|
根据国家节能与新能源汽车发展规划，到2020年国产乘用车平均油耗要降到5.0L/100km，2025年降到4L/100km。目前来看，虽然所有自主品牌都面临的巨大的压力，但是在发动机的技术进步方面，我们还有很大的潜力和空间。目前VVT、VVL、TGDI等技术已经湾完全应用在了自主品牌发动机上，未来还有很多先进发动机技术可以被应用，这些技术有些已经在外资品牌车型上率先应用，有些尚处于开发当中。下面就和小编一起展望一下不久的将来，自主品牌将要应用的发动机技术吧。 HCCI（均质燃烧技术） 均质压燃(HCCI)是一种发动机燃烧概念，其工作原理是利用压缩而不是火花点燃汽油与空气的均质混合气。均质压燃通常比火花点燃发动机采用高的多的压缩比，且允许压缩比在一个较大范围内变动。另外，均质压燃燃烧速度迅速，燃烧室内多点同步发生，燃烧温度低且温度分布均匀，热量损失低。因此，均质压燃燃烧效率远远高于火花点燃，可以显著的提高车辆的燃油经济性。  虽然人们对均质燃烧已有广泛的了解，但是均质压燃的燃烧控制是一项非常大的挑战。在发动机高负荷下，混合气过浓，容易发生爆燃；在发动机低负荷下，混合气过稀，此时为稀薄燃烧，容易失火。因此，传统的均质压燃的运行范围仅限于发动机map图上的一小块区域。但是，马自达已经解决了这些问题，并在其2019年将推出的第二代SKYACTIV汽油发动机(SKYACTIV-X)上的扩大了HCCI运行范围，采用15:1-16:1的超高压缩比。  SKYACTIV-X发动机使用火花塞实现对均质压燃的完全控制。因此,马自达称其为火花塞控制压燃技术SPCCI。SPCCI工作原理是通过在压缩行程中，先通过火花点燃一小部分混合气，这部分混合气爆炸并膨胀，为缸内创造压缩自燃所需的压力和温度，当活塞继续向上运行，直到运行到上止点时，缸内其余的混合气通过压缩被点燃。发动机通过行车电脑来判断发动机的工况条件，实现火花塞点火燃烧和压燃燃烧的稳定切换。  马自达在报告中说应用SPCCI技术，SKYACTIV-X发动机比当前SKYACTIV发动机主要成本增加在快速响应的增压器、高压燃油直接喷射系统以及气缸内的压力传感器。但是收益是，在WLTC 工况下，燃油经济性可以提高20%-30%，同时扭矩提高10%-30%。  马自达或将在2019年上市的昂克赛拉上搭载SKYACTIV-X发动机。目前大众、通用等汽车集团都已经着手开发HCCI发动机技术。根据中国SAE给出的技术路线图，乘用车发动机热效率将在2020年达到40%，在2025年达到44%，2030年达到48%。那么在未来的目标技术方案中，HCCI可以说就是很好的选择方案。 先进闭缸技术 传统的闭缸技术允许某些气缸关闭，通常适用于气缸数为偶数的大型发动机，以避免剧烈的扭矩波动和振动。动态闭缸技术则可以持续改变活动的气缸，通过控制闭缸顺序和闭缸密度（实际燃烧气缸的比例），来更好的控制发动机噪音、振动和NVH。这就扩大了闭缸技术的适用范围，可应用于排量更小的发动机。  随着全新第四代福克斯的上市，福特成为了第一家在三缸发动机上应用闭缸技术的厂商，在最新的1.0L和1.5L Ecoboost汽油机上，当整车扭矩需求降到发动机峰值扭矩一半以下的时候，福特采用开关式摇臂能够选择性地使3个气缸中的1个停止运行，福特采用的仍为传统闭缸技术，而不是动态闭缸技术，其节油效果可达6%。  同时，福特也在1.0LEcoboost发动机上研究一种动态的闭缸技术。动态闭缸技术与传统闭缸技术对比如下图所示。动态闭缸技术可以改变闭缸的顺序和数量，可以在低负荷时，以原发动机一半的排量运行，进一步减少泵气损失，从而提高燃油经济性约1.2%。  德尔福和Tula公司联合开发一种类似于福特的动态闭缸技术-DSF发动机动态跳跃点火技术。DSF技术同样使用开关式摇臂进行闭缸控制，但采用了不同的控制策略。DSF 系统将在点火前对每个气缸进行逐个判断，参考车辆扭矩需求及发动机 NVH 特性，以及为了保证车上人员舒适度而必须避免的频率和振幅等多个因素，决定对该气缸点火，还是跳过这个气缸，并保证各气缸之间相互不影响。此外，DSF 系统还允许在车辆减速阶段关闭所有气缸。DSF技术已经在大众1.8TSI发动机上进行了测试，测试结果显示，燃油经济性提高了10%-20%。   电动增压系统 随着严格的碳排放法规实施，48V系统在未来将有更大的发挥空间，并将给电动增压系统的应用创造条件。采用电动增压系统，可以有效地解决涡轮迟滞问题，并有望进一步减小发动机尺寸和转速。传统的单级涡轮增压与自然吸气发动机相比可以提高7.4%-17.9%的效率，电动增压还可以在传统单级涡轮增压的基础上提升2%-5%。  电动增压系统可以有两种基本形式，一种是涡轮增压加电动压缩机（eCharger），eCharger可以视为一种两级的涡轮增压系统，通过电动机的辅助，传统涡轮增压迟滞被大大削弱。另一种则是完全的电动涡轮增压(eTurbo) 。目前echarge的接受度更为广泛。  在梅赛德斯奔驰最新款的S系车上，就搭载了由博格华纳开发的电子涡轮系统，系统由48V电源供电，电子涡轮的叶片可以于0.27秒就到达70,000转，提供即时的增压效果、改善低转速时的油门与引擎输出反响。 在奔驰M256发动机上，博格华纳eBoosterd电动涡轮布置在废气涡轮之后，起到辅助作用。在发动机较低转速时，电动涡轮与废气涡轮共同工作，进气首先经过废气涡轮增压器加压，然后再由电动增压器进行二次加压。 当发动机在高转速时，发动机废气完全满足增压器的能量需求，此时就可以关闭阀门，电动增压器停止工作，完全由废气增压器提供充足的进气压力。 可变压缩比 提高压缩比是提高发动机热效率的直接途径。可变压缩比(VCR)系统根据运行工况改变发动机的压缩比，在低负荷时增加压缩比以提高热效率，在高负荷时降低压缩比以降低爆震风险，提高发动机性能。长期以来，经过众多OEM和供应商的努力，针对可变压缩比提供了各种解决方案。包括移动气缸盖，改变连杆的几何形状，移动曲轴，或改变活塞的高度等。 FEV与Hilite合作量产两级可变压缩比(VCR)连杆，利用可变长度连杆以及偏心连杆活塞销悬架设计实现双级可变压缩比。活塞连杆较小的一端上安装了一个偏心套筒，将活塞销完全罩住。当活塞连杆套筒旋转时，连杆长度随之发生改变，从而改变压缩比。虽然不能实现连续的可变压缩比，但是此种设计只需要稍微修改连杆，成本上具有明显的优势，根据模拟计算，FEV两级可变压缩比可以减少4.2%-6.2%的燃油消耗。 日产于2018年在英菲尼迪Q50车型上投产了首款VCR系统。其可变压缩比涡轮增压系统(VC-T)采用多连杆系统提高或降低活塞的接触，使压缩比在8:1到14:1之间连续变化。在低压缩比时，发动机可以提供增压、高性能，而在高压缩比时，发动机可以提供出色的燃油经济性。英菲尼迪官方宣称，与相同功率的V6发动机相比，采用可变压缩比的2.0L VC-T发动机可以多节省大约27%的燃油。 缸内注水技术 除了冷却EGR外，发动机缸内注水技术也是一种降低爆震风险的替代技术。通过在发动机气缸中水蒸发来实现冷却，降低气缸内温度，从而提高压缩比，减少热损失，提高燃料效率，温度与爆震情况降低后就可以将点火更为提前或将增压值增大，从而产生更大的功率和扭矩。 注水作为一种性能增强技术，在二战期间被用于往复式飞机发动机。该技术首次应用于有限生产的汽车是由宝马公司M4 GTS 。研究表明，采用缸内注水技术，在高负荷下，燃油消耗可减少13%-20% ，在整个NEDC/WLTC内降低4%-6%。另外，缸内注水与可变压缩比和冷却EGR技术具有理想的协同效应。如果由于缺水或环境温度较低而不能注水，可变压缩比可以用较低的压缩比来降低爆震风险。与此同时，如果缸内注水正常，采用高压缩比可以使发动机保持高负荷。而冷却EGR则可以大大减少注入水量。 |
|
|
