《插电式混合动力汽车用发动机循环负荷可靠性试验方法》编制说明

《插电式混合动力汽车用发动机循环负荷可靠性试验方

法》编制说明

一、工作简况

1.1任务来源

《插电式混合动力汽车用发动机循环负荷可靠性试验方法》团体标准是由中国

汽车工程学会批准立项。文件号中汽学函【2022】294号，任务号为2022-91。本

标准由中国汽车工程学会电动汽车产业技术创新战略联盟组织提出，宁波吉利罗佑

发动机零部件有限公司牵头，广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院、中国汽

车工程学会、重庆长安汽车股份有限公司、上汽集团创新研究开发总院等共同参与

单位起草。

1.2编制背景与目标

插电式混合动力汽车，近年来销量逐年升高，市场质量问题逐渐暴露出来。目

前，国内、外尚无专门验证混合动力汽车用发动机的行业或国家标准，各企业厂家

验证方法不统一，甚至无专用标准可用，针对现有相关领域标准的不足和缺失，建

立《插电式混合动力汽车用发动机循环负荷可靠性试验方法》标准

1.3主要工作过程

2022年9月23日，宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司、广州汽车集团股份

有限公司汽车工程研究院、中国汽车工程学会在广州进行标准预研，对拟立项标准

关键试验工况、设备等进行交流。

2022年12月15日，标准立项通过。

2023年2月21日，由宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司牵头成立工作组，

并在宁波市杭州湾新区召开启动会，会上梳理了标准思路、框架，分配编制任务。

2023年5月25日，召开工作组第一次标准研讨会，对标准标制草案，以及过

程问题，和试验工况进行了研讨。并进行了实车起停次数统计、停机时间对起动油

压建立影响试验，以及CS模式工作占比的任务分配。

2023年6月30日，召开工作组第二次标准研讨会，，主要针对可靠性试验考

核工况和试验周期进行了讨论，各参与单位提出了继续强化工况和缩短周期的建

议。

1

2023年7月10日，对新强化工况进行理论上的可行性分析，并对其进行实际

的台架验证，确认其可实施性和有效性。

2023年8月15日，组织第三次会议，主要针对第三版草拟强化工况进行讨

论，确认了可靠性工况和验证周期。

2023年9月1日，形成征求意见稿并公开征求意见，起草组根据反馈意见进

行修改后形成标准送审稿。

2023年xx月xx日，在xx召开标准审查会。

二、标准编制原则和主要内容

2.1标准制定原则

在充分总结和比较了国内外发动机可靠性试验标准、调研了国内外对混合动力

汽车用发动机可靠性测试的基础上，参考了GB/T18297《汽车发动机性能试验方

法》、GB/T19752《混合动力电动汽车动力性能试验方法》、GB/T19596《电

动汽车术语》。本标准对插电式混合动力汽车用发动机的工作情况，经过一系列的

分析处理，形成循环负荷可靠性试验方法，对插电式混合动力汽车发动机使用比例

给出了推荐值，并给出了推荐加速考核工况，以及对试验边界进行了详细的规定。

以确保加速试验的有效性。

2.1.1通用性原则

本标准提出的《插电式混合动力汽车用发动机循环负荷可靠性试验方法》不仅

适用于插电式混合动力汽车用发动机，也适用于普通混合动力汽车用发动机，甚至

增程式汽车用发动机也可以根据其发动机工作占比参考使用。通用性高。

2.1.2指导性原则

本标准提出的方法能为插电式混合动力汽车用发动机和普通混合动力汽车用发

动机的台架可靠性考核试验提供指导作用。目前使用的GB/T19055对插电式混合

动力汽车用发动机和普通混合动力汽车用发动机的考核没有针对性，没有考虑其与

传统发动机的工作差别。而本标准是充分考虑了插电式混合动力汽车用发动机的工

作特性进行制定的，具有很好的针对性。

2.1.3协调性原则

本标准提出的方法与目前使用的国家标准中的方法协调统一、互不冲突。可以

视为对目前使用的方法进行补充。

2.1.4兼容性原则

2

本标准提出的插电式混合动力汽车用发动机循环负荷可靠性试验方法充分考虑

了广汽、长安、上汽、奇瑞、比亚迪等厂家的插电式混合动力汽车用发动机使用频

率和工作方式的差异性，以及燃料的差异性，具有普遍适用性。

2.2标准主要技术内容

本标准共分为8章，规定了插电式混合动力汽车用发动机循环负荷可靠性试验

方法和要求。内容包括范围、规范性引用文件、术语和定义、样机准备、试验要

求、试验条件、试验步骤及方法、试验报告。

2.3关键技术问题说明

本标准提出了一种针对插电式混合动力汽车用发动机可靠性考核的试验方法。

包括：

1）模拟起步后的热车加速试验工况，模拟发动机起动后未充分热机状态下的不

停机状态；

2）模拟起动阶段不能建立稳定油膜阶段的低油压加速考核工况，主要考核起动

过程中临界润滑状态下摩擦副的磨损，分为发动机为充分热机状态和充分热

机之后两部分；

3）模拟起动和停机阶段转速快速变化的动态工况，主要考核受惯性力比较大的

链系和轮系系统，分为发动机为充分热机状态和充分热机之后两部分；

4）最大机械负荷和最大热应力工况，加速考核发动机本体结构件的高周疲劳，

主要是因为混合动力汽车用发动机的工作负荷比传统发动机大的多；

5）冷热冲击工况，加速考核发动机的低周疲劳，主要是发动机在10年的寿命

周期内所经历的温度变化。

本标准同时给出了推荐验证时间T和标准路谱中车辆CS模式运行占比α，

各厂家可以根据实际需要进行试验周期t的调整。假如目标验证里程为l，则

试验周期t应为：

式中：

T——车辆CS状态下，完成推荐里程L的试验周期，T=700h。

L——推荐验证里程，L=350000km。

α——标准路谱（注：本文中选择CLTC作为标准路谱）中车辆CS模式运行占

比，当满电纯电续航里程小于100km时，α推荐值为：0.8；当满电纯电续航里

3

程大于100km时，α推荐值为：0.5。各厂家可以根据自家产品的实际CS模式

运行占比，或者与客户达成一致的CS模式运行占比进行调整。

l——目标验证里程，单位：km。

t——试验周期，单位：h。

有可靠性和置信度目标要求时，实际执行试验周期t’应再根据目标可靠度

R、目标置信度C、试验样本数n和试验寿命倍数Lv计算结果进行确定。

2.4标准主要内容的论据

本标准是基于整车CLTC循环工况，结合插电式混合动力汽车发动机的工作行

为，进行失效机理的分析，建立失效模型，计算等效里程，最终形成可执行的试验

工况的。其包含了插电式混合动力汽车发动机在全寿命周期内可能遇到的损伤。

1）模拟起步后的热车加速试验工况依据插电式混合动力汽车CS模式下，发动

机起动后需进行热机，直至发动机水温达到比较适合发动机工作的温度，

在此期间不会停机，但是又不需要动力输出，所以一直处于驻车充电工

况。考虑到整车35万公里（整车标准路谱为CLTC）期间所经历所有此状

态时间，在试验工况中提高发动机负荷，以起到加速考核作用，因不同厂

家的不同发动机参数不一致，故，在本标准中的，考核寿命倍数提高到

1.44倍，具体参考数据详见下表：

单循单循

总时对应寿命

工况环里总里程环时转速计算模型相对损伤

间PMAX倍数

程间

/kmkmhsr/min/bar//

台架试

/35000012.5251200404.608E+13

验工况

1.44

整车

14.47350000470.3701200183.199E+13

CLTC

2）考虑到起动阶段的损伤机理，模拟起动阶段分为两部分，第一部分为起动

初期发动机不能建立稳定油膜阶段的低油压加速考核工况，主要考核起动

过程中临界润滑状态下摩擦副的磨损情况，考虑到冷机状态和热机状态，

该部分又被分为两段进行，一段处于水温低于50℃的区间，一段在水温

95℃的区间。由于发动机转速n在时间跨度比较小的范围内正比于时间

t，而圈数N是转速n对时间t的积分，而将每次起动看作是相同的工况，

在整个寿命期间的起停所经历的临界润滑状态的损伤就是圈数N之和，试

4

验时为加速考核，选择临界润滑状态的机油压力，考虑到测功机系统的承

受能力，转速选择在发动机整车工作下的最低稳定转速，在本标准中的，

考核寿命倍数提高到1.32倍，具体参考数据详见下表：

单次每循

每公每循环每循环总低单个低

启停环总低油压总试

目标里里起冷启动热启动压运油压循寿命

工况低油低油对应转验循计算模型

程停次低油压低油压行时环圈数倍数

压时压时速环

数时间时间间倍数

间间

/km/ssssr/min/h///

台架

试验3500001/71522800210012.83220

工况1.32

整车

35000010.2///800/19.44/

CLTC

3）所以试验时在1200r/min（驻车充电转速），机油压力50kPa左右持续运

行（5+10）s实际0.2s升至900r/min，

4）第二部分为转速快速变化的动态工况，主要考核受惯性力比较大的链系和

轮系系统，考虑到冷机状态和热机状态，该部分分为发动机为充分热机状

态和充分热机之后两部分。由于每次启动平均历时不过零点几秒，时间跨

度较短，而发动机转速可从0上升至1000r/min以上。根据转速n在时间

跨度比较小的范围内正比于时间t，则在该负荷下，圈数N是转速n对时

间t的积分；试验时转速n从驻车充电转速升至在4倍驻车充电转速，历

时2s，目的是单次速度上升可以代替多个起动循环。在本标准中的，考核

寿命倍数提高到1.24倍，具体参考数据详见下表：

每个

每公动态动态动态冷启热启单个

单次总运试验总试

目标里里起启动工况工况工况动循动循试验寿命

工况启停行时循环验循计算模型

程停次转速变化起始终了环次环次循环倍数

时间间总次环

数时间转速转速数数圈数

数

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

台架

试验3500001//212004800168.024487221004320

工况1.24

整车

35000010.51500///97.2////13

CLTC

5

5）高周疲劳采用的是最大扭矩和额定功率工况，加速发动机的损伤，目标验

证里程350000km，采用miner累计损伤计算，在本标准中的，考核寿命倍

数提高到1.37倍，具体参考数据详见下表：

单循

总时单个总循单循环相单循加损伤倍

工况环里总里程计算模型相对损伤

间循环环对损伤速因子数

程

/kmkmhs//////

CLT166.67350000700120021006.086E+131.278E+17

13.491.37

CLTC14.47350000120941800241884.511E+129.352E+16

6）低周疲劳采用冷热冲击的方式，考虑的客户每天两个CLTC的使用频率，即

每天出行一次，停车一段时间，再返回。10年累计造成7300次冷热冲

击，为缩短试验时间，进行加速考核，提高出水温度，采用额定功率工况

使发动机充分热机，然后冷冲。根据科芬—曼森模型

式中：

L—寿命；

B—材料特征常数，对于铝合金，推荐取4；

ΔT—温差；

Tmax—绝对最高温度；

A—是与材料特性有关的常数，不随温度变化

f—循环频率，指单位时间（一般取24小时）内的循环数；

C—频率影响系数，参考值取1/3；

Ea—材料的活化能，反映出材料发生化学反应的难易程度;

R—玻尔兹曼常数，8.6171×10-5eV/℃，或8.314J∙K-1∙mol-1。

在本标准中的，考核寿命倍数提高到1.27倍，具体参考数据详见下表：

使用循环出水温度对应缸盖温度缸盖温试验寿命

工况总循环加速系数

年限频率低温高温低温高温差倍数

/年次/天次℃℃℃℃℃//

台架试验工

/7221002510530265240

况4.431.27

整车CLTC1027300259025248223

注：由于实际缸盖温度低于铝合金的金相转变温度，所以不用考虑高温老化造成的损伤。

6

2.5标准工作基础

编写组主要起草单位宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司是吉利汽车下属的全

资子公司，负责动力系统的研发、生产和销售等，具备完整的发动机开发设计、试

验验证、样品试制，以及生产制造能力。参与过多项的国家标准的制定工作，比如

GB/T18297、GB/T19055等。自项目开展以来，在国际标准、国外先进标准的研

究上投入了大量精力。更是在插电式混合动力汽车用发动机工作频次与占比，等效

考核方法上进行了大量研究，并取得了显著成果。本标准具有一定的先进性、通用

性、科学性和可操作性。

三、试验验证情况

验证使用吉利BHE15-BFD发动机，匹配吉利BX11PHEV车型，此车辆的纯

电续航里程小于100km。根据标准试验周期选择原则，耐久试验时间为560h。

试验在吉利动力总成试验中心A21电力测功机试验台架上进行，试验日期为：

2023/7/18-2023/8/24。

试验过程采用电磁阀进行机油压力控制，从主油道泄压，然后回油至油底壳

内，以实现低机油压力。控制系统如下图所示：

试验用电磁阀机油泄压旁通走向（红色线所示）

7

单循环试验工况运行曲线图如下：

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

时间[s]

单个循环试验工况运行曲线

耐久试验运行过程监控曲线（额定工况）如下图所示：

8000

7000

6000

SPEED[r/min]5000

135

130

125

110120校正扭矩[N·m]

108

106

104

出水温度[℃]

102

400

380

360

340

机油压力[kPa]