国内乘用车动力系统呈现多元化,内燃机、纯电、氢燃料电池及油电混动,纯电驱动由于电池能量密度低、受环境影响大,实际顾客体验续航里程短、高低温续航降低明显、充电时间长等问题,油电混动可实现以电补油,同时发挥了油电动力的优点,给顾客使用带来了比较好的体验。国内比较成熟的油电混动产品其适配的发动机一般都是经过专门开发调校的,既所谓的DHE(Dedicated Hybrid Engine)。
通过调研对比了国内主流的OEM厂商的10款DHE,7款常见传统汽油机,DHE主要特点:以热效率高为目的,全面提升发动机的燃油经济性,动力以够用为限。通用的技术手段包括:①使用米勒或阿特金森循环与奥托双循环模式,阿特金森和米勒各一半;②进气大多增压、VVT控制,自吸3款,广汽钜浪同时使用VVL技术;均采用了长冲程和中冷EGR系统;③基本使用排气VVT,BYD DMi未使用;④普遍使用缸体-缸盖分层冷却控制,蜡包+电子双节温器;⑤附件电气化,无机械附件,仅保留机油泵,并大多使用可变机油泵;⑥燃油以350bar共轨直喷为主,byd、长城使用MPI,但规划有直喷机型。
DHE压缩比均在12-16之间,最大压缩比16;马自达创驰蓝天压缩比22,该发动机为压燃汽油机,国内未使用。
DHE冲程缸径比1.2以上,常规汽油发动机冲程缸径比0.8-1.2,大多在1.1左右。
DHE发动机热效率均40%以上,东风马赫混动专用发动机最高为45.18%,得益于双循环、附件电气化及降摩擦技术的集成使用。目前效率最高的是马自达创驰蓝天Skyactic-G,宣称57%,实际市面产品未见投产。
DHE动力车型满电油耗均≤3L/100km,馈电油耗≤4-5L/100km。常规自吸燃油车油耗6-8L/100km,TGDI油耗8-12L/100km。油电混合动力实现了低油耗高动力的驾驶体验,且平顺性较好。
DHE产品开发主要策略和技术路线如下:
1、燃烧系统双循环,米勒循环或阿特金森循环:米勒循环在进气冲程时会将活塞运动到下止点,但进气门保持开放同时活塞进行压缩。直到曲轴通过活塞的下止点后70度,进气门才关闭。简单地说就是在压缩冲程中,先延迟进气门关闭的时间,活塞在汽缸里上升约五分之二容积时,才完全封闭进气门。所以有部分在汽缸的气体会重新进入进气歧管,并在机械增压的作用下保持气压,故下一次的进气冲程中可提高进气效率且减少泵压损失。可是这样也造成实际上的压缩空气没有比进气时的多,而降低压缩比。然而在点火冲程中,活塞仍旧由上止点移动至下止点,造成膨胀比大于压缩比的特殊状况。压缩比较小所以油耗低,膨胀比大所以动力大,另一方面也为了避免过高的压缩比引起发动机的爆震(提前点火)。这么简单的控制一个气门开闭的时机就制造了膨胀比大于压缩比的效果,因此相比传统的奥托循环发动机,废气蕴含的能量得以再次充分利用。阿特金森循环与米勒循环基本一致,差别在于排气门关闭时刻。气门重叠角大,实现扫气功能。
2、高效燃烧控制,①350bar以上高压直喷系统,多孔喷油器。②调整进气道、长冲程、VVT、VVL、进气Mask以及双顶活塞设计等技术提高进气滚流、涡流和湍动能,增强油气混合能力。③长冲程设计,实现阿特金森或米勒-奥托双循环模式。④高能点火,提高点火能量,120MJ以上。
3、EGR技术,为了有效抑制爆震,提高热效率,低温冷却废气再循环系统(EGR)。技术要点:①催化器后取气,保证EGR气体的清洁,降低系统被污染的机率。②低温冷却外部技术,在设计上,利用电控的中温水冷却EGR,进一步降低EGR温度。③采用总管进气方案,保证各缸EGR均匀性,偏差在±1%以内,实现各缸燃烧的一致性、稳定性。
4、低摩擦技术:①摩擦副降摩擦:低张力活塞环、凸轮轴滚动轴承、DLC涂层活塞销、减摩涂层活塞、低张力正时系统、滚子摇臂、变刚度弹簧。②开发使用低粘度机油。③附件电气化:全部取消机械附件,使用全可变机油泵。④取消附件轮系,将减震皮带轮内置曲轴箱中,取消轴封结构,进一步降低摩擦。
5、智能热管理,实现快速暖机,提高热效率,降低整机油耗。:①高功率电子水泵、温控模块、缸体缸盖并联分流水套组成,通过软件标定实现快速暖机,精确控制水温,降低整机油耗。②温控精准控制:根据发动机工况、水温,同时对多个支路流量进行精确控制,配合缸体缸盖并联分流水套设计,对缸体、缸盖的出水分别进行控制,实现对缸体、缸盖不同温度需求的调节,同时缸体水套上下分层冷却,降低缸筒温度梯度,减小热变形,降低泄漏损失。
6、附件电气化:取消了机械发电机、空压机、水泵以及动转泵等附件,一方面降低了发动机附件消耗功率,另一方面对发动机的NVH控制有利趋势。减振皮带轮可进一步配置在发动机内部,取消曲轴油封。
7、结构轻量化,减少内部摩擦是提高发动机效能非常有效的手段之一。通过对发动机内运动的部件(活塞、连杆、曲轴等)进行轻量化和降低机械阻力,就能有效提高发动机的响应性和提升发动机效率。
8、结构设计实现低噪声,高声品质。怠速噪声基本在60-62dBA左右,混动车辆怠速噪声控制在35-38dBA。
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