50%的發(fā)動機會被徹底淘汰?節(jié)能減耗的七大技術(shù)利器
【編者按】發(fā)動機是一種能夠把其它形式的能轉(zhuǎn)化為機械能的機器莱芥,包括如內(nèi)燃機(汽油發(fā)動機等)卿嘲、外燃機(斯特林發(fā)動機大刊、蒸汽機等)穷缤、電動機等敌蜂。如內(nèi)燃機通常是把化學能轉(zhuǎn)化為機械能。發(fā)動機既適用于動力發(fā)生裝置津肛,也可指包括動力裝置的整個機器章喉。發(fā)動機最早誕生在英國,所以身坐,發(fā)動機的概念也源于英語秸脱,它的本義是指那種“產(chǎn)生動力的機械裝置”。
國務院2012年頒發(fā)的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出部蛇,到2015年乘用車平均燃料消耗量要降至6.9升/百公里摊唇,2020年要降到5升/百公里。從目前的形勢來看涯鲁,也許各大整車廠的技術(shù)儲備滿足2015年6.9L/100km的要求并不難巷查,但在未來的5年內(nèi)要將油耗降低近30%實非易事。據(jù)羅蘭貝格統(tǒng)計用兵,目前市面上80%以上的動力系統(tǒng)必須經(jīng)過大的升級或換代才能滿足法規(guī)要求神肖,而將近50%的發(fā)動機將會被徹底淘汰。
時下看來晴顷,混合動力和純電動車由于低油耗和低排放是未來的發(fā)展趨勢排憨,但成本過高也是不得不面對的問題。且法規(guī)要求乘用車的“平均”油耗要在2020年降至 5.0L/100km订搏,這意味著對于銷量較小的混合動力和電動車(雖然政策偏向锯运,銷售量可乘以一個系數(shù))的低油耗沛四,甚至零油耗對于整體來說只是杯水車薪框辞。 那么,哪些才是低成本的滿足2020年油耗法規(guī)的技術(shù)呢糊晋?
1缤媒、小型增壓化
汽 油機小型增壓化是目前發(fā)展的趨勢,也是具有滿足油耗和排放法規(guī)潛力的技術(shù)际器。一般來說岔冯,渦輪增壓都是利用發(fā)動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪,渦 輪帶動同軸的葉輪舅逸,葉輪壓縮輸送由空氣濾清器管道來的空氣桌肴,使之增壓之后進入氣缸皇筛。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速增快,廢氣的排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快坠七,葉輪又壓縮更 多的空氣進入氣缸水醋,空氣的壓力和密度增大可以使更多的燃料充分燃燒,相應的增加燃料量和調(diào)整一下發(fā)動機的轉(zhuǎn)速彪置,就可以實現(xiàn)增加發(fā)動機的輸出功率了拄踪。需要同 樣扭矩和功率驅(qū)動的車,相比使用自然吸氣發(fā)動機來說拳魁,渦輪增壓則可以采用更小的排量惶桐,而排量越小,油耗則越低潘懊。
以 大眾EA211發(fā)動機為例姚糊,1.4TSI發(fā)動機的最大功率為96kW,最大扭矩為225Nm卦尊,油耗為5.9L/100km(Golf)猎之,同樣的車型自然吸 氣發(fā)動機1.6L的最大功率81kW,最大扭矩為155Nm乐跺,油耗卻為6.3L/100km鹃远。由此可見,汽油機小型增壓化有著巨大的節(jié)油潛力症忽。且大眾正在 開發(fā)的1.2TSI發(fā)動機相信能有更大的節(jié)能潛力嚎闹。去年底沃爾沃發(fā)布的全新Drive-E三缸渦輪增壓汽油發(fā)動機,這款排量為1.5升的渦輪增壓發(fā)動機重 量僅99公斤牙晰,最高輸出功率132kW(180馬力)暂臀,扭矩達到265Nm,官方表示這款發(fā)動機的二氧化碳排放完全能滿足未來歐VII排放目標较谣。寶馬也將 自己的1.5T直列三缸發(fā)動機第一次用到了剛剛發(fā)布的二系旅行車上帐扯。而福特1.0升EcoBoost發(fā)動機自問世以來已先后將14個世界頂級獎項收入囊 中,三次獲得“國際年度發(fā)動機”大獎趾赡,可謂是小型增壓發(fā)動機的集大成者赴辨。
2、缸內(nèi)直噴 進氣道噴射
缸 內(nèi)直噴就是噴油嘴直接將燃油噴入氣缸內(nèi)與進氣混合的技術(shù)好勤,相比進氣道噴射捣域,缸內(nèi)直噴由于能更精準的控制噴油量和噴油時刻,因此油氣的霧化和燃燒效率提高宴合, 且缸內(nèi)霧化燃油的汽化潛熱能降低缸內(nèi)溫度焕梅,可以容忍更大的壓縮比,從而提高熱效率。綜合各方面的因素來看贞言,缸內(nèi)直噴具有很大的節(jié)油潛力斜棚。但在起動和低負荷 階段,由于缸內(nèi)局部過稀的混合氣在高溫下容易產(chǎn)生NOx该窗,而局部過濃的混合氣容易產(chǎn)生顆粒物打肝,對三元催化器的要求更高。因此挪捕,缸內(nèi)直噴和多點電噴兩套噴油 系統(tǒng)相結(jié)合粗梭,則能在滿足排放法規(guī)的基礎上,降低油耗级零。
豐 田D-4S擁有兩套噴射系統(tǒng)断医,除了缸內(nèi)直噴的噴嘴以外,還在進氣歧管內(nèi)設計了一個噴嘴淤汽。雙噴射系統(tǒng)可以根據(jù)行駛狀況在直接噴射與氣道噴射之間進行智能切 換葡谅,確保全路況高效的動力輸出和最佳的燃油經(jīng)濟性。發(fā)動機冷啟動時卸能,采用進氣歧管噴射括柿;低中負荷時,采用混合噴射延坡,提升扭矩饲丢,降低油耗;高負荷時舵博,采用缸 內(nèi)直噴蜻弧,提升功率。同樣蟆盖,大眾也在研發(fā)類似的雙噴射系統(tǒng)吓挣,不過大眾的創(chuàng)新點還在于加大噴油壓力。通過雙噴射系統(tǒng)多梦,直噴發(fā)動機的積碳問題也得到了很好的解 決奄础,這也成為直噴技術(shù)新的發(fā)展方向。
3劳吠、起/停引润、閉缸等技術(shù)
起停技術(shù)
發(fā) 動機起/停就是在車輛行駛過程中臨時停車(例如等紅燈)的時候,自動熄火赴背。當需要繼續(xù)前進的時候椰拒,系統(tǒng)自動重啟發(fā)動機的一套系統(tǒng)晶渠。起/停技術(shù)是這幾年來發(fā) 展最迅猛的汽車環(huán)保技術(shù)凰荚,特別適用于走走停停的城市路況,這套系統(tǒng)能在城市工況下達到15%的節(jié)油能力。尤其對目前我國油耗法規(guī)測試循環(huán)NEDC來說便瑟,起 /停具有很大的降低測試油耗的潛力缆毁。閉缸技術(shù)又被稱為主動氣缸管理技術(shù),是指在低負荷下到涂,供油系統(tǒng)停止向某些氣缸噴油脊框,從而相當于降低排量,從而達到節(jié)油 的目的践啄。一般在啟動運行時浇雹,雖然只有兩個氣缸在運行,但性能上也能像四缸同時工作一樣小愚,也并不會 影響到發(fā)動機的平順運行依筝。而當我們再次踩下油門踏板時,兩個氣缸就會重新啟動并運行绪毅。其他的技術(shù)還有可變配氣機構(gòu)等剪莲,這些技術(shù)的綜合運用,油耗可降低 15%左右叙傅。
閉缸技術(shù)
其 中众新,大眾的ACT(氣缸關(guān)閉系統(tǒng))、本田的VCM(可變氣缸管理系統(tǒng))和克萊斯勒的MDS(Multi-Displacement_System)均屬此 列熊赐。其中搭載閉缸技術(shù)的大眾EA211 1.4T發(fā)動機的最低油耗官方宣稱可達到3.9L/100km弄袜,滿足2020年的油耗法規(guī)已不成問題。
4汛滩、高效率變速箱
變 速箱的主要作用是改變傳動比磨慷,擴大驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍,以適應經(jīng)常變化的行駛條件把奢,同時使發(fā)動機在有利(功率較高而油耗較低)的工況下工作薇痛。理論 上來說,不管是自動變速箱或是手動變速箱什湘,變速箱檔位越多长赞,越接近最佳換擋位置,越能工作在最經(jīng)濟區(qū)間闽撤。但同時檔位越多得哆,變速箱的結(jié)構(gòu)越復雜,傳動部件越 多哟旗,傳動效率會降低贩据。因此,高效率的變速箱是兩者的折中闸餐,檔位數(shù)適中饱亮、結(jié)構(gòu)簡單、換擋響應快、沖擊小近上。
ZF(采 埃孚)生產(chǎn)的9個前進擋的自動變速箱剔宪,已率先搭載到Jeep自由光/自由俠和新款路虎極光上。相比于現(xiàn)在市場主流的橫置6擋變速器壹无,采埃孚的9HP可以額 外降低油耗10%-16%粱储。大眾的DSG變速箱也是其中的佼佼者,尤其是最新研發(fā)的10速DSG可謂是到了登峰造極的地步启中,但由于成本和重量的限制決定了 多速的變速箱只能用在中大型車上庭训,在緊湊型車上則會更多的權(quán)衡成本與效率的關(guān)系。
5疯食、輕量化
輕量化始終是汽車工程師所追求的目標绊域。眾所周知,整車質(zhì)量越輕呐猴,油耗越低湘都。而動力總成的輕量化也是其中很重要的一塊。鋁合金缸體現(xiàn)在也算不上是新技術(shù)常废,在很多量產(chǎn)車上都已普及旱唧,但是鋁合金缸體重量輕,導熱性良好蝇蝶,冷卻液的容量可減少恤鞭,對于降低油耗也是有很重要的意義的。
日 產(chǎn)CVT7變速箱的首次采用副變速箱技術(shù)危号,這一創(chuàng)新之舉既縮小了變速器的體積又增加了速比牧愁。由于將前后切換裝置與副變速器一體化的設計,同時采用更小的 主外莲、從動帶輪猪半,從而實現(xiàn)小型化、輕量化偷线。這款變速箱在原來基礎上磨确,減少了10公斤的重量。大眾最新的EA211 1.4T發(fā)動機甚至將排氣歧管集成在缸體中声邦,一方面降低了零件數(shù)乏奥,另一方面降低了重量,從而達到省成本和節(jié)油的雙重目的亥曹。
6邓了、48V BRS系統(tǒng)
48V 能量回收助推系統(tǒng)(BRS)是博世的最新解決方案,該48V的系統(tǒng)比起動/停止系統(tǒng)更先進媳瞪,并能縮小與混合動力車輛之間的巨大差距骗炉。BRS應用于價格競爭 極為激烈的緊湊車型照宝。換句話說,BRS必須價廉且高效找塌。這點可以通過簡化其部件得以實現(xiàn)。其電機可支持發(fā)動機提供10kW的額外動力)困煤。電機助力發(fā)動機 時鸥萌,0.25kwh 的電池處于放電狀態(tài)。但在隨后的剎車過程中技蝌,部分車載網(wǎng)絡將在48V的條件下運行壹霍,最大限度地回收制動能量。 五次制動過程后伦窜,鋰離子電池將被充滿電建鹿。制動回收的能量可用于給車載網(wǎng)絡中的用電設備供電,也可在車輛起動或加速時始坝,為發(fā)動機提供助推力捍瘩。據(jù)預測,該項技 術(shù)可節(jié)省7%的油耗蓄揭。目前此項技術(shù)并沒有在量產(chǎn)車上出現(xiàn)署弯,但博世宣稱,此技術(shù)可能會挽救很多瀕臨淘汰的發(fā)動機儿捧,使其滿足2020年的油耗法規(guī)荚坞。至于具體效 果如何,我們拭目以待菲盾。
7颓影、混合動力
混合動力就是指汽車使用汽油驅(qū)動和電力驅(qū)動兩種驅(qū)動方式。在起動和低速工況下懒鉴,電機給車輛提供動力诡挂,在電池電量不夠或者高速工況下,發(fā)動機單獨或與電機一起 為車輛提供動力临谱。因此咆畏,便能使發(fā)動機一直保持在最佳工況狀態(tài),動力性好吴裤,排放量很低旧找。尤其是PHEV(插電式混合動力),可以使用充電樁進行充電麦牺,而電量 不夠時又能使用發(fā)動機提供動力钮蛛。這樣,既能達到低油耗和低排放的目的剖膳,又能克服電動車續(xù)航里程的短板轮砸,因此是很有潛力的技術(shù)南链。但是由于成本較高,僅適用于 高端車型上应胎。在混合動力技術(shù)方面衡服,豐田有著很強的技術(shù)儲備,其普銳斯在日本和美國均有著較高的銷量而逞。在國內(nèi)混合動力技術(shù)處于領先地位的比亞迪也先后發(fā)布了 秦免砖、唐等混合動力車型,取得了不錯的市場反響黄骇。
后記
能 提高燃油經(jīng)濟性的技術(shù)有很多纸赦,且技術(shù)路線和研究方向也有很多選擇。比如以大眾為代表的歐系前幾年傾向于改進和優(yōu)化發(fā)動機結(jié)構(gòu)倒奋,從而達到節(jié)能減排的效果醇电,而 以豐田為代表的日系則傾向于混合動力等電氣化的研究。但目前的趨勢則是兩者并行翰鲸,近幾年歐系在混合動力的研發(fā)投入越來越大复答,日系目前也在逐漸往小型增壓化 發(fā)展,可以說是“殊途同歸”碟渺。不難預見霹陡,未來的汽車動力系統(tǒng)發(fā)展趨勢是越來越小的發(fā)動機和越來越大的電機,直到最后電機完全取代發(fā)動機止状。但為了盡量以最低 成本的滿足2020年的油耗和法規(guī)要求烹棉,緊湊型和小型車的最佳選擇是小型增壓雙噴射發(fā)動機加上高效率變速箱,如果再不達標可以加上48V BRS系統(tǒng)怯疤。而對于成本不太敏感的中大型車來說浆洗,混合動力是不二之選。
雖然2020年油耗降至5.0L/100km對國內(nèi)整車廠來說可謂是“亞歷山大”集峦,但我們可以看到伏社,像大眾、豐田這樣的巨頭都有很強的技術(shù)儲備塔淤,足以應對法規(guī)要求摘昌。順便說一句,本文雖以大眾舉例高蜂,并非本人是“神車黨”聪黎,只是學習和工作接觸到較多的大眾技術(shù)。
現(xiàn) 階段丢华,合資品牌可以利用技術(shù)儲備船白,再加上節(jié)能減排的宣傳,在整車價格上增加幾萬码署,可能仍有消費者會買單蒙敦。但自主品牌目標群體價格特別敏感每缎,價格增加好幾 萬,可能會流失大部分潛在消費者屏烂,因此在選擇技術(shù)路線上更不能出半點岔子燃圾。而自主品牌的企業(yè)聯(lián)盟,能互享先進的技術(shù)和互補劣勢巾割,降低和平攤研發(fā)成本弧泊,避免 重復研究和浪費,這對自主品牌來說是勢在必行且非常有前景的出路缺员。
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