混合動力內(nèi)燃機技術(shù)發(fā)展和展望-2024-07-技術(shù)資料

1.車用內(nèi)燃機面臨的挑戰(zhàn)2.什么是混動專用內(nèi)燃機?3.不同混動構(gòu)型對內(nèi)燃機的要求4.典型混動專用內(nèi)燃機技術(shù)解析5.發(fā)展趨勢挑戰(zhàn)1:全球氣候變暖與CO?減排-本世紀(jì)全球平均升溫控制在2C以內(nèi)/《巴黎協(xié)-中國政府明確提出2030年左右使CO?排放達到峰值并爭取盡早實現(xiàn)1965—2015全球主要國家碳排放量(百萬噸C02/年)美國加拿大法國德國英國中國印度韓國2016年9月3日中美兩國在G20期間挑戰(zhàn)2:石油不可再生能源危機?020102015202020252030203·2040年全球約90%的交通能源仍來自石油·全球石油儲量增長快于需求，石油儲產(chǎn)比為50.7年(煤炭114年、天然氣52.8年)挑戰(zhàn)3:中國能源安全日益突出原油凈進口量(萬噸)原油消費總量(萬噸)一凈進口/消費""4147141471200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014201520年份高達69.08%,達到了歷史新高，能源安全問題日益嚴(yán)峻。石油消耗的28.07%和30.53%。來源：王司南.博士論文.2018挑戰(zhàn)4:大氣污染加劇Vehicles(cars,boats,pl**2018年最新數(shù)據(jù)：北京45%挑戰(zhàn)5:汽車油耗法規(guī)限值不斷加嚴(yán)987654326.57于55.8m)減少26%整備質(zhì)量(kg)·2018年4月1日開始實施積分比例要求分別為10%和12%新能源乘用車單車積分標(biāo)準(zhǔn)車型注釋(1)R是純電車?yán)锍?單位：km)(2)P是燃料電池車額定功率單位：kW)(3)積分值上限是5分2P刷3.0mglthleLEV3挑戰(zhàn)6:汽車排放法規(guī)限值不斷加嚴(yán)什么是混動專用內(nèi)燃機?1)定義：專門設(shè)計開發(fā)用于混合動力汽車的內(nèi)燃機2)與常規(guī)車用內(nèi)燃機的差異：(1)運行區(qū)域收窄：僅運行在高效區(qū)(高原)(2)動力性要求降低(由電機補償動力),有利Atkinson/Miller循環(huán)等技術(shù)(高峰)自吸式直噴汽油機轉(zhuǎn)子發(fā)動機VCR/VVT/VIM/VGT等(6)成本更低：結(jié)構(gòu)簡單導(dǎo)致成本更低混動專用內(nèi)燃機-汽油機有優(yōu)勢O00山51)運行區(qū)域收窄(聚焦高效區(qū)域)2)發(fā)動機結(jié)構(gòu)緊湊(升功率高)3)振動噪聲NVH低(燃燒柔和)4)成本低(燃油噴射系統(tǒng)、TWC后處理系統(tǒng)簡單)混合動力分類加油站車輪電動機動力電池全電插電式全電插電式混合插電式油油箱燃油發(fā)動機加油站油油箱燃油發(fā)動機加油站車輪車輪車輪發(fā)電機發(fā)電機發(fā)電機電網(wǎng)電網(wǎng)電網(wǎng)電網(wǎng)車載部分車載部分廣義的PHEV指可通過插電進行充電的混合動力汽車增程式電動汽車是一類特殊的PHEV,即全電型PHEV;它又可分為城市型和全性能型REEVBlendPHEV即通常所說的PHEV全電型插電式是全電遠(yuǎn)行混合型于電式是漏合電動全電型插電式是全電遠(yuǎn)行混合型于電式是漏合電動電能路徑機械能路徑類型(動力分流)(離合器)結(jié)構(gòu)圖特點發(fā)動機動力發(fā)動機動力(通過行星齒輪分配)電機和發(fā)電機比串聯(lián)式要小發(fā)動機動力低速轉(zhuǎn)換成電能(串聯(lián)式)高速轉(zhuǎn)換成機械能(并聯(lián)式)代表車型本田FIT(i-DCD)本田雅閣(i-MMD)三菱歐藍(lán)德PHEVHP0:電機位于發(fā)動機前端皮帶上(微混啟停);P1:電機位于發(fā)動機曲軸上(ISG,輕混);P2:電機位于發(fā)動機與變速箱之間，位于離合器之后(深混);P3:電機位于變速箱輸出端，與發(fā)動機共享一根軸，同源輸出(深混);P4:電機與發(fā)動機軸分離，通常用于驅(qū)動無動力的車輪(純電);PS:功率分流(混聯(lián))。電功率占輸出功率比例電功率占輸出功率比例自動啟停時間不同混動構(gòu)型發(fā)動機的運行區(qū)域常用區(qū)域運行在“甜蜜點”降低成本降低成本r降低功率PHEV/HEV專用發(fā)動機技術(shù)方案比較低油耗√高度芯以德國大眾、寶馬為代表的渦輪增壓直噴混動汽油機自吸式(NA)進氣道宣噴汽面機以日本豐田、韓國現(xiàn)代為代表的自吸式混動汽油機帥石金等.混動乘用車發(fā)動機節(jié)能技術(shù)路線展望.汽車安全與節(jié)能學(xué)報.2016年第1期說明O一二TGDI混動機升功率扭矩明顯高于NA混動機，使其可適于更多車型O一 一一ONA混動機BMEP較低，摩擦損失等占比較低，可實現(xiàn)1-2%的更O十O0TDGI混動機結(jié)構(gòu)緊湊，空間布置容易O一NA混動機+900RMB左右，TGDI機+230O 一TGDI混動機低油耗區(qū)寬，節(jié)油稍多，與NA機節(jié)油性價O一十TGDI機升功率扭矩高，可覆蓋更多PHEV車型，形成比NA機型大幾倍的量能，從而攤薄開發(fā)和生產(chǎn)線建設(shè)等成本電池等)O一一動力總成的成本孰優(yōu)孰劣尚無法評估OTGDI混動機可維持發(fā)動機本體基本不變，整機重量增加少圖例增程器專用發(fā)動機技術(shù)選擇·小排量低功率(<20kW):單缸轉(zhuǎn)子發(fā)動機或1~2缸二沖程或四沖程汽油機·中排量中功率(15~35kW):2缸二沖程或四沖程汽油機·大排量大功率(30~60kW):3缸或4缸四沖程汽油機排量/L增程式發(fā)動機技術(shù)選擇主流技術(shù)路線：小排量和小缸數(shù)四沖程自然吸氣汽油機·成本較低、可靠性好·能滿足增程式發(fā)動機苛刻的NVH和緊湊性要求·經(jīng)濟性和排放性能較好，能夠覆蓋增程式電動車需求的功率范圍國外先進混動發(fā)動機技術(shù)水平壓縮比(12~14)+阿特金森/米勒循環(huán)+缸內(nèi)直噴+大眾1.5LTSI(渦輪增壓直噴)理模塊+全變排量機油泵+低摩擦+停缸現(xiàn)代1.6LGDI(自吸式直噴)量機油泵+低摩擦豐田2.5LDynamic峰值有效熱效率40%Engine峰值有效熱效率41%用于Camry車峰值有效熱效率40%熱效率38%用于GolfGTE國內(nèi)混動發(fā)動機技術(shù)水平序號壓縮比1車企ATC+中置200barGDI+6孔噴油器+缸蓋集成排氣歧管+電動水泵+DVVT+可變排量機油泵TC+進氣道噴射(PFI)2車企B3車企CTC+進氣道噴射(PFI)內(nèi)燃機能量轉(zhuǎn)化效率與環(huán)節(jié)燃燒釋放熱量(Q?)總指示功(Wg損失有效熱效率(net)=燃燒效率(n.)×循環(huán)熱效率(nt)×換氣效率(ng)×摩擦效率(n)內(nèi)燃機極限有效熱效率分析燃燒效率(~98%)×循環(huán)熱效率(~62%)×機械效率(~90%)=~55%(稀燃)燃燒效率(~96%)×循環(huán)熱效率(51~58%)×機械效率(~90%)=45(當(dāng)量比)～50%(稀燃)排氣損失泵氣損失機械損失燃燒損失Engine峰值有效熱效率41%用于排氣損失泵氣損失機械損失燃燒損失先進混動發(fā)動機節(jié)能技術(shù)分析車用點燃式汽油機實現(xiàn)50%有效熱效率的技術(shù)選擇序號率(%)(百分點)0PFI(基準(zhǔn))1DI(直噴)2EGR(廢氣再循環(huán))3Leanburn(稀燃)456789(高效渦輪增壓器)tumble(氫+強滾流)★高效汽油機(直噴+增壓+稀燃+高壓縮比+高EGR+長沖程+低摩擦+絕熱)不僅可以用于常規(guī)汽油車，還可以混合動力和插電混合動力車!Source:YasuhiroDAISHO.August22nd,2015,SJTU,China純?nèi)加图內(nèi)加挽o謐性和/tech/1145/11458全球量產(chǎn)最高熱效率混動發(fā)動機高響應(yīng)的廢氣再循環(huán)閥新結(jié)構(gòu)水套墊片電子水泵全球量產(chǎn)最高熱效率混動發(fā)動機本田雅閣i-MMD混動發(fā)動機運行區(qū)域模式下，發(fā)動機和車輪實際上是機械解耦的，為了讓發(fā)動機工作在最佳燃驅(qū)動電機的需求功藍(lán)色和黃色的點分別是電池不輸出能量進行調(diào)整時的發(fā)動機工作點。紅色的點是調(diào)整后的發(fā)動機工作點。模式下，發(fā)動機與電機同時驅(qū)動，此時讓發(fā)電機和驅(qū)動藍(lán)色和黃色的點分別是電池不輸出能量進行調(diào)整時的發(fā)動機工作點。紅色的點是調(diào)整后的發(fā)動機工作點。EMU(功率單元)為了提升燃燒效率，工程師針對燃燒室部分進行了修正，另外針對三缸發(fā)動機抖動問題，曲軸兩端均添加了配重，官方宣布日產(chǎn)e-POEWR動力總成結(jié)構(gòu)發(fā)電機其最終表現(xiàn)達到與四缸發(fā)動機接近的水平。モーターに大関力を供結(jié)して出力を高め一気に速度プッフする力強い走りを美壊夕十(少発屬した要力を無層しなから走行氮①流n石方向http://www.nissan.co.j·整備質(zhì)量：1170-1220kg·排量1.198L,三缸·最大功率58kW/5400rpm·最大轉(zhuǎn)矩103Nm·單體5.05Ah,3.6V·80個單體組成FEV增程器系統(tǒng)開發(fā)Max.torque最大扭矩OHV,2valvespercylind燃油噴射系統(tǒng)PermanentmagnetexitedsynchronousmMax.electricpower最GeartransmissionrCooling冷卻變頻器，發(fā)動機和內(nèi)燃機整合冷卻Emissionclass排放級別Weight(asrepresentedFEV增程器專用發(fā)動機減震技術(shù)開發(fā)完美的發(fā)動機震動補償?shù)驮胍舻碾娏ρ埠讲荒鼙粌?nèi)燃機破壞直到可以被預(yù)防氣體和慣性力引起的扭矩波動→加速轉(zhuǎn)動慣性質(zhì)量→影響反作用力矩引起一個圍繞曲軸軸線的動力滾動運動通過發(fā)動機支架的車輛結(jié)構(gòu)振動激勵Transmissionofstr結(jié)構(gòu)噪聲的傳遞令人不悅的空氣聲音輻射在機艙內(nèi)FEV的法則補償了滾動力矩，從而避免了對發(fā)動機支架的任何影響c12公升油箱12公升油箱最大功率：75kw(101馬力)最大功率：75kw(101馬力)混合動力未來展望·國際能源署(IEA)預(yù)測，2030年90%以上乘用車配有發(fā)動機，2050年仍有超過58%的配有發(fā)動機，其中85%為混合動力汽車。OO。。0混合動力未來展望·2015年IEA·2015年IEA預(yù)·但調(diào)低了2040汽車產(chǎn)量(不超過1.6億輛);·2035年后的純混動專用發(fā)動機發(fā)展趨勢·混動汽油機峰值有效熱效率將超過45%,接近甚至超過目前柴油機水平·壓縮比：~17HigherDrivingPerformance豐田45%有效熱效率原理性樣機馬自達公布第二代創(chuàng)馳藍(lán)天技術(shù)，采用均質(zhì)充量壓燃(HCCI)技術(shù)，2020年實現(xiàn)有效熱效率50%汽油機節(jié)能減排技術(shù)螺旋式發(fā)展((GDI+稀燃+壓燃)下一代內(nèi)燃機意味著什么?排放排放2.缸內(nèi)直噴效率效率汽油壓燃(GCl)由燃料/空氣分層驅(qū)動燃油燃油分層低NOx和碳煙燃燒不穩(wěn)定INTAKE