热效率高达43%,比亚迪插混发动机创纪录

http://www.qipei.hc360.com2021年01月12日15:28 来源:凤凰汽车作者:一刀说T|T

    比亚迪最近一直处于媒体的高光之下,其市值已经来到了全球车企的第四位,如此高的估值来自于资本市场对比亚迪电动车技术的信心,但作为一家自主品牌的标杆企业,比亚迪不但有全球领先的电动车技术,同样,在内燃机领域比亚迪也开始了自己的超越之路。

发动机

    比亚迪不久前发布的DM-i超级混动1.5L自然吸气高效发动机就创造了国内汽油发动机热效率的新纪录。这台插电混动专用的高效发动机的最高热效率高达43%,超过了之前丰田Dynamic Force2.5L混动专用发动机41%的热效率水平,创造了国产发动机的热效率纪录。实际上这一热效率水平已经接近了目前全球热效率最高的量产汽油发动机马自达SkyactivX压燃汽油机的最高热效率水平(43%~46%)。这台超高热效率的混动专用发动机证明了比亚迪在内燃机领域同样具有不俗的实力,也证明了国内发动机技术最近几年取得的长足进步。

发动机

    这台1.5L发动机区别于传统自然吸气汽油机,是一台插电式混动专用的发动机,由于有电机的加入,这台发动机并不追求性能,重点在于优化混动工况的效率。因此,额定功率只有81kW/6000rpm,峰值扭矩135Nm/4500rpm。其性能在传统的1.5L自然吸气发动机中是能算是一般水平,但是这不是重点,最高热效率才是这台发动机的技术追求。为了实现如此高的热效率,比亚迪这台1.5L自然吸气发动机采用了一套高效发动机的技术方案:

    1、深度阿特金森循环和超高压缩比

    比亚迪在这台1.5L混动自然吸气发动机上采用了深度阿特金森循环,这一技术曾经是日系高效发动机的看家本领,目前国内自主品牌混动发动机上也逐渐开始使用。

    阿特金森循环通过可变气门正时机构和特殊设计的凸轮型线实现进气门晚关,把进入汽缸的空气再压回进气管一部分,这样给缸内燃气膨胀做功的冲程就长于实际用于压缩的冲程,实现了膨胀比大于压缩比的工作过程,热效率得到较大提升。

发动机

    比亚迪1.5L混动发动机采用的是深度阿特金森循环,因此,可以实现高达15.5:1的高压缩比。提升发动机的压缩比是提升效率的最主要手段之一,从下面的汽油发动机的热效率公式中我们可以看出提升压缩比ε可以有效的提升热效率。另外我们可以看到,还有一个影响热效率的因素是比热比k,这个会在后面EGR废气再循环部分说明。

发动机

    比亚迪1.5L混动专用发动机的压缩比水平其实已经接近了马自达压燃汽油机Skyactiv-X16:1的水平,虽然两者的燃烧方式有很大的区别,但是在高压缩比技术的应用上,比亚迪确实达到了业界前沿水平。

    2、进气道喷射

    比亚迪1.5L混动专用发动机并没有采用当今流行的直喷系统,而是采用了比较传统的气道喷射系统。这主要是两个原因:

    (1)混动发动机并不不追求高性能,进气道喷射由于没有高压油泵,阻力更小,有助于实现更高的有效热效率。

    (2)进气道喷射也避免了直喷发动机常见的颗粒物排放,在日益严格的排放法规下,其对后处理的需求比较简单。

    (3)进气道喷射技术成本也更低。由于混动技术增加了电池、电机等一系列的新部件,会引起显著的成本增加,发动机的成本降低可以为降低混动车型的整体成本产生贡献。

    其实在混动专用自吸发动机上选择气道喷射并非比亚迪首创,本田iMMD混动专用的2.0L高效自吸发动机采用的也是气道喷射。

    3、可变气门正时系统

    比亚迪在这台1.5L混动专用发动机上采用了单VVT设计,也就是进气中置油压控制阀VVT,排气不带VVT。在如今双VVT基本成为标配的时代,选择进气单VVT似乎比较奇怪,主要的原因如下:

    这台1.5L发动机是插电混动专用的发动机,相对传统的发动机的实际运转工况范围是比较小的,主要的高效率区域工作。而且由于电机的加入,传统发动机上关注的低速扭矩,动态响应等特性不再重要,选择单进气VVT已经可以满足需求。另外,单VVT在成本上也是比较有优势的。

    4、废气再循环EGR系统

    比亚迪在这台1.5L发动机上采用了废气再循环系统(ExhaustGasRecirculation简称EGR),其工作方式是将发动机产生废气的一小部分导入进气侧再度燃烧。再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧速度,这样可以降低燃烧的压力和温度。这样不仅有利于降低NOX排放的产生,还可以提高比热比k,降低泵气损失,从而提升发动机的热效率。

    5、先进的冷却系统设计

    提高热效率除了燃烧系统贡献以外,降低冷却系统的热损失也是重要的一个方向。比亚迪在这台1.5L混动专用发动机上采用了比较先进的冷却系统设计;

    (1)缸体缸盖分体冷却技术,可以在暖机工况时,关闭缸体内部水套流动,仅保留缸盖水套的流动来加快发动机暖机的速度,使润滑油尽快达到理想的工作温度,从而降低阻力,提升效率。

    (2)电子水泵来取代传统的机械水泵。电子水泵不需要机械驱动,同时还可以灵活控制冷却流量来控制发动机冷却流量,从而进一步提升效率,降低油耗。

    6、无前端皮带设计

    降低机械损失也是提升有效热效率的重要技术手段,比亚迪在这台1.5L发动机上采用了电动空调压缩机,加上前面提到的电动水泵。这样所有发动机的附件驱动系统全部电动化,取消了前端附件驱动皮带,这进一步降低了机械阻力,从而有助于实现高效率。

    总结一下:

    比亚迪这台插电混动专用1.5L自然吸气发动机开发的重点在于高效率和低成本。由于混合动力技术的加入,让发动机的工况变得更加简单,因此高效率和低成本这两个看似矛盾的指标在这台发动机上实现了共存,这也是未来混合动力专用发动机的技术发展趋势。

责任编辑:范良

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