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挖掘发动机最后的潜力 还有哪些高招?

中国机械工业联合会机经网  发布时间:2016-10-13 15:30:28  来源:新车新技术


今天聊的是让发动机更加省油的方法,第一个措施表面上却似乎和发动机没什么关系,它就是48V电气系统。均质压燃发动机采用的是汽油燃料,但它可以像柴油机一样无需火花塞,只需通过活塞的压力就能够压然气缸内的混合气。

  正如武侠小说中有无以计数的武功绝学,汽车江湖中也分各种技术门派,进入21世纪以后,节能环保成为汽车技术发展的一个主旋律,但如何实现这个目标,不同的厂商都有自己的想法。

  在各国环保法规的压力下,纯电动似乎是汽车发展的终极状态,但在实现这个目标之前,我们依然在很长的一段时间里继续依赖燃料。所以,更现实的问题不是如何拜托燃料,而是如何尽可能地提高燃烧的效率。

  涡轮增压和双擎混动,都已不是新鲜技术,各大车企在如何降低油耗这件事上,绞尽脑汁地想尽了各种办法,今天我们就来盘点一下最有希望实现的几项技术。

  今天聊的是让发动机更加省油的方法,第一个措施表面上却似乎和发动机没什么关系,它就是48V电气系统。

  现今绝大多数发动机的驱动交流发电机、冷却泵、机油泵及空调压缩机都是通过传送带,将源自发动机的能量传输过去的。目前汽车中普遍的12V电气系统最大输出为2到3千瓦,由于现在汽车中的发动机、底盘、车身控制及车载信息娱乐功能都依靠这12V电气系统。

  不过,随着半自动、全自动驾驶系统等新的电子功能投入使用,12V的电子架构已经显得力不从心,解决办法就是在未来的新车中采用48V电气系统,这样以来就可以实现10kW的电力输出,从而支撑越来越繁多且复杂的电子功能。

  那么,它和发动机省油又有什么关系呢?当然有关系。48V电气系统能够大幅减轻发动机的附加载荷,最大有望提升10%的燃效。这方面,大众集团处于领先地位,它旗下的宾利添越及奥迪SQ7 TDI都采用了48V电气系统,这样以来,SQ7 TDI才能够装配上电子涡轮增压器。或许不久的未来,48V电气系统也将逐渐普及到更亲民的主流车型中。

  除此之外,48V电气系统还能够进一步完善微混动力系统。微混(mild hybrid)又称轻混,早前已经有部分厂家尝试过,通用汽车是比较典型的例子,不过市场表现并不理想。如今,在看到48V电气系统有望逐渐普及时,工程师们有望通过新的微混系统实现70%的燃效提升,因为48V电气架构下,就可以采用更细的布线和更低成本的连接器,同时还能为制动能量回收、电子助力增压及更先进的启停功能提供能量。

  新一代发动机停缸/闭缸技术

  停缸(cylinder deactivation)又称闭缸,是指发动机在运转过程中,当汽车所需动力较低时,发动机的部分缸体可以暂停运转,从而降低整体的油耗。

  停缸技术早已不是新鲜事物,上世纪80年代初,凯迪拉克就研发出了一台可以让两个或四个缸自动停转,不过限于当时的节气阀体单点喷油方式和简单的电控系统,这项技术在当时没能获得成功。

  如今,闭缸技术已经越来越普遍,消费者对它的接受度也越来越高。未来几年里,车内越来越多的传感器加上更加成熟、复杂的电控系统,能够让发动机更多地在非全缸运行的条件下运转。

  目前通用正在和德尔福联合研发更加先进的闭缸技术,将来可以让V8发动机最低只激活两个气缸的状态下运转,这项技术最多有望将油耗降低15%。

  燃料电池插混系统

  从环保角度而言,燃料电池明显比纯电动汽车更加合理,目前现代、丰田等几家少数车企已经将氢燃料电池车型投入到市场,但限于成本和配套设施,这项技术是否能够普及还很难说。

  不过,这并不代表燃料电池在短期内无法发挥作用。将近10年以前,福特曾推出了名为Airstream的概念车,它采用了插电式混合动力的布局,以求在成本和实用性之间找到平衡,之后福特还在一辆锐界上对这套系统进行了试验。

  将一套燃料电池用作增程设备,而非直接的电力驱动源,有望在零排放的前提下实现更高的效率。最新的消息是,奔驰近日宣布将在2017年投产一款燃料电池插混版的GLC,名为GLC F-Cell。表现具体如何,我们拭目以待。

  无凸轮轴发动机

  稍微了解发动机运作原理的都知道,当前绝大多数汽车采用的内燃机中,凸轮轴是必不可少的一个部件,它控制着各个气缸中进、排气门的开启与关闭。

  不过,凸轮轴控制气门开闭有一个天生的缺陷,就是不能自由地调节各个气门开启和关闭的时机。这就好像我们人类在呼吸时,慢走时呼吸频率较慢,跑步时呼吸频率必须加快才能满足氧气摄入的需求,而大多数发动机的进排气门都只能以一种频率进行开合,如果每个气门都可以自由选择开闭时间的话,发动机在不同运转状态下就可以选择更加合适的“呼吸频率”。

  为了实现这一点,很多车企都做出过努力,可变气门正时(VVT)和可变气门升程(VVL)就是两种措施,但它们依然没能拜托凸轮轴的限制,自由度有限。

  早在上世纪80年代末,路特斯机械工程部就层展示过一台无凸轮轴发动机,但限于技术发展并未量产。如今,随着48V电气系统的时代即将到来,无凸轮轴技术又有了新的发展潜力,这方面走在最前面的,就是超跑制造商科尼赛格。值得一提的是,观致汽车目前也在同科尼赛格进行合作,或许不久的未来,我们在观致的新产品上也有望见到这项技术。

  涡轮机插电混动技术

  纯电动汽车在未来交通中无疑将扮演重要角色,但它可能将仅限于乘用车或小载重的卡客车,对于一些载重量很大的大货车来说,采用纯电驱动可能就不太合适了。因为电动机强于扭矩输出,却并不善于功率输出,对于载重过大的货车、工程车来说,纯电驱动的效果可能适得其反。

  为了解决这个问题,国外溢价名为Wrightspeed的公司设计了一种专门的驱动模式:涡轮机插电混动技术。注意,这里提到的涡轮与涡轮增压中的涡轮不是一码事,而是指一台涡轮发电机,为车辆的电池进行充电,而车辆的驱动依然交给电动机来负责。这也可以理解为一种增程式插电式混动车,只是给电池充电的主体不同于上面提到的汽油机或燃料电池,而是一台依靠液体燃料的涡轮发电机。

  涡轮机最明显的好处之一是,它不挑食,几乎所有可以燃烧的物体,都可以做它的燃料。而且在持续高负载的运转状态下,涡轮机能够保持很高的燃效,而加速和刹车时的能量回收都交给电池来负责就可以了。

  均质压燃技术

  汽油发动机与柴油发动机的最大区别是什么?没错,是点火方式。汽油发动机在运转时,需要通过火花塞对气缸内的混合气进行点火,才能将燃料点燃。而柴油发动机则只需通过活塞的压缩,就能将气缸内的混合气压燃。于是,两种不同的发动机各自有着不同的特点。

  那么,有没有一种办法能够将汽油机和柴油机的优势结合起来,实现更好的燃效和更低的排放呢?有,它就是均质压燃(HCCI)技术。

  均质压燃发动机采用的是汽油燃料,但它可以像柴油机一样无需火花塞,只需通过活塞的压力就能够压然气缸内的混合气。这种技术不用像柴油机一样,对排气后处理系统进行复杂而昂贵的改造,就可以将燃油效率提升15%以上。

  目前均质压燃技术比较领先的是通用和戴姆勒,它们都认为这项技术很快就能够投入实用,但保守估计,即便均质压燃能够走向成熟,可能最少也要再等上几年了。

做好产业规划  推动产业升级
责任编辑:机经网编辑部 tongdx
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