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第 1 期(总第 186 期) 车用发动机 No. 1 (Serial No. 186)
2010 年 2 月 V EHICL E EN GIN E Feb. 2010
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· 设计计算·
串联式混合动力系统 APU 结构设计
杨雨平, 杨福源, 何桦
(清华大学汽车工程系, 北京 100084)
摘要: 开发了 1 套基于天然气发动机的串联式混合动力系统 APU ,并针对 APU 起动过程提出了带电控离合
器的结构设计,该结构保证了发动机起动的平顺可靠。试验表明,APU 起动过程为 7. 2 s ,其中离合器脱开过程
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0. 85 s ,接合过程 1. 2 s ,实现了预期目标。APU 应用在整车上时,整车燃油经济性和排放性能均得到提高。
关键词: 串联混合动力; 辅助动力单元; 电控离合器
中图分类号: T K432 文献标志码: B 文章编号: 1001 2222 (2010) 01 0001 04
混合动力技术是解决汽车能源和污染问题的重 80 kW。发动机输出功率至 A PU 输出功率的转换
要途径。混合动力系统根据结构可以分为串联式、效率为 80 %~85 % ,因此对发动机的基本要求为标
并联式和混联式。串联式混合动力系统发动机与车定功率大于 87 kW ,峰值功率大于 100 kW ,功率
辆完全机械解耦,其运行工况不受汽车行驶工况的 50 kW附近有较高效率。因此, 本研究最终选择
影响,可始终控制在优化的工作区稳定运行,最适合 4CT180 天然气发动机,该机标定功率 132 kW ,标
负载频繁变化的城市公交车[1 ] 。定功率转速 2 300 r/ min ,最大扭矩 680 N · m ,最大
串联式混合动力系统的核心部件包括辅助动力扭矩转速 1 500 r/ min ,排放达到欧Ⅲ标准。发动机
单元(A PU) 、储能单元和电动机等,其中 A PU 是系的优化工况区域为 1 200~1 500 r/ min ,在此区间
统的主要能量来源,它的选型和匹配对系统性能的内发动机最大输出功率为 106 kW ,满足设计要求。
影响很大。此外,在混合动力系统中应用制动能量发电机的选取必须与发动机的输出相匹配。交
回收策略和怠速停机策略可以大幅提高系统的燃油流永磁同步电机具有效率高、功率密度大的特点,适
经济性[2 3 ] ,但也需要一些能量分配策略和系统结构合用作 A PU 的发电机。本研究选择 Stamford
设计方面的变化。 UC274C 发电机,其标定状态为 100 kVA ,380 V ,
本研究为一辆 12 m 串联式混合动力城市客车 152 A (最大电流) ,50 Hz ,1 500 r/ min ,励磁输入为
开发了一套基于天然气发动机的 A PU ,并优化了 42 V ,5 A ,输入轴可承受转矩大于 700 N · m 。发
A PU 结构,在发动机和发电机之间增加离合器来保电机的输出还需经过整流器由交流变为直流后才是
证 A PU 起动的可靠平顺,最后对该 A PU 系统进行 A PU 的输出,本研究选择了效率较高的不可控整流
了台架和实车试验,验证其性能。器,可传递功率 120 kW。
1 选