为应对乘用车第四阶段油耗法规,各大车企均大力发展新能源汽车和节能汽车,其中混合动力系统是一个研究热点。但目前国内自主混合动力汽车多采用传统奥托循环发动机,与丰田混合动力系统等采用的Atkinson循环发动机相比仍存在热效率低等问题。针对该问题,本文基于某B级车专用混合动力开发平台,深入开展了Atkinson循环发动机结合高压缩比的性能研究和应用匹配研究,以期获得更高的发动机热效率和更低的整车油耗。首先,在原有2.0L自然吸气发动机的基础上通过增加活塞顶凸台减小余隙容积的方法实现压缩比从10到13的提高,进行进气门升程曲线的选型分析,并采用一维和三维仿真相结合的方法研究进气门晚关(LIVC)对发动机热效率和缸内流动状况的影响,该过程中引入了Atkinson率使LIVC与理论循环热效率的关系更加明晰。结果表明,适当延长进气门开启持续期可以有效降低发动机的燃油消耗率(BSFC)。LIVC一方面会降低泵气损失,增大燃烧定容度,另一方面会降低发动机的理论循环热效率,所以合理设置LIVC角度是实现发动机高热效率的关键。然后,基于上述研究,采用遗传算法对发动机设计参数进行优化。结果表明,实现Atkinson循环后,发动机全负荷范围内大多数工况点的油耗都有明显改善。外特性扭矩在不低于原机80%的前提下,优化后外特性(WOT)最低燃油消耗率相对于原机下降12.4g/(kW?h),该工况下燃油消耗率的最大下降幅度为13.5%。万有特性最低燃油消耗率下降10.4g/(kW?h),低油耗区域相对于原机向更小负荷和更低转速扩展,有利于发动机在整车匹配后工作在高效率区。最后,为使Atkinson循环发动机高热效率的优点在混合动力汽车上充分发挥出来,针对该Atkinson循环发动机开发基于确定规则的混合动力模式切换和能量分配策略,保证发动机工作在高热效率区域。在该B级车平台上建立整车前向仿真模型对混合动力系统进行模拟研究。结果表明,所设计的基于Atkinson循环汽油机的混合动力系统满足整车动力性设计要求,其工作区域主要集中在低油耗区内,并且与搭载奥托循环发动机的系统相比,整车循环工况油耗下降0.52L/100km。