日前,吉利汽車宣布,在發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率方面的前瞻技術(shù)取得了新突破,均質(zhì)稀薄燃燒原型樣機(jī)實(shí)測(cè)實(shí)現(xiàn)51%的指示熱效率。其研究成果未來(lái)將應(yīng)用于新一代混動(dòng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)。
當(dāng)前,發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率再提高已經(jīng)成為一件比較困難的事。吉利汽車此舉引起行業(yè)廣泛關(guān)注。其實(shí),中國(guó)消費(fèi)者在用車過程中最關(guān)注的依然是油耗問題。記者了解到,提高乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率,一直是各大汽車企業(yè)正在積極努力的方向。在汽車行業(yè)變革的大背景下,潛心鉆研內(nèi)燃機(jī)技術(shù)應(yīng)成為企業(yè)長(zhǎng)期堅(jiān)持的做法之一。
♦51%的指示熱效率意味著什么?
作為傳統(tǒng)汽車的“心臟”,發(fā)動(dòng)機(jī)是整車開發(fā)的重中之重。發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率又被稱為“發(fā)動(dòng)機(jī)有效效率”,是指發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的熱當(dāng)量與單位時(shí)間所消耗燃料含熱量的比值,用以評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。發(fā)動(dòng)機(jī)靠燃油的燃燒做功,通過燃燒產(chǎn)生的熱能來(lái)推動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng),是一個(gè)由熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程。熱能在轉(zhuǎn)化過程中不可能完全用來(lái)做功,必然有一定的損失。
記者了解到,豐田的銷量擔(dān)當(dāng)卡羅拉/雷凌雙擎車型,配裝代號(hào)為8ZR的1.8L阿特金森循環(huán)自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī),壓縮比達(dá)到13:1,發(fā)動(dòng)機(jī)最高熱效率達(dá)到了40%;凱美瑞傳統(tǒng)燃油版2.0L自然吸氣M20C發(fā)動(dòng)機(jī)以及2.5L自然吸氣A25A發(fā)動(dòng)機(jī),壓縮比均為13:1,最高熱效率也同樣達(dá)到了40%。
自主品牌企業(yè)近年來(lái)同樣在深耕發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率。一汽奔騰T77 PRO 1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率達(dá)到39.06%。2010年廣汽第一代發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率為34%。經(jīng)過十年的發(fā)展,2020年廣汽第四代發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率達(dá)到42.1%,其計(jì)劃是在2025年前實(shí)現(xiàn)熱效率達(dá)到45%。長(zhǎng)安汽車基于藍(lán)鯨NE動(dòng)力平臺(tái)研發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)除了滿足國(guó)六b的同時(shí),最高熱效率達(dá)到40%。
對(duì)吉利汽車宣稱“實(shí)現(xiàn)51%的指示熱效率”,有行業(yè)人士提出了質(zhì)疑。這位行業(yè)人士表示,指示熱效率可以被認(rèn)為是理論上可以達(dá)到的狀態(tài),即理想效率。這也就意味著發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中具備達(dá)到51%熱效率的潛力,但實(shí)際并不能夠達(dá)到。
記者了解到,指示熱效率的“指示”代表“實(shí)際循環(huán)指示功”,也就是推動(dòng)活塞所消耗的功。不過,能量從活塞到發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸的傳遞過程中,會(huì)經(jīng)過活塞連桿、曲軸等結(jié)構(gòu),期間每通過一個(gè)連接點(diǎn)都會(huì)損失掉部分能量。因此,指示熱效率的參考意義有限。
記者了解到,作為國(guó)內(nèi)自主品牌的先鋒,吉利汽車從2017年率先開發(fā)出39%熱效率的增程專用發(fā)動(dòng)機(jī);到2019年自主研發(fā)攻克了低壓廢氣再循環(huán)(LP EGR)瞬態(tài)控制技術(shù),助力吉利汽油機(jī)突破了41%熱效率。吉利汽車是國(guó)內(nèi)首家在混動(dòng)增壓汽油機(jī)上應(yīng)用該技術(shù)的整車企業(yè)。此次實(shí)現(xiàn)51%的指示熱效率,對(duì)行業(yè)發(fā)展有一定的推動(dòng)作用。
♦顛覆發(fā)動(dòng)機(jī)燃料類型或許是出路
與外資品牌發(fā)動(dòng)機(jī)相比,自主品牌發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率處在什么樣位置?天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室原副主任姚春德表示,現(xiàn)在是處在同一起跑線上。
燃燒技術(shù)是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)里最核心的技術(shù)。燃燒是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),會(huì)受上百個(gè)參數(shù)影響,比如點(diǎn)火時(shí)間、壓縮比、壁面溫度、空燃比等。但是,提升熱效率確實(shí)不容易。比如,活塞往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)誕生百年,整體結(jié)構(gòu)變化不大,在過去50年里,頂級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率提升也不超過10%。記者了解到,此前濰柴把柴油機(jī)熱效率提高了一大截,用了五項(xiàng)專利技術(shù)來(lái)“攢”熱效率——協(xié)同燃燒技術(shù),協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)、排氣能量分配技術(shù)、分區(qū)潤(rùn)滑技術(shù)、智能控制技術(shù)。
姚春德認(rèn)為,汽車企業(yè)在發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的技術(shù),都在逐漸趨同化。“長(zhǎng)城、江淮、吉利、長(zhǎng)安、一汽、東風(fēng)等國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)基本上都在趨同化,奔馳、大眾、寶馬等外資汽車企業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)也是趨同化。”他說(shuō)。
據(jù)豐田總公司動(dòng)力總成相關(guān)部門負(fù)責(zé)人介紹,最新一代普銳斯所配裝的1.8L ESTEC 2ZR-FXE發(fā)動(dòng)機(jī)通過高速燃燒、EGR冷卻、熱管理和減磨等技術(shù)的精細(xì)改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)40%的熱效率,也使其成為當(dāng)前量產(chǎn)車中熱效率最高的發(fā)動(dòng)機(jī)。
姚春德表示,單純從改變汽車零部件結(jié)構(gòu)方面來(lái)講,對(duì)提升熱效率不會(huì)取得重大突破。改變?nèi)剂项愋停蔀樾袠I(yè)人士推薦的從根本上改變發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的一種方式。這是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率最顛覆的一種方式。
“作為應(yīng)用到內(nèi)燃機(jī)上的燃料,甲醇具有極性和潛熱高兩個(gè)明顯區(qū)別于其他燃料的理化特征,帶來(lái)了內(nèi)燃機(jī)腐蝕磨損和低溫冷啟動(dòng)困難這兩大技術(shù)挑戰(zhàn),進(jìn)而對(duì)耐久性和熱效率產(chǎn)生影響??上驳氖?,經(jīng)過業(yè)界一些科技人員十幾年技術(shù)攻關(guān),這些方面已經(jīng)取得進(jìn)展和突破,并使國(guó)內(nèi)甲醇內(nèi)燃機(jī)在這一領(lǐng)域處在世界領(lǐng)先地位。”中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng)付于武如此表示。
♦電動(dòng)化給內(nèi)燃機(jī)發(fā)展帶來(lái)挑戰(zhàn)和機(jī)遇
去年,我國(guó)相繼發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》及《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃2021年~2035年》。其中提出,到2025年,中國(guó)新能源汽車新車銷量將達(dá)到汽車新車總銷量的20%;至2035年,中國(guó)節(jié)能與新能源新車將各占一半,傳統(tǒng)能源動(dòng)力乘用車將全部轉(zhuǎn)化為混合動(dòng)力乘用車,以實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)全面電動(dòng)化轉(zhuǎn)型?!豆?jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》進(jìn)一步指出,至2035年,我國(guó)混合動(dòng)力乘用車油耗需控制在4L/100km的水平。
在汽車產(chǎn)業(yè)變革進(jìn)程中,碳中和、碳達(dá)峰成為當(dāng)下的熱詞。在推動(dòng)中國(guó)2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過程中,如何高效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排成為汽車產(chǎn)業(yè)面臨的重要任務(wù)。因此,如何大幅提升乘用車動(dòng)力系統(tǒng)的效率,成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)整車節(jié)能亟待解決的技術(shù)難題。
姚春德告訴記者,內(nèi)燃機(jī)多年發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)表明,只有混合動(dòng)力才能滿足環(huán)保要求和工信部的油耗要求,“混合動(dòng)力能夠用電來(lái)彌補(bǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)的一些不足。這樣能讓發(fā)動(dòng)機(jī)在工作的時(shí)候更加省油、更加具有經(jīng)濟(jì)性。我認(rèn)為,混合動(dòng)力應(yīng)該是一個(gè)非常重要的發(fā)展方向。”
記者了解到,吉利汽車聯(lián)合國(guó)內(nèi)零部件企業(yè)和高校在2020年12月成立了中國(guó)乘用車動(dòng)力總成專業(yè)委員會(huì)(SCP)。作為SCP牽頭企業(yè),吉利汽車表示已經(jīng)做好“全面迎接混動(dòng)時(shí)代”的技術(shù)準(zhǔn)備,其全新一代混合動(dòng)力系統(tǒng)配裝的專用發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率超過當(dāng)前市場(chǎng)上所有在售產(chǎn)品,將于今年下半年正式上市,從而助推全國(guó)“雙碳”目標(biāo)加速實(shí)現(xiàn)。
另?yè)?jù)了解,在比亞迪DM-i混動(dòng)系統(tǒng)里,發(fā)動(dòng)機(jī)除了熱效率高之外,可以長(zhǎng)時(shí)間在高效區(qū)域運(yùn)轉(zhuǎn)。熱效率43.04%的發(fā)動(dòng)機(jī)配裝比亞迪高效電管理系統(tǒng),進(jìn)一步降低油耗。當(dāng)前,DM-i系統(tǒng)已經(jīng)普及秦PLUS、宋PLUS新能源、唐新能源等車型。
姚春德說(shuō):“內(nèi)燃機(jī)行業(yè)已經(jīng)是很成熟的行業(yè)了。發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)是汽車工業(yè)的根基。汽車企業(yè)應(yīng)該好好沉下心來(lái)研究發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù),取得突破。”(趙瓊)