦副的磨損情況，考慮到冷機狀態(tài)和熱機狀態(tài)，

該部分又被分為兩段進行，一段處于水溫低于50℃的區(qū)間，一段在水溫

95℃的區(qū)間。由于發(fā)動機轉速n在時間跨度比較小的范圍內(nèi)正比于時間

t，而圈數(shù)N是轉速n對時間t的積分，而將每次起動看作是相同的工況，

在整個壽命期間的起停所經(jīng)歷的臨界潤滑狀態(tài)的損傷就是圈數(shù)N之和，試

4

驗時為加速考核，選擇臨界潤滑狀態(tài)的機油壓力，考慮到測功機系統(tǒng)的承

受能力，轉速選擇在發(fā)動機整車工作下的最低穩(wěn)定轉速，在本標準中的，

考核壽命倍數(shù)提高到1.32倍，具體參考數(shù)據(jù)詳見下表：

單次每循

每公每循環(huán)每循環(huán)總低單個低

啟停環(huán)總低油壓總試

目標里里起冷啟動熱啟動壓運油壓循壽命

工況低油低油對應轉驗循計算模型

程停次低油壓低油壓行時環(huán)圈數(shù)倍數(shù)

壓時壓時速環(huán)

數(shù)時間時間間倍數(shù)

間間

/km/ssssr/min/h///

臺架

試驗3500001/71522800210012.83220

工況1.32

整車

35000010.2///800/19.44/

CLTC

3）所以試驗時在1200r/min（駐車充電轉速），機油壓力50kPa左右持續(xù)運

行（5+10）s實際0.2s升至900r/min，

4）第二部分為轉速快速變化的動態(tài)工況，主要考核受慣性力比較大的鏈系和

輪系系統(tǒng)，考慮到冷機狀態(tài)和熱機狀態(tài)，該部分分為發(fā)動機為充分熱機狀

態(tài)和充分熱機之后兩部分。由于每次啟動平均歷時不過零點幾秒，時間跨

度較短，而發(fā)動機轉速可從0上升至1000r/min以上。根據(jù)轉速n在時間

跨度比較小的范圍內(nèi)正比于時間t，則在該負荷下，圈數(shù)N是轉速n對時

間t的積分；試驗時轉速n從駐車充電轉速升至在4倍駐車充電轉速，歷

時2s，目的是單次速度上升可以代替多個起動循環(huán)。在本標準中的，考核

壽命倍數(shù)提高到1.24倍，具體參考數(shù)據(jù)詳見下表：

每個

每公動態(tài)動態(tài)動態(tài)冷啟熱啟單個

單次總運試驗總試

目標里里起啟動工況工況工況動循動循試驗壽命

工況啟停行時循環(huán)驗循計算模型

程停次轉速變化起始終了環(huán)次環(huán)次循環(huán)倍數(shù)

時間間總次環(huán)

數(shù)時間轉速轉速數(shù)數(shù)圈數(shù)

數(shù)

/km/sr/minsr/minr/minh///////

臺架

試驗3500001//212004800168.024487221004320

工況1.24

整車

35000010.51500///97.2////13

CLTC

5

5）高周疲勞采用的是最大扭矩和額定功率工況，加速發(fā)動機的損傷，目標驗

證里程350000km，采用miner累計損傷計算，在本標準中的，考核壽命倍

數(shù)提高到1.37倍，具體參考數(shù)據(jù)詳見下表：

單循

總時單個總循單循環(huán)相單循加損傷倍

工況環(huán)里總里程計算模型相對損傷

間循環(huán)環(huán)對損傷速因子數(shù)

程

/kmkmhs//////

CLT166.67350000700120021006.086E+131.278E+17

13.491.37

CLTC14.47350000120941800241884.511E+129.352E+16

6）低周疲勞采用冷熱沖擊的方式，考慮的客戶每天兩個CLTC的使用頻率，即

每天出行一次，停車一段時間，再返回。10年累計造成7300次冷熱沖

擊，為縮短試驗時間，進行加速考核，提高出水溫度，采用額定功率工況

使發(fā)動機充分熱機，然后冷沖。根據(jù)科芬—曼森模型

式中：

L—壽命；

B—材料特征常數(shù)，對于鋁合金，推薦取4；

ΔT—溫差；

Tmax—絕對最高溫度；

A—是與材料特性有關的常數(shù)，不隨溫度變化

f—循環(huán)頻率，指單位時間（一般取24小時）內(nèi)的循環(huán)數(shù)；

C—頻率影響系數(shù)，參考值取1/3；

Ea—材料的活化能，反映出材料發(fā)生化學反應的難易程度;

R—玻爾茲曼常數(shù)，8.6171×10-5eV/℃，或8.314J?K-1?mol-1。

在本標準中的，考核壽命倍數(shù)提高到1.27倍，具體參考數(shù)據(jù)詳見下表：

使用循環(huán)出水溫度對應缸蓋溫度缸蓋溫試驗壽命

工況總循環(huán)加速系數(shù)

年限頻率低溫高溫低溫高溫差倍數(shù)

/年次/天次℃℃℃℃℃//

臺架試驗工

/7221002510530265240

況4.431.27

整車CLTC1027300259025248223

注：由于實際缸蓋溫度低于鋁合金的金相轉變溫度，所以不用考慮高溫老化造成的損傷。

6

2.5標準工作基礎

編寫組主要起草單位寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司是吉利汽車下屬的全

資子公司，負責動力系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售等，具備完整的發(fā)動機開發(fā)設計、試

驗驗證、樣品試制，以及生產(chǎn)制造能力。參與過多項的國家標準的制定工作，比如

GB/T18297、GB/T19055等。自項目開展以來，在國際標準、國外先進標準的研

究上投入了大量精力。更是在插電式混合動力汽車用發(fā)動機工作頻次與占比，等效

考核方法上進行了大量研究，并取得了顯著成果。本標準具有一定的先進性、通用

性、科學性和可操作性。

三、試驗驗證情況

驗證使用吉利BHE15-BFD發(fā)動機，匹配吉利BX11PHEV車型，此車輛的純

電續(xù)航里程小于100km。根據(jù)標準試驗周期選擇原則，耐久試驗時間為560h。

試驗在吉利動力總成試驗中心A21電力測功機試驗臺架上進行，試驗日期為：

2023/7/18-2023/8/24。

試驗過程采用電磁閥進行機油壓力控制，從主油道泄壓，然后回油至油底殼

內(nèi)，以實現(xiàn)低機油壓力?？刂葡到y(tǒng)如下圖所示：

試驗用電磁閥機油泄壓旁通走向（紅色線所示）

7

單循環(huán)試驗工況運行曲線圖如下：

8000

6000

4000

2000

0200

SPEED[r/min]

-2000150

100

50

TORQUE[Nm]

5000

400

300

200

P_OIL[kPa]100

0140

105

70

TWO

35

0

100200300400500600700800900100011001200

時間[s]

單個循環(huán)試驗工況運行曲線

耐久試驗運行過程監(jiān)控曲線（額定工況）如下圖所示：

8000

7000

6000

SPEED[r/min]5000

135

130

125

110120校正扭矩[N·m]

108

106

104

出水溫度[℃]

102

400

380

360

340

機油壓力[kPa]