混动专用发动机（DHE）开发理念与架构选择

如果把一台车比作一个人，那么发动机就是心脏。在混动时代，这颗"心脏"正在经历一次根本性的重塑。

2025年，中国新能源乘用车渗透率突破50%，其中插混和增程车型贡献了超过一半的增量。几乎每个主流车企都拿出了自己的混动系统——比亚迪DM-i、吉利雷神、长城柠檬、奇瑞鲲鹏——而这些系统背后，都站着一台专门为混动量身打造的发动机，也就是DHE（Dedicated Hybrid Engine，混动专用发动机）。

本文从工程开发的视角，系统讲解DHE的核心理念、关键技术方案和架构选择方法论，希望能为从事混动系统开发的同仁提供一些有价值的参考。

一、DHE与传统发动机的本质区别

先看清一个问题：传统发动机和DHE的根本差异在哪里？

传统发动机的设计逻辑是"全工况覆盖"。从怠速800rpm到红线6000rpm，从起步爬坡到高速巡航，发动机必须在整个MAP（脉谱图）范围内都提供可接受的动力输出和驾驶体验。这种"万能"要求迫使工程师在低效区和高效区之间不断妥协。

DHE的设计逻辑恰恰相反——"让发动机只做它最擅长的事"。混动系统中有了电机的存在，低速扭矩不足？电机补。瞬态响应迟滞？电机顶。怠速抖动？让发动机直接停机。发动机终于可以"挑活儿"了——只在自己最高效的转速和负荷窗口内工作。

图1：传统发动机（全工况覆盖，高效区分散）与DHE（窄窗口聚焦，高效区集中）的工作范围对比

从五个核心维度来理解两者的本质区别——工作转速域、扭矩需求、瞬态响应要求、附件驱动方式和优化目标，每个维度都在指向同一个结论：DHE不需要面面俱到，它只需要在自己负责的那个小窗口内做到极致。

这个"窗口"一般在什么位置？以量产DHE为例，最高热效率点通常出现在2000-3000rpm、BMEP 12~16bar的区域。对这个"靶心"进行定向优化，DHE工程师可以做的事情比传统发动机多得多——比如把压缩比推到15:1以上、用超高EGR率、采用极稀薄燃烧。这些在传统发动机上不敢想的事情，在DHE上变成了标准操作。

二、DHE开发核心理念

DHE开发不是简单地在传统发动机上加几项节油技术，而是需要从底层设计理念上做四个关键转换。

2.1 高效区聚焦设计

传统发动机的MAP优化是一个"填坑"的过程——把全工况范围内的油耗都尽量压低，但为了照顾低速大扭矩和高速功率，总要牺牲一部分区域的效率。DHE工程师的做法完全不同：先把高效靶心位置标明，然后所有设计决策（进气道形状、凸轮型线、压缩比、EGR系统）都围绕这个点展开。

举例来说，一台传统发动机可能需要在2000多个工况点上做折衷优化，而一台增程器DHE只需要在3-5个工况点上追求极致效率。这意味着气门升程曲线、点火提前角、喷油正时等参数都可以为这些特定工况量身定制。

2.2 附件电气化与寄生损失消除

传统发动机的附件（水泵、空调压缩机、真空泵）通过皮带从曲轴取力，转速和发动机转速绑定，任何时候都在消耗能量。在DHE上，这些附件全部改为电驱动。

电子水泵：按冷却需求独立控制转速，冷启动阶段甚至不转——不消耗能量，同时帮助发动机更快达到工作温度。暖机时间缩短，摩擦损失降低，油耗和排放双双受益。

电动空调压缩机：发动机停机时空调照常制冷，无需发动机启动。

电动真空泵：制动系统不再依赖发动机进气歧管真空度。

量化收益附件电气化可将寄生损失降低3%~5%的燃油消耗。在NEDC循环中，这对应约0.2~0.4L/100km的节油效果。

2.3 Ultra-Lean Burn（极稀薄燃烧）可行性

传统汽油机之所以不敢大规模做稀薄燃烧，核心原因是扭矩响应——稀薄燃烧时火焰传播速度慢，发动机对负荷变化的响应延迟，直接影响驾驶性。但在DHE上，这个限制不复存在：电机的扭矩响应速度是毫秒级的，完全可以填补发动机扭矩输出的"空窗期"。

这意味着DHE可以长期稳定运行在λ=1.3~1.5甚至更高的过量空气系数下，配合预燃室点火技术，热效率可以进一步提升2~3个百分点。这是传统自然吸气发动机无法实现的。

2.4 积分控制策略——与电机深度协同

DHE开发中最核心的理念转变：开发重心从"发动机本体MAP优化"转向"发动机+电机系统效率优化"。

在混动系统中，发动机不需要独立满足任何动力请求。它只需要沿着一条"效率线（Efficiency Line）"运行——这条线是发动机在各个转速下BSFC最低的负荷点连成的曲线。系统根据整车功率请求，动态决定发动机的启停和输出点，扭矩的盈余部分用来发电存进电池，不足部分由电机补充。

这个控制策略在工程上的影响是深远的：发动机标定的目标不再是"在所有工况下平顺可控"，而是"在效率线上稳定可靠"。标定工程师从优化整张MAP变成了优化一条线、甚至几个点。

三、DHE关键技术方案

核心理念落地需要具体的技术方案支撑。以下是DHE开发中最关键的四个技术领域。

3.1 Atkinson/Miller循环应用

这是DHE最具标志性的技术特征。无论是丰田的THS、比亚迪DM-i还是本田i-MMD，背后的DHE无一例外地采用了米勒/阿特金森循环。之前的文章中有过较为详细的介绍。

阿特金森循环：如何成为混动发动机的省油密码？

Atkinson循环的核心逻辑是"膨胀比大于压缩比"。通过延迟进气门关闭时刻（LIVC），活塞上行压缩时有一部分混合气被推回进气歧管，实际参与压缩的混合气减少（有效压缩比降低），但做功行程中活塞下行距离没有变——膨胀比保持不变。结果是：同样的燃油，做了更多的功。

当然代价是存在的——低速扭矩变差，因为有效压缩比降低后实际压缩功减少。但在DHE中，这个代价被电机完美化解：低速时纯电驱动，发动机不需要输出扭矩。

Miller循环与Atkinson循环本质相同——都是实现"膨胀比大于压缩比"——但实现方式略有区别：Miller循环通过进气门早关（EIVC）来实现，配合增压器弥补充气效率的损失。因此Miller循环更适合涡轮增压的DHE方案。

量产案例对比

3.2 高压缩比设计

传统汽油机的压缩比上限通常在~13:1，再高就会面临爆震风险。DHE可以轻松推到14:1~16:1，原因有三：

第一，DHE运行在稀薄燃烧区域内，过量空气降低了缸内燃烧温度，爆震倾向减弱。第二，外部冷却EGR进一步降低燃烧温度，作用类似"水冷防火墙"。第三，电机承担了加速和爬坡的负荷请求，发动机没有剧烈的负荷瞬态，避免了最危险的爆震触发场景。

高压缩比带来的直接收益是热效率每提升1%，压缩比大约需要提高1.5~2:1。从13:1推到15.5:1，热效率可以提升约1.5~2个百分点。

3.3 废气热管理

DHE因为频繁启停，催化器起燃是一个独特的工程挑战。传统发动机启动后几十秒内靠排气热量快速加热催化器，但DHE可能只运行几分钟就停机，再启动时催化器已经冷却。

解决方案包括：排气近端紧耦合催化器（ccSCR）让催化器尽量靠近排气门缩短起燃时间；电子加热催化器（EHC）在冷启动前用电预加热催化器；缸盖集成排气歧管利用废气余热加速暖机并同时给EGR冷却器提供高温源。

3.4 超低摩擦技术包

既然DHE的工作窗口很小，每一个百分点的效率损失都会被放大。DHE通常搭载一整套低摩擦技术：

低张力活塞环：油环张力从传统设计的30N以上降低到15~20N，搭配PTFE涂层进一步降低摩擦。曲轴轴承采用高分子涂层轴承，减少轴瓦与曲轴之间的摩擦系数。配气机构全部采用滚子摇臂+低摩擦力弹簧，凸轮轴与摇臂之间的滑动摩擦变为滚动摩擦。

量化收益超低摩擦技术包可将发动机摩擦功降低15%~20%，对应油耗降低2%~3%。对于一台热效率43%的DHE来说，这相当于把热效率推到44%以上。

四、DHE架构选择方法论

这一个关键问题：不同类型的混动架构，应该选择什么样的DHE？

4.1 主流混动架构回顾

图2：三种混动架构的能量流和DHE工作模式——串联/并联/混联对DHE的工作窗口要求不同

串联（REEV）：发动机只发电，不直接驱动车轮。发动机的工作范围理论上可以压缩到一个最优功率点上。这是对DHE最"友好"的架构——不需要考虑直驱的工况，可以追求极致的单点效率。代表车型有日产e-Power和理想L系列增程。

并联（P2/P3）：发动机和电机都可以直接驱动车轮。发动机需要覆盖一个较宽的转速/负荷范围（从低速辅助到高速巡航），对DHE高效区的宽度要求比串联更高。

混联（PS/DHT）：通过行星齿轮或DHT变速箱实现发动机功率的灵活分流。发动机在串联模式下可以单点高效运行，在并联/直驱模式下又需要覆盖一定范围的工况。这是一种"既要单点高效，又要宽MAP"的折衷需求——对DHE的要求在三者中最高。

4.2 架构选择决策框架

4.3 选择建议

如果目标是"增程器"：发动机工作范围极窄，优先追求单点极致热效率。Atkinson循环+超高压缩比+外部EGR是标准组合。无需增压器，因为低扭不足根本不重要——电机来补。

如果目标是"混联DHT"：发动机需要覆盖多个工作模式（纯电、串联混动、并联、直驱），需要更宽的高效MAP。Miller循环+增压器更适合，因为增压可以扩大高效区的转速范围。

核心原则：先定义混动架构和控制策略，再逆向定义DHE的技术规格——而不是先有发动机再适配混动系统。这个顺序一旦搞反，开发效率和最终系统效率都会大打折扣。

五、DHE开发流程与传统发动机的差异

DHE开发不仅仅是技术方案的改变，更是开发流程的全面重构。

图3：传统发动机（发动机为中心）与DHE（系统为中心）开发流程对比——3个关键差异点

关键差异一：出发点不同。传统发动机开发从概念设计和热力学开发开始，先定义排量、缸数、布置形式，然后做燃烧系统开发。DHE开发从"整车能耗目标→系统架构仿真"出发，先搞清楚在目标车型上，要达到什么样的NEDC/WLTC油耗，需要发动机在什么工况下以什么效率运行——然后才定义DHE的具体规格。

关键差异二：优化目标不同。传统发动机标定的最终目标是"发动机BSFC越低越好"。DHE标定的目标是"系统能耗越低越好"——发动机可能在某个工况点BSFC不是最低，但如果在这个点运行能让电机高效工作、让电池SOC保持在最优区间，系统整体能耗反而是最低的。标定工程师需要跳出"发动机MAP优化"的思维，从系统层面做全局寻优。

关键差异三：开发工具不同。传统发动机开发主要靠台架标定和实车验证。DHE开发需要建立"发动机+电机+电池"联合仿真模型（通常使用Matlab/Simulink + GT-Suite），在虚拟环境中完成系统级的效率仿真和优化，大幅降低实车标定的工作量和时间成本。

六、行业前沿与未来趋势

6.1 热效率突破45%的路径

目前量产的DHE最高热效率在43%~44%之间（吉利雷神BHE15为43.32%，比亚迪骁云为43%）。突破45%需要以下技术的工程化落地：

预燃室稀薄燃烧（λ>2.0）：预燃室产生的火焰射流加速主燃烧室的火焰传播，允许在超高稀薄条件下稳定燃烧。马自达Skyactiv-X SPCCI技术已经验证了这条路线的可行性。配合同济大学等研究机构的预燃室点火系统，热效率可望达到47%以上。

超高压缩比（>16:1）+ 抗爆震燃料：当压缩比超过16:1时，传统汽油的爆震倾向变得难以控制。甲醇、乙醇掺混燃料的辛烷值更高（甲醇RON>106），燃烧温度更低，可以有效抑制爆震，让DHE实现更高的压缩比和热效率。

低温燃烧（HCCI/PCCI）工程化：均质压燃（HCCI）理论上热效率可达50%以上，但燃烧相位的精确控制是量产难点。DHE的稳定运行工况恰恰为HCCI提供了一个比传统发动机更好的应用场景——转速和负荷变化平缓，燃烧控制更容易。

6.2 DHE与合成燃料（e-Fuel）的结合

这是一个很有想象力的方向。合成燃料的物理化学特性可以根据发动机需求"定制"——比如针对DHE的高效工作窗口，设计一种燃烧速度更快、自燃温度更低的燃料配方，让发动机在压缩比>18:1、λ>2.5的极端条件下稳定工作。宝马、保时捷已经在布局e-Fuel专用发动机的开发。

6.3 DHE平台化策略

行业趋势是构建DHE平台——1.5L和2.0L两个排量级别，共用核心零部件（活塞、喷油器、VVT系统），通过电机功率和电池容量的差异覆盖从A级到C级的全系车型。比如吉利雷神已经做到了1.5L DHE+不同功率电机覆盖银河L6到L9。平台化的核心逻辑在于：DHE本身不是最终产品，混动系统才是——发动机只是系统中的一个零件。

展望2025~2030年，DHE热效率将从当前的~43%逐步提升至47%~50%。推动这一进程的关键技术突破将来自预燃室稀薄燃烧、超高压缩比、智能热管理和燃料定制。同时，DHE的开发范式将从"物理台架验证驱动"全面转向"数字孪生仿真驱动"——系统仿真模型将成为DHE开发的核心工具，而不是辅助工具。

图4：DHE系统效率优化鱼骨图——六大技术分支汇聚到系统最高效率目标

七、总结

DHE不是传统发动机的改良，而是从开发理念到技术架构的重新定义。它背后的核心思维转变可以浓缩为一句话：从"让发动机在全工况下都好用"到"让发动机只在最高效的区间工作，其余交给电机"。

对于正在从事混动系统开发的工程师，以下四条实操建议值得记住：

关键要点

• 先系统后发动机：先建系统仿真模型（发动机+电机+电池），根据整车能耗目标反推DHE的技术规格——顺序决定成败

• 标准技术包：Atkinson/Miller循环 + 高压缩比（14:1~16:1）+ 附件电气化 + 超低摩擦是DHE的标准配置

• 标定思维转变：跳出"发动机MAP优化"的传统思维，从系统层面做全局寻优——发动机BSFC最低≠系统能耗最低

• 定位要清晰：DHE不是最终产品，混动系统才是——发动机只是系统中的一个零件，开发流程和团队架构都要为此服务

混动时代正在深刻改变发动机的"人设"——它不再是驱动系统的唯一主角，而是和电机。