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超越日系双田,比亚迪43热效率发动机征

发布时间:2023/5/23 18:35:36   

提到高热效率发动机,日系代表丰田和本田用于混合动力系统的发动机产品往往会成为人们讨论的热门标杆。最近,作为国内插电式混合动力的技术领军者,比亚迪在最新的DM-i超级混动系统中,使用了一台全新的骁云-插混专用1.5L高效发动机,最高热效率已经达到43%的水平,这是丰田和本田从未达到的高度,以惊艳表现开启了中国汽车品牌超高热效率发动机新纪元。

(图片:骁云-插混专用1.5L高效发动机揭幕)

而不仅仅是热效率极值更高,比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机在全工况MAP图中,37%以上高热效率区占比达到43%,高效区转速覆盖-rpm超大范围,做到几乎无懈可击。同时其动力性指标在同等排量国外竞品中也十分亮眼,最大功率比本田1.5LLEB发动机高4.5千瓦,比丰田1.8L的8ZR-FXE发动机高了10千瓦,均处于领先水平。效率领先、动力优秀,在高热效率发动机技术领域,比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机足可成为中国汽车产业的骄傲,也获得了业界的高度认可,并斩获“广东省机械工业科学技术奖一等奖”。

(图片:广东省工业机械科学技术奖颁奖照片)

毫无疑问,比亚迪在节能发动机技术高地的反超,也让中国品牌成为全球发动机热效率之争中绕不开的势力。正如汽车评价研究院李庆文院长指出,“中国汽车产业进入了颠覆创新时代,比亚迪就是颠覆者,这个发动机不仅是颠覆传统的燃油汽车,更重要的是选择一个新的路径和方案。”

比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机热效率高达43%,而丰田在卡罗拉双擎/雷凌双擎上用的1.8升8ZR-FXE发动机热效率也只达到40%,更高级别的2.5升DynamicForceEngine发动机热效率要高一些,大概有41%。作为传统动力强者,本田也在其紧凑级混合动力系统中搭载了最高热效率40.5%的1.5升LEB发动机。相比之下比亚迪的骁云-插混专用1.5L高效发动机,在热效率方面已经成功实现了赶超日系发动机。

一、超高热效率发动机不是神话,比亚迪何以赶超双田

作为后发制人的比亚迪,是如何在超高热效率发动机这一技术高地实现领先的?今天我们就抽丝剥茧,通过对比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机与日系双田两大同级动力技术细节的研判,看看比亚迪如何实现反超。

先进燃烧系统,比亚迪拥有最高压缩比

我们知道,内燃机压缩比越高、做功行程越长,混合气燃烧能量转化为动能的效率就越高,但压缩比提高后,如果处理不好则会导致爆震和早燃等问题。传统奥托循环因为压缩行程和做功行程基本一致,所以需要在高压缩比和稳定性之间做出妥协。

为此,比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机、丰田1.8升8ZR-FXE和本田1.5升LEB都选择了阿特金森循环架构,实现相对奥托循环更高的压缩比和高热效率,不过在技术细节上,三者存在很大不同。

丰田1.8升8ZR-FXE的压缩比达到了13,使用了带有中冷的EGR废气再循环系统,在降低排放的同时降低了压缩顶点出现爆燃的倾向。而本田1.5升LEB发动机实现的压缩比13.5,比丰田略高,同样通过增加EGR废气再循环的深度等措施,提高发动机在高压缩比下的稳定性。

(图片:比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机)

比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机实现了15.5的超高压缩比,远超丰田和本田。更难能可贵的是,它仍只需使用92号汽油,这足可见比亚迪在燃烧系统各项技术的状态上,达到了非常高的水平。

为了解决高压缩比和稳定燃烧的矛盾,比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机采用了“阿特金森循环+高滚流进气道+超高压缩比+冷却EGR技术+高能点火”的精进燃烧系统。通过使用阿特金森循环技术使实际压缩比小于膨胀比,设计高滚流进气道提高缸内混合气燃烧速度,采用冷却EGR技术稀释缸内混合气降低燃烧温度,以此来抑制发动机爆震和早燃倾向。而引入深度废气再循环之后,还采用了高能点火系统确保燃烧稳定,最终实现发动机的高效可控先进燃烧。

(图片:骁云-插混专用1.5L高效发动机采用自主研发的中冷器电控EGR系统)

同时,在大量实验和仿真的基础上,研发团队为这台发动机定制了软件控制策略,以期深入挖掘高效燃烧系统的潜力。不光是硬件技术的突破,软件对于热效率的精进同样发挥了重要作用,而只有掌握了先进电控策略的打造能力,才意味着一个品牌真正具备了占据产业高地的实力。

通过升级的进气控制模型,比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机能够精确调整阿特金森循环的深度和EGR开度。在需要高动力输出时,用浅度阿特金森循环保持高性能。在日常工况下配合电驱系统,实现深度阿特金森循环显著降低日常用车的油耗,更符合用户油耗和动力的实际需求。应对超高压缩比,新的控制策略还建立了新的爆震阈值标准,在满足发动机可靠性的前提下,借助软件控制深入挖掘每一滴油燃烧的能量,实现完全可控的快速、清洁燃烧过程。

缸盖集成双流道排气歧管,比亚迪领先一步

当然,打造一款高水准的高热效率发动机不会只专注于燃烧过程,采用阿特金森循环以后发动机的热环境发生了很大改变,因此各个厂家均会采取相应的外围技术,提高发动机工作过程的各项品质。

(图片:骁云-插混专用1.5L高效发动机采用集成排气歧管缸盖设计)

比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机采用了集成缸盖设计,从各个气缸引出的排气歧管分支与缸盖一体铸造,除降低排气系统重量之外,也更容易利用排气热流对缸盖热循环系统迅速进行加热,让发动机更快度过冷启动非优工作状态。

不仅如此,为了降低排气歧管缩短后各个气缸排气背压的互相干扰问题,比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机还采用了排气岐管双流道设计。1-4气缸和2-3气缸排气道分别集成,配合合理点火顺序,大大降低了排气背压相互干扰,提高了排气效率。

分体冷却技术,比亚迪同级独有

热管理是发动机技术领域中一门大学问,无论是否采用阿特金森循环,发动机工作过程中对燃烧室各个部位的温度要求都是不一样的,而不是一概而论,这直接会影响燃烧过程的效率和稳定性,过去的技术很难做到精益控制,而目前这已经成为全球动力技术升级的焦点之一。

丰田和本田在他们的高热效率发动机产品上都采用了升级的热管理技术,比如为EGR系统专设了一套冷却管路实现中冷,通过电子水泵控制冷却循环系统的流量等。这一点比亚迪也不逊色,在不同的温度下可以自如调整冷却模式。

(图片:骁云-插混专用1.5L高效发动机分体冷却系统)

比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机采用了类似宝马B48TU系列发动机的分体冷却技术,实现了冷却液流量的全域精准可控,让缸体和缸盖能分别达到最佳温度。这套系统由一个电子主节温器和一个缸体蜡式节温器实现缸体、缸盖的分体冷却,结合电子水泵,将冷却液流量与发动机转速完全解耦,并按需供给发动机各个部位冷却液流量。将发动机缸体和缸盖中的冷却液温度分别控制在最适合发动机工作的温度,提高了混合气燃烧速度,并降低爆震趋势及发动机摩擦损失。

除此之外,由于在发动机在高负荷区间工作的时候,活塞温度较高,比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机发动机采用了一套PCJ活塞电控冷却喷嘴技术,能在发动机高负荷区间对活塞进行强制冷却,降低发动机爆震倾向,提升性能。而在高效区,活塞通常不会过热,此时关闭PCJ活塞冷却喷嘴可以减少热损失,提升热效率。

降低机械损失,比亚迪更加精益

采用阿特金森循环的目标是提高发动机热效率,然而发动机运转起来本身也存在着很多能量损耗,它们累加起来仍是非常可观。实际上,降低发动机运转损耗是非常困难的,涉及到工艺、材料、电控等方方面面,在很大程度上它也反映了各个厂家在核心动力技术上的能力水平。

丰田在这一领域的技术布局较为全面,堪称是日系精益技术路线的表率。就8ZR-FXE这台“名机”而言,分别采用了转子廓型机械式机油泵、低粘度的0W-20发动机机油、低惯量蜂窝状气门配气机构、窄连杆曲轴轴承、活塞裙部低摩擦的树脂涂层等技术,在传统技术架构上尽量做到了精益求精。

(图片:骁云-插混专用1.5L高效发动机采用了大量降阻降摩擦技术)

在这方面,比亚迪做得同样极致。新的比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机在降低运行损耗方面的技术主要包括:1、使用0W-20低粘度机油,从而可以降低发动机各运动部件之间的摩擦损耗;2、使用低张力活塞环,减小活塞环与缸套壁面之间的接触力,同时配合特殊珩磨网纹技术汽缸壁,降低活塞环与缸套壁面之间的摩擦损失30%以上。3、采用更小的曲轴直径设计,减小曲轴与缸体轴座之间的摩擦接触面积,降低摩擦损失。4、采用两级可变排量机油泵,将机油压力与发动机转速解耦,在发动机低速和高速时分别使用低油压和高油压模式,避免为满足少数工况润滑需求而采用较大机油泵造成的能量浪费。5、附件全电气化,减少皮带传动损失。通过以上设计,比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机摩擦损失较上一代机型减少约20%。

(图片:骁云-插混专用1.5L高效发动机有效减少摩擦损失)

整机轻量化,比亚迪落到实处

对于汽车的节能目标来说,降低每一公斤整备质量,都是一次伟大的进步,尤其是在技术高度密集的发动机上。

(图片:骁云-插混专用1.5L高效发动机进一步轻量化)

为此,日系双田不惜采用了全铝材质打造发动机的主体,而比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机除了本身的全铝之外,更是依托于集成缸盖设计,省去了大量钢质排气歧管的重量负担。同时在发动机内部,比亚迪还采用了高强度材料打造曲轴和连杆机构,在达到同样负荷承载能力的同时,显著降低了曲轴和连杆质量,将轻量化做到实处。比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机整机减重约10kg,处于行业领先水平。

二、赋能DM-i超级混动,高热效率动力不止省而且强

很显然,无论丰田还是本田,选择阿特金森循环技术架构的目标,都是为THS亦或是i-MMD混合动力系统带来一个具有高能量转换效率的燃油动力源,进而获得更低的油耗。而同时,阿特金森循环技术低转速和高速动力输出弱的问题由电机系统弥补了。而作为国内专注于PHEV的领军者,比亚迪也是在电驱动领域是全球公认的高手。在双模架构下,新的DM-i技术在串联模式下,发动机大部分工况点都能够处于高效区,发动机直驱工况时亦能凭借超高热效率降低油耗。

骁云-插混专用1.5L高效发动机和驱动电机的黄金组合,不仅能够保证低速与高速各工况的高效节能,同时这套油电系统的组合得益于大功率驱动电机的存在能够保证驾驶员在大功率需求工况下,动力响应敏捷迅速,加速超车随叫随到,性能全面优于同级别燃油车。

(图片:比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机)

现在,随着比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机的推出,不仅意味着中国品牌对阿特金森循环技术高地的彻底征服,也是比亚迪在燃油动力核心技术领域向全球产业的一次亮剑。对于PHEV的油耗表现,尤其是在不外接充电的使用情况下的表现实现了质的飞跃。新的比亚迪骁云-插混专用1.5L高效发动机再配合比亚迪强于“双田”的PHEV电驱系统,DM-i技术的综合表现非常令人期待。



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