第五屆中國汽車發動機技術大會舉行

作者:林蕓(編輯:林蕓)
2019-12-11 09:43:52

12月4日,由中國汽車報社、汽車與運動雜志社主辦,中國石油潤滑公司獨家冠名的“2020第五屆中國汽車發動機技術大會”在上海盛大開啟。相比第四屆中國發動機技術大會,本屆大會參會規模更大、報告看點更多、拋出的問題也越來越尖銳。來自北美、歐洲、亞洲的多名學術專家、行業帶頭人以及企業技術大佬齊聚現場,共同描述未來30年,世界汽車發動機技術發展藍圖。

Dr.PaulMiles 美國桑迪亞國家實驗室發動機燃燒實驗室主任

報告主題:基于內燃機動力總成對減少溫室氣體和排放的潛力

傳統汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車、純電汽車都有他們的優劣勢。未來汽車行業的發展有著很多的不確定性,嚴格來說機遇與風險共存。但我個人堅信傳統內燃機在未來仍然有很大優勢。

燃油經濟性方面,傳統內燃機還有這很強的潛力,我們現在已經擁有很多技術可以提升燃油經濟性,例如缸內直噴、渦輪增壓、集成排氣歧管、高效熱管理系統等。未來,隨著更加嚴苛的排放法規和燃油經濟性標準,我們需要更多的“黑科技”。稀薄燃燒、超稀薄燃燒技術將會成為現階段最有利的幫手。

目前碳排放方面,傳統發動機與純電動力系統在現實中的表現完全不是我們所認為的那樣。根據調查,2018年傳統發動機車型的碳排放仍舊要低于純電動力系統車型。原因在于目前世界范圍內煤電依然占有很大比例。如果我們在現階段大量投入純電動車型的話,在不增加額外的核電、天然氣發電等清潔能源發電設施的話,純電動車型的大量普及將會加劇碳排放的增加。

所以,每個國家都應當根據自己的情況制定相應的目標。不要一味否定傳統內燃機,多元化的技術路線才是正解。

Prof.Yasuo Moriyoshi 日本千葉大學教授

報告主題:日本內燃機研究趨勢

未來,日系企業對于傳統內燃機的研發仍舊不會放緩腳步。提升傳統發動機熱效率是日系企業的最終目的。熱效率從目前的37%-41%提升到45%,這需要很多新技術的幫助。例如可變壓縮比、HCCI、高效熱管理、燃油噴射系統、混合動力系統等。豐田和本田,未來在傳統內燃機方面主要途徑是依靠混合動力系統,豐田的THS-II和本田的iMMD混合動力系統傳統內燃機的熱效率都突破了40%以上。日產則采用可變壓縮比技術,壓縮比可在8:1~14:1間隨時切換,保證各個工況點都有著良好的動力性和經濟性。此外日產最新推出的E-Power技術則采用了另外一種技術路線,馬自達除了最新推出的SKY ACTIV X還將會推出全新一代的SKY ACTIV D/G。

為了提升日系企業與歐美競爭對手之間的競爭力,加快行業、產業的發展。日本推行了一項名為“政府合作計劃”經過5年的籌備2019年開始實施。“政府合作計劃”可以使得企業、學校和政府間的合作、交流變得更加通暢和緊密。雖然,日系企業采用的技術路線各不相同,但他們的目標一致。提高傳統內燃機熱效率是大家追求的共同目標,下一階段各家企業將會朝著51%的熱效率目標進行挑戰。

Prof.MicheleBattistoni 意大利佩魯賈大學教授

報告主題:內燃機及燃油噴射技術未來發展趨勢

未來內燃機燃燒系統設計將應用一大批新型缸內燃油噴射、點火技術。在歐洲,目前對整機的運行工況已經有了清醒的認識,在傳統內燃機中一些極限工況如冷啟動、城市低速低負荷工況以及高溫高負荷工況是當前內燃機的關鍵點。

這些關鍵點可以利用電氣化技術將內燃機工況運行在最佳工況點。另一方面,一些最新的技術可以應用在新的燃燒系統中。高壓噴射技術高達1000bar可以極大增強霧化,提升局部湍流度,增強混合,增強快速燃燒。

另外我們現在很多高溫工況點為了避免爆震,利用加濃的燃燒策略使得經濟性以及效率不高,而新的噴水技術利用水蒸氣降溫降低燃燒溫度,減少爆震發生,燃燒系統可以進一步提前點火時刻以及降低燃空比,增加效能。預混室點火系統利用設置一個預先點燃的火焰噴射系統,將火焰噴射到燃燒室中,可以極大增加燃燒速度,降低爆震傾向,并且這種燃燒模式可以極大提升稀薄極限。

電暈點火可以區別于普通的火花塞點火方式,利用等離子體點火實現深度稀薄燃燒,降低燃燒溫度。另外在噴油方式上,一些新型的噴射技術以及噴霧模型如超臨界噴霧,可以實現瞬間汽化,大幅度增加霧化程度。

Prof.Kyoung Min 韓國首爾國立大學先進機械和設計研究院主任

報告主題:未來內燃機技術,近零CO2和尾氣排放

根據專業機構的預測,2030年全世界傳統內燃機車型仍舊占比65%、混合動力車型28%、EV車型僅占7%。其中日本,2030年傳統燃油車型占比30%~50%,“新世代”車型占比50%~70%(混動系統車型30%~40%、BEV 20%~30%、FCEV 3%、清潔柴油車型5%~10%)。

美國2030年,FCEV車型占比1%、BEV車型占比9%、PHEV車型占比8%、混合動力車型占比41%、傳統燃油車依然占比41%。歐洲由于受到嚴苛的排放法規,2030年傳統燃油車將徹底禁售,混合動力車型成為銷售主力占比68%、PHEV車型占比11%、BEV占比19%、EV車型占比2%。中國市場同樣面臨著法規的限制,2030年傳統燃油車型占比20%、混合動力車型占比41%、PHEV車型占比7%,FCEV車型占比1%、BEV車型受到政策的幫助將會達到31%。

2030年,我們要實現50%的熱效率和降低90%的排放。提高熱效率有各種各樣的方式,為此需要使用電氣化。提高熱效率的同時也能夠起到降低排放的作用。另外,使用中性燃料,以此實現可再生能源的使用,希望能通過這樣的方法來抵消其他來源的二氧化碳,以此平衡二氧化碳的供求。只有這樣,我們才能真正實現更低的排放甚至是零排放。我們目標很簡單,就是減少二氧化碳排放和尾氣排放,我們只是需要找到一條合適的技術路線。無論使用哪種技術,采用哪種路線,我們的目的都是殊途同歸,都是為了減少二氧化碳和尾氣排放。

李理光教授 同濟大學教授、中國內燃機工業協會汽油機規劃組副組長

報告主題:中國乘用車汽油機2020~2035年發展規劃預測

2030年為了實現全球溫升低于2攝氏度,二氧化碳總排放量必須小于3.2萬億噸,為此全球196個國家簽署了巴黎協定。2030年中國乘用車市場碳排放目標要達到減少61%。

目前,個別自主品牌在實驗室環境下已經可以實現48%甚至會是49%的熱效率。但未來3年,我國自主品牌傳統內燃機的熱效率都將會邁向42%。2025~2030年傳統內燃機熱效率將會邁向45%~50%,這期間需要很多技術的支持。

要想實現這些近期、中期、長期的目標離不開技術的支持,近期阿特金森循環/米勒循環、高壓縮比(13:1)、350bar直噴系統、高能點火、EGR、熱管理技術、低粘稠度機油(XW-20)是主要技術路線;中期極端,深度阿特金森/米勒循環、高壓縮比(15:1)、500bar直噴系統、可變壓縮比、稀薄燃燒、點火輔助壓燃、AI與只能控制技術、高能點火、附件全部電氣化、熱管理技術、稀薄燃燒后處理技術、低粘稠度機油(XW-16)、碳中性燃料將會成為最有利的幫手;后期階段將會依靠,壓燃、超稀薄燃燒、超高壓縮比、1000bar直噴系統、智能燃燒反饋控制、AI與智能控制技術、氧氣燃料、壓燃燃料、零排放后處理技術、低粘稠度機油(XW-8)、絕熱技術、余熱回收技術等這些目前還處于實驗甚至是概念階段的技術。

上原隆史 豐田汽車動力總成產品企劃部主任工程師

渡邊泉 豐田汽車動力總成技術企劃部部長

報告主題:豐田混動系統THS的特征以及混動用發動機技術

“豐田挑戰2050”計劃已經開始運行,為了配合這個計劃的實施,2020年豐田將會推出EV車型,2025年旗下全部車型都將提供電動化配置并且電動化車型占比50%以上,EV、FCV占比10%。

豐田汽車在混合動力技術的研發已經積累了大量的基礎和經驗,豐田表示下一代環保車輛的研發依然會以豐田的混合動力技術為核心。最新的THS(豐田混合動力系統)采用串并聯式。發動機、發電機和電機通過行星齒輪系統耦合,這種結構使得系統的體積比串聯式混合動力系統緊湊。

此外,電機比并聯式混動系統更大,減速時可以回收更多的能量,提高效能。驅動力可以在發動機、車輪和電機、車輪兩個單元之間自由調整。既實現了發動機在高效區間運行,同時又降低了能量之間轉換的損失。這套豐田的混合動力系統在制動能量回收、油耗性能表現、系統高效性、成本等方面都有著較好的表現。

目前,豐田全球市場混合動力車型銷量已經達到1400萬量。這些混合動力車型的推出,20年間在降低二氧化碳排放方面已經為全球做出了1.1億噸的貢獻。未來,豐田還將會繼續堅持在混合動力系統方面的研發。

李金成 中國一汽研發總院首席專家

報告主題:紅旗CA4GC20TD高效米勒循環發動機

一汽-紅旗在今年推出的這款最新一代2.0T缸內直噴發動機,并且榮獲了“中國心”2019年度十佳發動機稱號。這臺發動機采用了很多比較先進的技術,其中高壓縮比米勒循環燃燒系統是CA4GC20TD發動機最大的技術特征,這款發動機配有“經濟版”和“功率版”。“經濟版”壓縮比為11.5:1,動力性與經濟性更加平衡,“功率版”壓縮比為10.7:1,動力性表現更強。

在這套高壓縮比米勒循環燃燒系統中,米勒循環相比傳統的奧拓循環,進氣包角減小20°CA以上,可以實現一個較大的米勒循環。另外,一汽-紅旗還以可視化燃燒為基礎,實現換氣系統和燃燒系統迭代優化。凸輪線性、高滾流進氣道、高壓縮比燃燒室和高壓噴油是實現米勒循環的關鍵。通過一維與三維方針的地帶優化,優化了米勒循環發動機的換氣過程、缸內流動、燃油噴射和油氣混合。采用數字化氣道設計技術,實現起到滾流提升70%以上,同時保證了較高的流量系數,實現更理想的油氣混合與火焰傳播。進氣道MASKING進一步加強缸內滾流比。高壓縮比的燃燒室以湍動能為主要評價指標,優化缸蓋燃燒室和活塞頂部形狀實現兩者的最佳匹配,保證點火前缸內較高的湍動能水平。

可以說,通過強化氣流運動并優化燃燒室設計,米勒循環發動機燃燒速度得到了提高,也為其39%熱效率奠定了基礎。

未來,一汽-紅旗也將會朝著50%熱效率邁進,第一階段通過直噴增壓,進一步提高壓縮比、EGR、低摩擦等技術手段將熱效率從39%提升至41%。第二階段,通過高效增壓手段、高壓縮比、稀薄燃燒、高滾流比、大S/D等技術將熱效率提升至45%。第三階段,將會采用HCCI、排氣能量回收等手段,最終將傳統發動機熱效率提升至50%。

李曙波 吉利領克混合動力項目總監

報告主題:面向全球化應用的混動動力總成開發

吉利推出的這套混合動力系統始于吉利之前推出的1.5L直噴增壓發動機,在這個基礎上做了48V的P0,也做了PHEV,這個方向上為混動應用開發了一款米勒發動機,熱效率38.3%。GEP3產品系列采用了高度平臺化和高度模塊化,零部件通用率大于90%。

從混動系統對發動機的需求來說,因為前軸的重量越來越大,需要發動機盡可能降重,這臺發動機的重量僅為113kg(含油液)。結構尺寸方面,這臺發動機也很完美。能夠輕松在發動機與變速器之間放入一個電動機,以至于這套系統能夠非常容易裝配在現有整車架構中。

NVH是吉利也是中國消費者非常關心的問題,畢竟這是一臺3缸發動機,但目前收到的市場反饋還是非常正面的。效率方面,相比上代發動機降了30%的摩擦功。另一方面,全新開發了燃燒系統采用高壓縮比、米勒循環、進氣道進行了重新設計、MASKING的設計、提高進氣滾流等。這臺發動機最大功率105kW,高效區域占比35%。關于發動機控制策略,關注點在于如何提升整個系統的效率、油耗表現。電機的目的是為了讓發動機盡量不要在低效率區間工作,同時提升發動機功率。充電、放但我們都知道,電也有能量轉換損失,并不是說工作在最高點上就是系統效率最高的,包括電池充放電的效率。電池不同情況下效率是不一樣的所以是整個DOE的過程,這需要更加繁瑣的詳細進行各種工況的標定。與其匹配的變速器是吉利自主研發的7DCTH變速器,比基礎版變速器的效率更高,而且同樣采用模塊化開發,應用于PHEV和HEV車型。

基于1.5TD與7DCT/H的模塊化動力總成系列,吉利集團已經有三種不同電氣化程度的應用,從MHEV48V到HEV再到PHEV。設計核心理念,就是從系統效率出發,出于成本考慮開發發動機調整變速器。同時開發電池,滿足整個系統的需求。

顧茸蕾 奕森科技研發副總裁

電驅動浪潮下渦輪增壓器的挑戰

現在發動機熱效率提升1%~2%對于研發都是非常高的挑戰,渦輪增壓器與發動機的匹配就顯得更加重要。使用小渦輪,對發動機的動力性有一定的影響。大渦輪在低速扭矩方面的效果又不是很好,這些問題每家企業都會遇到。

解決方案之一,雙流道渦輪增壓器。雙流道渦輪增壓器在高速時提高流量,低速時也能夠提供較好的低速扭矩輸出。這種技術目前已經成為很多企業的解決方案,只不過相比傳統單流道增壓器成本有一定增加;解決方案之二,可變截面渦輪增壓器。可變截面渦輪增壓器在很多超跑車型上已經得到了應用,導向葉片在低速高速都可以通過控制開口面積滿足低速高速狀態下的需求。相比雙流道,可變截面技術的應用將會大幅提升增壓器的響應,動力輸出和經濟性方面的表現會更好,但由于受到技術的限制,可變截面渦輪增壓器的成本一直高居不下。

面對不同的發動機需求,渦輪增壓器也不是恒久不變,例如高熱效率的混合動力車型、PHEV等車型也需要選擇一款更加適合的渦輪增壓器。相比傳統發動機的渦輪增壓器與混合動力車型匹配的增壓器并不需要更廣泛的區域,而是需要更高的效率。為了提高效率,轉子葉片需要設計非常輕薄,同時還需要滿足零部件強度的要求。

Dr.Alessandro Mariani Manager,Loccioni FIS R&D,Italy

報告主題:內燃機:Loccioni測試系統和未來發展

為了滿足未來更加嚴苛的排放法規和燃油經濟性要求,缸內直噴系統應用越來越廣泛。最為直觀的作為便是提升缸內直噴系統的燃油噴射壓力,從之前的200bar到現在的350bar再到以后的500bar,甚至是1000bar、1200bar。

在內燃機提升效率的過程中,燃燒系統特別是燃油霧化至關重要,隨著高壓噴射技術的不斷引入加強,噴油器測試系統直接影響著噴霧的控制、設計,從而影響燃燒效果。Loccini公司根據需求設計健全的噴油器噴霧測試平臺。精確的流量控制臺對噴油器的流量控制、針閥的開啟關閉延遲進行精確的測量,并延伸至多次噴射的流量精準控制測量。

此外光學診斷成為噴霧形態、粒徑的測試主要手段。對噴霧的錐角、貫穿局、落點、不同位置霧化粒徑可以非接觸地得到準確的測試結果,并可以應用在諸多領域如噴油器尾噴以及濕壁現象等的診斷。

另外可以設計新型傳感器測量如單束油束的動量診斷,輔助燃油油束的設計以及分布考量。新型燃燒系統如SPCCI(火花輔助壓燃)所需1000bar的燃油供給系統,低流量的精準控制以及噴水等混合噴射方式是未來噴油系統的挑戰。

劉浩 銀輪機械股份副總經理

傳統汽車和新能源汽車熱管理

隨著發動機熱效率的逐步提升,稀薄燃燒對于發動機熱管理系統提出了更高的需求。這將會徹底改變整個熱管理系統,同時對于熱管理零部件也帶來很大的影響。

稀薄燃燒可能會帶來高增壓,EGR,熱負荷在不斷提高,但空間又在不斷縮小。油耗法規要求2020年達到5L/100km,接下來還有更加嚴苛法規。其中對溫控的要求也更高,以前的功能大部分是冷卻,現在則是需要將各套系統始終控制在一個最佳工作區間。之前,傳統乘用車由于大部分采用自然吸氣最開始涉的只有換熱器、水箱。現在隨著小排量增壓的趨勢已成主流,越來越多的用到EGR技術降低油耗。另外用排氣量加熱油溫或水溫的EHR余熱回收把warmup的階段盡可能減少,降低實際運行的油耗,同時提升排放。尤其是混合動力系統,因為混合動力系統發動機啟停非常頻繁,EHR的作用更能發揮出來。純電動車型有很多電控和電動部件,包括電子水泵、電子水閥、空調系統,也會有傳統的冷卻。夏天的時候水溫較高,所以我們采用了電池深冷器模塊,它與水泵集成在一起。

不斷提高的需求,也使得熱管理系統需要迎接更多的挑戰,只有集成化、模塊化的解決方案才能滿足更多、更高的需求。

柯建豪 科博達科技副總裁

報告主題:面向未來的發動機節能減排新技術介紹

面對中國日益嚴苛的雙積分政策,很多車企面臨較大的燃油消耗積分壓力,降低油耗新技術應用將在未來幾年大幅提升。包括渦輪增壓、可變氣門控制、缸內直噴、變量機油泵、發動機熱管理等都具有很大發展潛力。

科博達在汽油機方面擁有眾多解決方案的產品,例如從進氣調節開始的ETC進氣管理。潤滑系統方面,科博達從一級變量到二級變量再到全map控制變量機油泵,都擁有相對成熟的產品。科博達在傳統的葉片式和齒輪式等機油泵的基礎上,自主研發出鉸塞復合式變排量機油泵,性能非常優越。鉸塞復合式變量機油泵,機械效率、容積效率都是最高的,油耗節約可以達到1.8%-2.5%左右。

主動控制進氣格柵,主要是減少汽車行駛風阻,減少二氧化碳排放。同時,還可以節省燃料百公里0.15-0.2L左右。另外,其還能夠改善冷啟動的暖機時間,降低熱損失,可以縮短2%的熱機時間。此外,我們還與奧迪聯合開發了智控溫度管理閥,徹底代替了傳統節溫器。其擁有無級調速功能,比如冷卻渦輪增壓器,有的時候要關閉發動機的冷卻或是啟動發動機的冷卻。我們采用三通閥或者四通閥,控制各個管路,控制方面可以采用電機驅動和電磁閥驅動。這樣一來可以使整套系統達到更加高效、全面的調節和控制。


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