兩張大圖看懂先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)趨勢(shì)

 全球先進(jìn)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，你知幾何？

直噴、增壓、可變氣門(mén)、廢氣再循環(huán)等已經(jīng)成為全球發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)主流技術(shù)。同時(shí)，全球先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)應(yīng)用趨同性變化明顯。

12月1日，昆侖潤(rùn)滑油杯“中國(guó)心”年度十佳發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)選結(jié)果在上海揭曉。同期，由《汽車(chē)與運(yùn)動(dòng)evo》雜志、清華大學(xué)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)與技術(shù)戰(zhàn)略研究院、上海交通大學(xué)汽車(chē)工程研究院聯(lián)合主辦，中國(guó)石油潤(rùn)滑油公司鼎力支持的第二屆中國(guó)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)大會(huì)成功舉辦。

技術(shù)大會(huì)上，清華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授、“中國(guó)心”十佳發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)審專(zhuān)家評(píng)審委員會(huì)主任王建昕帶來(lái)了引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注的《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)核心技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)》報(bào)告，對(duì)全球發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用變化趨勢(shì)進(jìn)行梳理和點(diǎn)評(píng)。

 噴油器側(cè)置GDI已得到普遍應(yīng)用，大眾等歐洲公司引導(dǎo)了該技術(shù)發(fā)展潮流，繼而美國(guó)，近幾年日本也大量采用，中國(guó)近年來(lái)已有多款自主開(kāi)發(fā)的GDI發(fā)動(dòng)機(jī)量產(chǎn)。

 歐美日三大板塊新車(chē)中的GDI汽油機(jī)占比快速提高，2015年是2009年的3-4倍，尤其歐洲占比已達(dá)75%，中國(guó)在2015年GDI占比也超過(guò)25%。

2、中置噴油器在歐洲大量應(yīng)用

歐洲中置GDI技術(shù)應(yīng)用情況

 噴油器中置GDI系統(tǒng)，具有改善爆震、降低碳煙和機(jī)油稀釋等優(yōu)勢(shì)，但也存在噴嘴安裝空間緊張，容易積碳導(dǎo)致耐久性不好，比側(cè)置GDI設(shè)計(jì)制造難度更大等問(wèn)題。

 2010年戴姆勒公司開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化，2014年歐洲新開(kāi)發(fā)的汽油機(jī)全部為中置GDI，目前美國(guó)和日本尚未使用。

3、GDI+PFI雙噴油系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)先

 雙噴系統(tǒng)具有組織燃燒更靈活、控制爆震、抑制冷啟動(dòng)時(shí)的碳煙排放等優(yōu)勢(shì)，而成本增加不多。

 目前采用雙噴射系統(tǒng)的有豐田公司和奧迪公司。

4、基于直噴+增壓的汽油機(jī)小排量化發(fā)展

 以直噴+增壓為核心內(nèi)容的小排量化（Down Sizing）顯著提高了汽油機(jī)的熱效率和動(dòng)力性，升功率超過(guò)100kW，升轉(zhuǎn)矩超過(guò)200Nm的汽油機(jī)已不鮮見(jiàn)。

 2015年，歐美日新開(kāi)發(fā)汽油機(jī)中采用【GDI+T】 技術(shù)占比為75%~100%。

 2015年，日本新開(kāi)發(fā)的7款發(fā)動(dòng)機(jī)中6款是【GDI+T】（另一款是HEV專(zhuān)用發(fā)動(dòng)機(jī)），表明日本的思路在近兩年中有重大變化，也跟進(jìn)了小排量化潮流。

5、提高壓縮比

 國(guó)際上已有多家公司實(shí)現(xiàn)高壓縮比：非增壓12-13，增壓≥10.5。

 提高壓縮比和增壓小排量，都使燃燒室內(nèi)的能量密度成倍增高，導(dǎo)致“超級(jí)爆震”發(fā)生，其機(jī)理尚未完全搞清。這也是當(dāng)今小排量汽油機(jī)研發(fā)難點(diǎn)。

 清華大學(xué)研究表明，超級(jí)爆震現(xiàn)象有可能由“敲缸”進(jìn)入了“爆震燃燒”，即“Knocking”變?yōu)?ldquo;Detonation”。

6、高滾流比及高速燃燒的應(yīng)用

 提高進(jìn)氣滾流強(qiáng)度可以加速宏觀的油氣混合，并在壓縮終了轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚?qiáng)湍流，以加速火焰?zhèn)鞑ァ?/p>

 高速燃燒在抵消稀燃和EGR等帶來(lái)的燃燒不穩(wěn)定問(wèn)題同時(shí)，可提高燃燒效率和熱功轉(zhuǎn)換效率。

7、米勒/阿特金森循環(huán)日企應(yīng)用廣泛

 米勒循環(huán)與阿特金森循環(huán)的原理相似，都是以膨脹比大于壓縮比的原理來(lái)提高指示熱效率。

 最先由豐田公司和本田公司用于混合動(dòng)力專(zhuān)用發(fā)動(dòng)機(jī)，后在日本普通汽油車(chē)上也開(kāi)始使用。

 2014年日本新開(kāi)發(fā)的10款發(fā)動(dòng)機(jī)（非HEV）中有6款用阿特金森循環(huán)技術(shù)，歐美尚未見(jiàn)使用。

8、自動(dòng)啟停技術(shù)（Start-Stop）全面普及

 啟停技術(shù)，即汽車(chē)停駛和怠速時(shí)停止發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，汽車(chē)起步時(shí)快速啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。

 啟停技術(shù)的節(jié)油效果一般在5%左右。

9、EGR廢氣再循環(huán)大量應(yīng)用

EGR系統(tǒng)

 EGR原本是用于減低NOx排放，但在汽油機(jī)上使用可降低泵氣損失，進(jìn)而改善中低負(fù)荷油耗，冷卻EGR還兼有中高負(fù)荷控制爆震和降低排溫的作用。

 2014年，日本新生產(chǎn)的10款車(chē)用汽油機(jī)中有6款采用了冷卻EGR技術(shù)。

10、稀釋稀燃可降低發(fā)動(dòng)機(jī)中小負(fù)荷油耗

 清華大學(xué)在2010年提出了稀釋稀燃=空氣稀燃+廢氣稀釋的思路，Lean Dilution Combustion，綜合一代和二代GDI優(yōu)點(diǎn)。

 具有三種效果：體積稀釋、密度稀釋、活性稀釋。

 試驗(yàn)證明可以改善油耗7%~8%，同時(shí)降低NOx排放。

 如果有更好的GDI發(fā)動(dòng)機(jī)、更強(qiáng)的點(diǎn)火系統(tǒng)，稀燃范圍可進(jìn)一步擴(kuò)大，節(jié)油效果會(huì)更好。

11、基于低溫壓燃的高效發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)路線(xiàn)

 沿用“火花點(diǎn)火，火焰?zhèn)鞑?rdquo;燃燒方式，汽油機(jī)要實(shí)現(xiàn)50%的熱效率有很大難度。

 “均質(zhì)壓燃HCCI”可使汽油機(jī)熱效率大幅提高，在進(jìn)行了十幾年的基礎(chǔ)研究后，目前面向產(chǎn)業(yè)化的研究仍在進(jìn)行中。

 中國(guó)研究者在第三期973計(jì)劃研究中，從燃料與燃燒融合入手，走“低溫壓燃”技術(shù)路線(xiàn)，以期實(shí)現(xiàn)高效低排放內(nèi)燃機(jī)目標(biāo)。

12、可變機(jī)油泵和冷卻水泵

 電控水泵和電控機(jī)油泵可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況合理改變其壓力或流量，降低附件耗功，提高機(jī)械效率，可分別降低整車(chē)油耗1%~1.5%。

 近幾年來(lái)，電控水泵和機(jī)油泵的應(yīng)用明顯加快，從2013年僅在歐洲2個(gè)公司的產(chǎn)品上應(yīng)用，到2014年發(fā)展到歐美日共6家公司應(yīng)用，其中3家公司同時(shí)采用電控水泵和電控機(jī)油泵。

未來(lái)30年內(nèi)燃機(jī)仍是汽車(chē)的最主要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)，車(chē)用汽油機(jī)的熱效率有可能在2020年左右達(dá)到50%，而柴油機(jī)將會(huì)更高，內(nèi)燃機(jī)在節(jié)能減排方面將更具優(yōu)勢(shì)。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)作為先進(jìn)制造業(yè)的代表，技術(shù)含金量非常高，它是體現(xiàn)綜合競(jìng)爭(zhēng)力的標(biāo)志性產(chǎn)業(yè)，將是我國(guó)制造業(yè)、汽車(chē)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)型升級(jí)、由大變強(qiáng)的主戰(zhàn)場(chǎng)。