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节能减耗七大技术利器发动机趋势分析

节能减耗七大技术利器 发动机趋势分析

【中国机械网】讯  国务院2012年颁发的《节能与新能源汽车产业发展规划》提出,到2015年乘用车平均燃料消耗量要降至6.9升/百公里,2020年要降到5升/百公里。从目前的形势来看,也许各大整车厂的技术储备满足2015年6.9L/100km的要求并不难,但在未来的5年内要将油耗降低近30%实非易事。据罗兰贝格统计,目前市面上80%以上的动力系统必须经过大的升级或换代才能满足法规要求,而将近50%的发动机将会被彻底淘汰。

时下看来,混合动力和纯电动车由于低油耗和低排放是未来的发展趋势,但成本过高也是不得不面对的问题。且法规要求乘用车的“平均”油耗要在2020年降至5.0L/100km,这意味着对于销量较小的混合动力和电动车(虽然政策偏向,销售量可乘以一个系数)的低油耗,甚至零油耗对于整体来说只是杯水车薪。那么,哪些才是低成本的满足2020年油耗法规的技术呢?

1、小型增压化

汽油机小型增压化是目前发展的趋势,也是具有满足油耗和排放法规潜力的技术。一般来说,涡轮增压都是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮,涡轮带动同轴的叶轮,叶轮压缩输送由空气滤清器管道来的空气,使之增压之后进入气缸。当发动机转速增快,废气的排出速度与涡轮转速也同步增快,叶轮又压缩更多的空气进入气缸,空气的压力和密度增大可以使更多的燃料充分燃烧,相应的增加燃料量和调整一下发动机的转速,就可以实现增加发动机的输出功率了。需要同样扭矩和功率驱动的车,相比使用自然吸气发动机来说,涡轮增压则可以采用更小的排量,而排量越小,油耗则越低。

以大众EA211发动机为例,1.4TSI发动机的最大功率为96kW,最大扭矩为225Nm,油耗为5.9L/100km(Golf),同样的车型自然吸气发动机1.6L的最大功率81kW,最大扭矩为155Nm,油耗却为6.3L/100km。由此可见,汽油机小型增压化有着巨大的节油潜力。且大众正在开发的1.2TSI发动机相信能有更大的节能潜力。去年底沃尔沃发布的全新Drive-E三缸涡轮增压汽油发动机,这款排量为1.5升的涡轮增压发动机重量仅99公斤,最高输出功率132kW(180马力),扭矩达到265Nm,官方表示这款发动机的二氧化碳排放完全能满足未来欧VII排放目标。宝马也将自己的1.5T直列三缸发动机第一次用到了刚刚发布的二系旅行车上。而福特1.0升EcoBoost发动机自问世以来已先后将14个世界顶级奖项收入囊中,三次获昆明军海医院治疗癫痫怎么样得“国际年度发动机”大奖,可谓是小型增压发动机的集大成者。

2、缸内直喷进气道喷射

缸内直喷就是喷油嘴直接将燃油喷入气缸内与进气混合的技术,相比进气道喷射,缸内直喷由于能更精准的控制喷油量和喷油时刻,因此油气的雾化和燃烧效率提高,且缸内雾化燃油的汽化潜热能降低缸内温度,可以容忍更大的压缩比,从而提高热效率。综合各方面的因素来看,缸内直喷具有很大的节油潜力。但在起动和低负荷阶段,由于缸内局部过稀的混合气在高温下容易产生NOx,而局部过浓的混合气容易产生颗粒物,对三元催化器的要求更高。因此,缸内直喷和多点电喷两套喷油系统相结合,则能在满足排放法规的基础上,降低油耗。

丰田D-4S拥有两套喷射系统,除了缸内直喷的喷嘴以外,还在进气歧管内设计了一个喷嘴。双喷射系统可以根据行驶状况在直接喷射与气道喷射之间进行智能切换,确保全路况高效的动力输出和最佳的燃油经济性。发动机冷启动时,采用进气歧管喷射;低中负荷时,采用混合喷射,提升扭矩,降低油耗;高负荷时,采用缸内直喷,提升功率。同样,大众也在研发类似的双喷射系统,不过大众的创新点还在于加大喷油压力。通过双喷射系统,直喷发动机的积碳问题也得到了很好的解决,这也成为直喷技术新的发展方向。

3、起/停、闭缸等技术

起停技术

发动机起/停就是在车辆行驶过程中临时停车(例如等红灯)的时候,自动熄火。当需要继续前进的时候,系统自动重启发动机的一套系统。起/停技术是这几年来发展最迅猛的汽车环保技术,特别适用于走走停停的城市路况,这套系统能在城市工况下达到15%的节油能力。尤其对目前我国油耗法规测试循环NEDC来说,起/停具有很大的降低测试油耗的潜力。闭缸技术又被称为主动气缸管理技术,是指在低负荷下,供油系统停止向某些气缸喷油,从而相当于降低排量,从而达到节油的目的。一般在启动运行时,虽然只有两个气缸在运行,但性能上也能像四缸同时工作一样,也并不会影响到发动机的平顺运行。而当我们再次踩下油门踏板时,两个气缸就会重新启动并运行。其他的技术还有可变配气机构等,这些技术的综合运用,油耗可降低15%左右。

闭缸技术

其中,大众的ACT(气缸关闭系统)、本田的VCM(可变气缸管理系统)和克莱斯勒的MDS(Multi-Displacement_System)均属此列。其中搭载闭缸技术的大众EA2111.4T发动机的最低油耗官方宣称可达到3.9L/100km,满足2020年的油耗法规已不成问题。

4、高效率变速箱

变速箱的主要作用是改变传动比,扩大驱动轮转矩和转速的变化范围,以适应经常变化的行驶条件,同时使发动机在有利(功率较高而油耗较低)的工况下工作。理论上来说,不管是自动变速箱或是手动变速箱,变速箱档位越多,越接近最佳换挡位置,越能工作在最经济区间。但同时档位越多,变速箱的结构越复杂,传动部件越多,传动效率会降低。因此,高效率的变速箱是两者的折中,档位数适中、结构简单、换挡响应快、冲击小。

ZF(采埃孚)生产的9个前进挡的自动变速箱,已率先搭载到Jeep自由光/自由侠和新款路虎极光上。相比于现在市场主流的横置6挡变速器,采埃孚的9HP可以额外降低油耗10%-16%。大众的DSG变速箱也是其中的佼佼者,尤其是最新研发的10速DSG可谓是到了登峰造极的地步,但由于成本和重量的限制决定了多速的变速箱只能用在中大型车上,在紧凑型车上则会更多的权衡成本与效率的关系。

5、轻量化

轻量化始终是汽车工程师所追求的目标。众所周知,整车质量越轻,油耗越低。而动力总成的轻量化也是其中很重要的一块。铝合金缸体现在也算不上是新技术,在很多量产车上都已普及,但是铝合金缸体重量轻,导热性良好,冷却液的容量可减少,对于降低油耗也是有很重要的意义的。

日产CVT7变速箱的首次采用副变速箱技术,这一创新之举既缩小了变速器的体积又增加了速比。由于将前后切换装置与副变速器一体化的设计,同时采用更小的主、从动带轮,从而实现小型化、轻量化。这款变速箱在原来基础上,减少了10公斤的重量。

大众最新的EA2111.4T发动机甚至将排气歧管集成在缸体中,一方面降低了零件数,另一方面降低了重量,从而达到省成本和节油的双重目的。

6、48VBRS系统

48V能量回收助推系统(BRS)是博世的最新解决方案,该48V的系统比起动/停止系统更先进,并能缩小郑州军海癫痫病医院评价与混合动力车辆之间的巨大差距。BRS应用于价格竞争极为激烈的紧凑车型。换句话说,BRS必须价廉且高效。这点可以通过简化其部件得以实现。其电机可支持发动机提供10kW的额外动力)。电机助力发动机时,0.25kwh的电池处于放电状态。但在随后的刹车过程中,部分车载网络将在48V的条件下运行,最大限度地回收制动能量。五次制动过程后,锂离子电池将被充满电。制动回收的能量可用于给车载网络中的用电设备供电,也可在车辆起动或加速时,为发动机提供助推力。据预测,该项技术可节省7%的油耗。目前此项技术并没有在量产车上出现,但博世宣称,此技术可能会挽救很多濒临淘汰的发动机,使其满足2020年的油耗法规。至于具体效果如何,我们拭目以待。

7、混合动力

混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式。在起动和低速工况下,电机给车辆提供动力,在电池电量不够或者高速工况下,发动机单独或与电机一起为车辆提供动力。因此,便能使发动机一直保持在最佳工况状态,动力性好,排放量很低。尤其是PHEV(插电式郑州军海脑科医院混合动力),可以使用充电桩进行充电,而电量不够时又能使用发动机提供动力。这样,既能达到低油耗和低排放的目的,又能克服电动车续航里程的短板,因此是很有潜力的技术。但是由于成本较高,仅适用于高端车型上。在混合动力技术方面,丰田有着很强的技术储备,其普锐斯在日本和美国均有着较高的销量。在国内混合动力技术处于领先地位的比亚迪也先后发布了秦、唐等混合动力车型,取得了不错的市场反响。

后记

能提高燃油经济性的技术有很多,且技术路线和研究方向也有很多选择。比如以大众为代表的欧系前几年倾向于改进和优化发动机结构,从而达到节能减排的效果,而以丰田为代表的日系则倾向于混合动力等电气化的研究。但目前的趋势则是两者并行,近几年欧系在混合动力的研发投入越来越大,日系目前也在逐渐往小型增压化发展,可以说是“殊途同归”。不难预见,未来的汽车动力系统发展趋势是越来越小的发动机和越来越大的电机,直到最后电机完全取代发动机。但为了尽量以最低成本的满足2020年的油耗和法规要求,紧凑型和小型车的最佳选择是小型增压双喷射发动机加上高效率变速箱,如果再不达标可以加上48VBRS系统。而对于成本不太敏感的中大型车来说,混合动力是不二之选。

虽然2020年油耗降至5.0L/100km对国内整车厂来说可谓是“亚历山大”,但我们可以看到,像大众、丰田这样的巨头都有很强的技术储备,足以应对法规要求。顺便说一句,本文虽以大众举例,并非本人是“惠济军海脑科医院官方网神车党”,只是学习和工作接触到较多的大众技术。

现阶段,合资品牌可以利用技术储备,再加上节能减排的宣传,在整车价格上增加几万,可能仍有消费者会买单。但自主品牌目标群体价格特别敏感,价格增加好几万,可能会流失大部分潜在消费者,因此在选择技术路线上更不能出半点岔子。而自主品牌的企业联盟,能互享先进的技术和互补劣势,降低和平摊研发成本,避免重复研究和浪费,这对自主品牌来说是势在必行且非常有前景的出路。

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