在电动汽车增程器发动机的开发和应用中，噪声问题是最大的挑战之一。FEV发动机技术公司为增程器发动机制订了一个专门的运行策略，借助于此项策略，增程器发动机的NVH(噪声、振动和不平顺性)性能可获明显的改善。
插电式混合动力车具有特殊的意义
当前关于CO2的剧烈讨论已经唤醒了人们关于汽车动力总成电气化的愿望。人们设想将来能够利用可再生能源获得电力，而且这种电力可以满足将来我们的出行需求而几乎对环境没有任何不利影响。这种愿景当然是十分迷人的。
一个急速变革的阶段已经开始。一方面，汽车本身必须有所变革；另一方面，为了使用这些汽车所必需的基础设施也必须准备好。汽车方面，除了纯电动汽车以外，那种拥有可利用市网充电的蓄电池、既能纯电动驱动又能利用内燃机驱动的所谓插电式混合动力车具有特别重要的意义。当前必须回答的问题是，各种增程器概念是否能打开市场销路及其在NVH特性方面是否能为客户所接受。但事实上这个问题还没有得到回答。FEV发动机技术公司以该公司自己开发的插电式混合动力汽车为基础研究了增程器发动机的噪声问题。
增程器的定义
人们最常提出的与蓄电池驱动的汽车相关的问题是：“这辆汽车能开多远？”这个问题反映出潜在的客户那种潜意识下的恐惧：有朝一日这辆汽车要是因为蓄电池的电力用完而趴下了，怎么办？人们上路的时候难免要考虑再三。因为用于汽车空调的能量也取自蓄电池，打开空调就会缩减续驶里程，所以打开空调时也会提心吊胆。从目前的观点来看，对这个问题最好的答案是采用内燃机作为增程器，因为内燃机实际上可以达到与蓄电池无关的续驶里程。这将使终端客户更加容易接受电动出行。
目前用途有限的纯电动汽车看来注定只能用于都市内的出行。如要扩大应用范围，就要求采用增程器发动机，它有助于增大应用范围。FEV公司锂离子蓄电池电动汽车的续驶里程可通过油箱加油而从纯电动模式续驶里程80km提高到300km。由此得出对这种增程器内燃机的特殊要求如下：
·尺寸小
·重量轻(50kg左右)
·价格低(1000欧元左右)
·有限的功率范围(20kW~35kW)，最大行驶功率将以纯电动方式达到
·卓越的NVH特性
·可以按照选项供货。
对于都市用的电动汽车而言，增程器内燃机与电机做成串联的结构形式。反之，对于较大级别的汽车而言，则优先考虑蓄电池能量较大的全混合动力(插电式混合动力)。这样，使得这个级别的汽车也能用作可通过市网充电作纯电动运行的都市用汽车，见图1。
NVH的目标值
电动汽车与传统的内燃机汽车相比，其NVH特性有很大的差异。与传动相关的噪声是高频噪声，而且相当低。滚动噪声由地面引起，随着行驶速度的增加而增大，不因动力总成的变动而变动，通常在100km/h以上起决定作用的风致噪声也是如此，见图2。因此，对电动汽车而言，低速行驶时的舒适性明显地得到了提高，同时对环境噪声会更趋敏感。给电动汽车加上内燃机之后，在内燃机起动、加速时，动力总成电气化带来的这种积极效果突然终结。从客户那儿征求得到的他们对增程器发动机提出的NVH目标值显然与已经拟定的要求不相符合：
·“不能有可觉察到的附加振动”
·“就像一台普通的怠速中的汽油机”
·“我想象应该就像一台电冰箱那样，它自己开了，又自己停了，整个过程中只是发出轻微的嗡嗡声”
·“不能像单缸发动机那样发出哒哒的响声”
·“不能像小型摩托车那样狂吼”。
如果将这些说法转换成技术上的目标值，那就意味着，应当提供20~35kW的发动机功率而不能有明显的振动，而车内噪声的声压级不能超过40dB(A)。为了找到一台在NVH方面可以接受的发动机，还必须考虑其他因素。在停着不动或者低速行驶的汽车中，一台高速旋转的发动机听起来总让人觉得反常(“汽车好像马上就要冲出去的感觉”)。如果增程器发动机的缸数较少，那么转速较低时可以明显地听到各个气缸内的燃烧噪声。利用滚动噪声和风致噪声的掩蔽作用，得出了增程器发动机引起的与车速有关的车内声压级目标值分布带，不考虑特殊的频谱掩蔽效应，见图2。
发动机结构型式
用作增程器发动机的，除了三个气缸以下的往复活塞发动机以外，还可考虑旋转活塞发动机。从长远来看，燃料电池因其能提供低噪声的能源而拥有最大的潜力。对这些动力装置适用性的概念层面上的评估，要从成本、生产的难易程度、重量、占用空间的大小、燃料消耗、排放和NVH等多方面来进行。单缸式旋转活塞发动机作为内燃机的一种，在体积、重量和NVH方面都比小型往复活塞式内燃机享有优势。尤其是，单缸发动机从NVH的角度来看如果没有进一步的改善措施跟上的话，那就只能归入不宜采用之列。图3示出了不同的增程器模块整合到电动汽车中去的各种方案。
根据FEV-VINS传递途径分析可以得出动力总成激发的车内噪声的基本成分。其中又可以分成固体声和空气声。
固体声
发动机的振动就是固体声，可以在车厢内听到——此类振动往往在1kHz的频率范围内主宰车内噪声——同时还导致转向盘和座椅的振动。反之，发动机的整体固体振动对于车外噪声则无甚贡献。气体力和惯性力激励的振动之间存在根本的区别，见表2。当转速在3000r/min以下时，气体力激励的振动占主导地位；而在高转速下，惯性力则因其与转速的平方成正比而占主导地位。具体情况还跟负荷与发动机构造原理有关。
所以，在制定发动机概念的时候，必须准确地了解运行策略。在内燃机中，作为对周期性气体力的反作用力，会形成绕曲轴作用的瞬变的翻转力矩。提高飞轮质量——这里通过尽可能刚性地连接的发电机而得以实现——虽然降低了曲轴转动的不均衡性，但却不能降低整个发动机的翻转运动。就算是以低振动著称的旋转活塞发动机，也会产生与发动机一阶振动的频率一致的、绕曲轴轴线的明显的翻转运动。在这一点上，跟以往一样，多缸机有其优点。FEV公司在这一领域内推出了多个创新的解决方案，以减少整个增程器单元由气体力的反作用力所引起的运动。增程器单元的一个特点是没有外部的静扭矩，这是因为内燃机的扭矩直接被发电机吸收了。
特别是对于功率密度很高的紧凑型增程器单元来说，需要很高的运行转速。这里推荐采用未被平衡的惯性力很小的发动机，旋转活塞发动机是最理想的，甚至可以说是没有未平衡惯性力的。如果在技术上再多下些功夫的话，可以利用众所周知的平衡系统对未平衡惯性力和惯性力矩进行补偿。
为了支承整个增程器单元，必须准备好具有足够的动态车身输入刚度——例如107N-mm——的联结点。为此，必须按照其在汽车中的安装位置额外地提高车身的刚度。带两个在空档旋转轴上的支承轴承和一个柔软的摆动支承的三点支承方案是很有价值的。这个柔软的摆动支承上没有静扭矩，只是用来减少在道路造成不平顺和汽车加速时增程器单元的运动。
空气声
增程器单元典型的空气声声源是直接的发动机噪声、进气噪声和排气噪声。这些对于外部噪声来说都是决定性的，而且对内部噪声有贡献。迄今为止的所有研究都表明，发电机的噪声是由例如电磁场的激励引起的，与内燃机噪声相比微不足道。
直接的发动机噪声由机械噪声和燃烧噪声组成。除了对发动机结构进行优化以外，隔声罩也是一种好办法。充量交换元件除了对空气进行过滤和对尾气进行净化以外还有一项任务，就是降低喷射噪声。特别是在排气侧，这是一项极大的挑战，因为它要比进气侧高出可达20dB之多。由单缸机和两缸机引起的强烈且低频的脉动激励在低速下每一次都可被耳朵分辨出来。为了管住这种激励，要求很大的体积，还需要截面积的突变，同时所需的安装空间相当地大。气口控制的单缸式旋转活塞发动机会产生极大的排气冲击，同时激励消声器结构发出吵闹的声响。
运行策略
跟混合动力汽车类似，运行策略为NVH的优化提供了一个附加的自由度。所以要对增程器发动机功能优化策略和声学优化策略的匹配进行具体的研究。除了提供电功率，增程器发动机还能够为蓄电池和车厢内部的空调承担热学任务。
初步匹配利用增程器发动机的静态工况点进行，增程器发动机在蓄电池的荷电状态低下时开动。很快就会发现，汽车停住和以30km/h以下的车速低速行驶时，从NVH的角度来看，应当尽可能避免开动发动机，因为发动机的噪声不能充分地被行驶噪声所掩蔽，见图2。
就是驾驶者能够通过运行模式选择开关将增程器发动机的运行模式预先设定为“自动”、“电动”和“续驶里程”。新的运行策略从NVH的角度来看有了明显的进步。因为增程器发动机只有在由其产生的能量直接被行驶电机所吸取而不必以电能的方式储存在蓄电池中的时候才能获得最佳的效率，所以运行特性实际上是通过油门踏板而与扭矩调节器相耦合的。此时遵循图4的驱动策略。
1.车速低于30km/h时，只要没有强制性的要求(热管理、蓄电池荷电状态方面)，增程器发动机不开动
2.车速介于30~50km/h之间的迟滞区域，采取起/停装置运行策略
3.车速介于50~100km/h之间时，车速伴随着增程器发动机转速从下运行转速增加到上运行转速的过程而线性增加
4.车速超过100km/h时，以增程器发动机的上运行转速运行(增程器发动机达到在噪声掩蔽区域的最大功率)。
这个策略的特点是最大程度地利用行车噪声的掩蔽作用。除此以外，节气门位置与油门踏板密切相关。这些给人留下的深刻印象是，增程器发动机的转速取决于车速。汽车倒拖滑行时，节气门关闭，借此不仅对增程器发动机的噪声与负荷的关系施加了积极影响，而且还通过增加了行驶电机和增程器单元的制动能量回收作用而避免了不想看到的电功率峰值。
从NVH的角度来看，将增程器内燃机整合到电动汽车中去是一项巨大的挑战。对成本、重量、功能、占用空间的大小、燃料消耗和排放的严格要求似乎不能与各项指标都不超越的愿望共存。但是经过两年的开发，获得了令人满意的结果，实现了互相矛盾的目标。除了一种对其功能进行过优化的、概念层面上具有创新意义的增程器单元解决方案以外，有待选择的运行策略也提供了可用于实现所期望的NVH特性的又一个自由度。
笔者以为，德国FEV公司对插电式混合动力汽车增程器发动机在NVH方面独到的研究，至少有以下几点是值得借鉴的：
·插电式混合动力汽车在电动模式下运行时噪声很低，所以用作增程器的发动机的噪声更加需要关注。
·插电式混合动力汽车在电动模式下运行时，滚动噪声和风致噪声对车内噪声的贡献占有重要地位，所以，利用滚动噪声和风致噪声来对增程器发动机的噪声实施掩蔽，便成了一项重要的NVH对策。而滚动噪声和风致噪声是随着车速增加而增大的，所以由增程器发动机引起的车内声压级目标值分布带应该随着车速而变动。
·增程器发动机的转速和功率要根据不同的车速范围采取不同的控制策略，而且要对两者设置限值，以充分利用滚动噪声和风致噪声对增程器发动机噪声的掩蔽作用。
·增程器单元没有外部的静扭矩，这是因为内燃机的扭矩直接被发电机吸收了。
·增程器发动机的各种结构类型之中，旋转活塞发动机是最理想的，因其未被平衡的惯性力很小。
·为了控制增程器单元造成的噪声，车身必须具备更高的动态输入刚度。