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燃油汽车继续坚挺 提高发动机热效率

导读: 自2010年以来,新能源汽车的强劲东风横扫中国和世界汽车市场,不仅欧美日韩各大传统汽车公司纷纷推出或计划推出一系列或混动或纯电或氢能源汽车,国内外一些新兴的互联网公司在众筹之下,短时间内推出了形形色色的纯电动汽车,一时间令人眼花缭乱目不暇接。

自2010年以来,新能源汽车的强劲东风横扫中国和世界汽车市场,不仅欧美日韩各大传统汽车公司纷纷推出或计划推出一系列或混动或纯电或氢能源汽车,国内外一些新兴的互联网公司在众筹之下,短时间内推出了形形色色的纯电动汽车,一时间令人眼花缭乱目不暇接。仿佛,服务于人类一百多年的传统汽油车已然走到了尽头,即将寿终正寝。

难道,汽油动力的传统燃油车真的会在我们这一代的注视之下彻底消失?

难道,一贯崇尚历史传承和技术积淀的传统汽车工业会就此风光不再?

当然不会!传统内燃机依旧会继续广泛的应用,电动机和其它新能源动力不会也无法很快完全传统的内燃机。内燃机的鼎盛时期虽然已经过去,但“存在即有价值”,国际社会和国内对于内燃机的技术挖潜工作还在不断的进行,大家尽可能的放宽心,无论是大家目前的汽油车座驾,还是依然想线则购买汽油车的朋友,在未来相当长的时间段内,内燃机还有很长的路要走,技术革新还在不断的延续。。。。。

《老柳说车》给大家介绍几个传统汽油车在提高热效率方面的前沿技术方向,让大家自己去揣摸、辨识,在所谓新能源汽车高歌猛进之时,我们在传统汽油车上是否还有新的选择?

燃油汽车继续坚挺 提高发动机热效率

一:燃烧效率有新的突破

传统汽车,指的是使用汽油和柴油等石化材料为主的内燃机为动力的车辆,绝大多数均采用奥拓和阿特金森(米勒)循环的活塞式发动机,并采用机械或液力耦合器传输动力,这种动力总成结构,在过去的一百年中燃烧热效率一直徘徊在较低的水平,其中,汽油机的热效率最高在40%以下,柴油机的热效率最高在50%以下,这种活塞式类型内燃机的热效率水平一般不高,较之可以动辄达到90%左右热效率的电动机,一直是被所谓新能源汽车拥趸者诟病的死穴所在!

一般来说,在常见的动力单元中,电动机的热效率大于燃气轮机,燃气轮机的热效率大于柴油机,柴油机的热效率大于汽油机,汽油机的热效率则大于蒸汽机。可见,但从热效率的据对百分比来看,汽油机仅高于原始的蒸汽机,差点处于垫底的地位,这也给了那些热衷于淘汰汽油机的新能源拥趸人士足够的口舌,事实上,尽管汽油机的热效率在现有各种常见动力单元中的确不高,但汽油机的体积小重量轻噪音低油耗小,安装在家用乘用型汽车上,一直是最佳的选择之一。

近年来,随着发动机技术的进步,汽油机的技术改进也在逐年提高,但基于结构限制以及材料的限制,汽油机的热效率一直止步不前,目前装车量产的汽油发动机,只有日本丰田凯美瑞的新型四缸2.5升“Dynamic Force Engin”,通过采用高速燃烧技术、可变控制系统,并减少排气、冷却、机械运转等各类能量损失,在热效率提升的同时实现了高动力输出。四缸汽油机,热效率可以达到40%~41%,名列全球第一。是为已知量产动力总成中的热效率方面的佼佼者。国产自主品牌中,长安汽车的某些小排量发动机,热效率基本在33%到36%之间,部分量产发动机热效率已经达到36%以上,已经可以比肩欧美发动机的平均水平。可以说长安汽车的发动机热效率水平已处于中国领先水平。

燃油汽车继续坚挺 提高发动机热效率

二:发动机节能、环保的目的和途径

众所周知,节能和环保只是目的和方向,无论是使用新能源动力,还是对现有的内燃机进行挖潜改造技术升级,手段都是提升动力单元的热效率,热效率高了,燃油消耗就小,排放就少,自然也就更加环保。

发动机的热效率是发动机输出的机械功与发动机燃烧产生的化学能的比率,也就是说发动机有多少化学能转化成了机械动力。一般情况下,燃烧相同的燃油,热效率越高,转化成的机械动力越多,既热效率高,油耗就低,燃油经济性强。在热效率方面,目前柴油发动机比汽油发动机高,而汽油发动机热效率欧美与日系车基本都在35%以上,最高可以达到38%。换句话说,即便是最先进的技术,也有60%多的燃油能量是浪费的,所以热效率提高每1%都是很困难的,这也可以从侧面反映出一台发动机在环保方面的优劣。

随着中国汽车油耗与排放法规的日益严苛,越来越多的厂家将研究重点放在了燃油经济性上,怎样在保证动力的情况下消耗更低的燃油,排放更少的有害气体。目前以欧美为主的车企如大众和福特,大众致力于小排量涡轮增压发动机,让每一滴燃油压榨出更多的动力。《老柳说车》

而以日系车为主的丰田,马自达等车企还在发动机小型化的同时,仍然在走传统路线,即通过提高发动机的热效率来降低油耗。而提高热效率,主要通过提高燃烧效率,(如阿特金森或米勒循环、外部EGR、缸内直喷、高压缩比等技术),与降低损耗(低摩擦设计、可变气门正时或升程、4-2-1排气)来实现。对技术积累与发动机品质要求比较高。

我们自主研发的水平参差不齐,加上发动机是整车的核心部件,与很多方面都息息相关。因此,我们目前自主研发的发动机热效率还是落后国外品牌。但是我们也可以看到,长安的某些小排量发动机,热效率基本在33%到36%之间,部分量产发动机热效率已经达到36%以上,已经可以比肩欧美发动机的平均水平。可以说长安汽车的发动机热效率水平已处于中国领先水平。我们了解到现阶段长安汽车在降低整车油耗的技术路线上以小排量增压直喷为主,并在提升热效率的技术上已取得了诸多成果,现已实现阿特金森循环、缸内直喷、高压缩比等技术的工程化应用,部分产品已经投产,未来将根据市场和用户需求投放更多节能产品。同时,长安汽车一直致力于提升发动机热效率水平,取得的成果也得到了高等教育使用的国家规划专业教材《内燃机学》书籍编制团队的肯定。长安汽车H15TGDI、H16DVVT、H15NA+ISG三款型号的发动机产品均入选《内燃机学》教材,成为名副其实的“教科书式”发动机。

燃油汽车继续坚挺 提高发动机热效率

三:异军突起的马自达高热效率发动机

在世界众多的汽车品牌中,马自达并不起眼,然而在众多的发动机研发中,马自达却在世界历史上留下了浓彩一笔,不但把大家都不看好的转子发动机量产,更在涡轮增压大行其道时提出了创驰蓝天的理念,在这个理念体系中最引人注目的就是SKYACTIV(创驰蓝天)发动机技术了。作为自然吸气发动机的坚守者,马自达第一代创驰蓝天发动机凭借13的压缩比震惊世界,而现在马自达又推出了二代创驰蓝天发动机,压缩比达到了18,对于汽油机而言,压缩比到10就算比较高了,18的压缩比已经可以和柴油机媲美。

压缩比是评价发动机技术性能的一个重要参数,如果气缸在活塞处于最底部时的容积是18L,在活塞处于最顶部时的容积是1L,那么这个发动机的压缩比就是18,压缩比越大对混合气的压力就越大混合气雾化的就越好越容易充分快速燃烧进而提升动力并降低油耗,就好像榨油,同样多的花生米放在同样是18L的容器里,用500斤的压榨机和用1000斤的压榨机榨出来的油量肯定不一样。

当然,对汽油机而言压缩比也并不是越高越好,压缩比越高越容易出现爆震现象,就好像花生油还没榨出来却直接给压成碎末儿了,在气缸内的混合气被压的越狠缸内的温度就越高,气缸内无论是喷油嘴还是气门、火花塞上面都有上次未充分燃烧完的积碳,这些积碳很容易在气缸压缩过程中变成一个个小的火种引燃气缸内的混合气,一旦混合气被引燃本来向上压缩的活塞就被冲击力打的向下运动,整个发动机运转就全乱了。

柴油机由于柴油的燃点高,且在工作过程中是气缸内先吸入空气然后只压缩空气,空气压缩即将完成时高压力喷射柴油,雾化的柴油遇到高温高压的空气会马上燃烧,不需要火花塞点燃且空气压缩的。温度再高没有油也不会燃烧,所以不存在爆燃的现象,这也是柴油机和汽油机最主要的区别。

既然马自达敢把压缩比做到18,那说明马自达肯定是能够解决爆燃的问题了,而马自达的解决方法堪称颠覆!那就是和柴油发动机一样取消汽油机传统的点火系统,采用均质充量压燃技术(HCCI),当压缩冲程快结束时,喷油嘴直接向缸内喷油,喷出的汽油在压缩冲程完成时能够在缸内形成均匀分布,而在高达18的压缩比压缩下,缸内压力足够使这些均匀汽油自行燃烧,和传统的火花塞点燃燃烧由中心向四周扩散不同,这种燃烧是所有的汽油有滴同时点燃同时燃烧,极大的提高了燃油的燃烧效率,马自达对二代创驰蓝天发动机的热效率目标是50%,而目前高端发动机的热效率也不过在35-40%间徘徊。

为了避免爆燃,大到发动机ECU需要对缸内混合气密度、缸内温度、压力进行十分精准的控制管理、发动机各个内部系统无缝配合,小到活塞顶部造型设计、排气歧管设计,都需要花费大量精力一一突破。

虽然二代发动机可以不用火花塞压缩比可以在18的情况下正常运转,但考虑到高转速下发动机的温度压力和日常实际用车情况,二代发动机依然会保留传统的点火系统并采用可变压缩比技术,改变压缩比的方式有很多,可以通过改变气门正时、切换发动机工作循环也可以采用可变活塞杆技术,活塞杆的长短发生变化了那么活塞在最低处、最高处时的气缸容积也就相应的发生了变化,虽然说来容易不过想要精确的实现对技术要求、零部件加工精度要求、发动机噪音和振动控制要求都是极高的。

这款二代创驰蓝天发动机将会搭载在新款马自达3车型上,百公里油耗仅为3.3L/100km,对于曾经发动陶瓷转子发动机的技术狂人~马自达而言,它在传统内燃机的技术挖潜和改进方面,的确有独到之处,对传统汽油机依然钟情的朋友们不妨可以重点考察一下量产之后的马自达3,看看创驰蓝天二代不用火花塞的发动机到底有什么独到之处?

大家也可以重点考察一下热效率达到41%的新款丰田凯美瑞。

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