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第五届中国汽车发动机技术大会举行

作者:林芸(编辑:林芸)
2019-12-11 09:43:52

12月4日,由中国汽车报社、汽车与运动杂志社主办,中国石油润滑公司独家冠名的“2020第五届中国汽车发动机技术大会”在上海盛大开启。相比第四届中国发动机技术大会,本届大会参会规模更大、报告看点更多、抛出的问题也越来越尖锐。来自北美、欧洲、亚洲的多名学术专家、行业带头人以及企业技术大佬齐聚现场,共同描述未来30年,世界汽车发动机技术发展蓝图。

Dr.PaulMiles 美国桑迪亚国家实验室发动机燃烧实验室主任

报告主题:基于内燃机动力总成对减少温室气体和排放的潜力

传统汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车、纯电汽车都有他们的优劣势。未来汽车行业的发展有着很多的不确定性,严格来说机遇与风险共存。但我个人坚信传统内燃机在未来仍然有很大优势。

燃油经济性方面,传统内燃机还有这很强的潜力,我们现在已经拥有很多技术可以提升燃油经济性,例如缸内直喷、涡轮增压、集成排气歧管、高效热管理系统等。未来,随着更加严苛的排放法规和燃油经济性标准,我们需要更多的“黑科技”。稀薄燃烧、超稀薄燃烧技术将会成为现阶段最有利的帮手。

目前碳排放方面,传统发动机与纯电动力系统在现实中的表现完全不是我们所认为的那样。根据调查,2018年传统发动机车型的碳排放仍旧要低于纯电动力系统车型。原因在于目前世界范围内煤电依然占有很大比例。如果我们在现阶段大量投入纯电动车型的话,在不增加额外的核电、天然气发电等清洁能源发电设施的话,纯电动车型的大量普及将会加剧碳排放的增加。

所以,每个国家都应当根据自己的情况制定相应的目标。不要一味否定传统内燃机,多元化的技术路线才是正解。

Prof.Yasuo Moriyoshi 日本千叶大学教授

报告主题:日本内燃机研究趋势

未来,日系企业对于传统内燃机的研发仍旧不会放缓脚步。提升传统发动机热效率是日系企业的最终目的。热效率从目前的37%-41%提升到45%,这需要很多新技术的帮助。例如可变压缩比、HCCI、高效热管理、燃油喷射系统、混合动力系统等。丰田和本田,未来在传统内燃机方面主要途径是依靠混合动力系统,丰田的THS-II和本田的iMMD混合动力系统传统内燃机的热效率都突破了40%以上。日产则采用可变压缩比技术,压缩比可在8:1~14:1间随时切换,保证各个工况点都有着良好的动力性和经济性。此外日产最新推出的E-Power技术则采用了另外一种技术路线,马自达除了最新推出的SKY ACTIV X还将会推出全新一代的SKY ACTIV D/G。

为了提升日系企业与欧美竞争对手之间的竞争力,加快行业、产业的发展。日本推行了一项名为“政府合作计划”经过5年的筹备2019年开始实施。“政府合作计划”可以使得企业、学校和政府间的合作、交流变得更加通畅和紧密。虽然,日系企业采用的技术路线各不相同,但他们的目标一致。提高传统内燃机热效率是大家追求的共同目标,下一阶段各家企业将会朝着51%的热效率目标进行挑战。

Prof.MicheleBattistoni 意大利佩鲁贾大学教授

报告主题:内燃机及燃油喷射技术未来发展趋势

未来内燃机燃烧系统设计将应用一大批新型缸内燃油喷射、点火技术。在欧洲,目前对整机的运行工况已经有了清醒的认识,在传统内燃机中一些极限工况如冷启动、城市低速低负荷工况以及高温高负荷工况是当前内燃机的关键点。

这些关键点可以利用电气化技术将内燃机工况运行在最佳工况点。另一方面,一些最新的技术可以应用在新的燃烧系统中。高压喷射技术高达1000bar可以极大增强雾化,提升局部湍流度,增强混合,增强快速燃烧。

另外我们现在很多高温工况点为了避免爆震,利用加浓的燃烧策略使得经济性以及效率不高,而新的喷水技术利用水蒸气降温降低燃烧温度,减少爆震发生,燃烧系统可以进一步提前点火时刻以及降低燃空比,增加效能。预混室点火系统利用设置一个预先点燃的火焰喷射系统,将火焰喷射到燃烧室中,可以极大增加燃烧速度,降低爆震倾向,并且这种燃烧模式可以极大提升稀薄极限。

电晕点火可以区别于普通的火花塞点火方式,利用等离子体点火实现深度稀薄燃烧,降低燃烧温度。另外在喷油方式上,一些新型的喷射技术以及喷雾模型如超临界喷雾,可以实现瞬间汽化,大幅度增加雾化程度。

Prof.Kyoung Min 韩国首尔国立大学先进机械和设计研究院主任

报告主题:未来内燃机技术,近零CO2和尾气排放

根据专业机构的预测,2030年全世界传统内燃机车型仍旧占比65%、混合动力车型28%、EV车型仅占7%。其中日本,2030年传统燃油车型占比30%~50%,“新世代”车型占比50%~70%(混动系统车型30%~40%、BEV 20%~30%、FCEV 3%、清洁柴油车型5%~10%)。

美国2030年,FCEV车型占比1%、BEV车型占比9%、PHEV车型占比8%、混合动力车型占比41%、传统燃油车依然占比41%。欧洲由于受到严苛的排放法规,2030年传统燃油车将彻底禁售,混合动力车型成为销售主力占比68%、PHEV车型占比11%、BEV占比19%、EV车型占比2%。中国市场同样面临着法规的限制,2030年传统燃油车型占比20%、混合动力车型占比41%、PHEV车型占比7%,FCEV车型占比1%、BEV车型受到政策的帮助将会达到31%。

2030年,我们要实现50%的热效率和降低90%的排放。提高热效率有各种各样的方式,为此需要使用电气化。提高热效率的同时也能够起到降低排放的作用。另外,使用中性燃料,以此实现可再生能源的使用,希望能通过这样的方法来抵消其他来源的二氧化碳,以此平衡二氧化碳的供求。只有这样,我们才能真正实现更低的排放甚至是零排放。我们目标很简单,就是减少二氧化碳排放和尾气排放,我们只是需要找到一条合适的技术路线。无论使用哪种技术,采用哪种路线,我们的目的都是殊途同归,都是为了减少二氧化碳和尾气排放。

李理光教授 同济大学教授、中国内燃机工业协会汽油机规划组副组长

报告主题:中国乘用车汽油机2020~2035年发展规划预测

2030年为了实现全球温升低于2摄氏度,二氧化碳总排放量必须小于3.2万亿吨,为此全球196个国家签署了巴黎协定。2030年中国乘用车市场碳排放目标要达到减少61%。

目前,个别自主品牌在实验室环境下已经可以实现48%甚至会是49%的热效率。但未来3年,我国自主品牌传统内燃机的热效率都将会迈向42%。2025~2030年传统内燃机热效率将会迈向45%~50%,这期间需要很多技术的支持。

要想实现这些近期、中期、长期的目标离不开技术的支持,近期阿特金森循环/米勒循环、高压缩比(13:1)、350bar直喷系统、高能点火、EGR、热管理技术、低粘稠度机油(XW-20)是主要技术路线;中期极端,深度阿特金森/米勒循环、高压缩比(15:1)、500bar直喷系统、可变压缩比、稀薄燃烧、点火辅助压燃、AI与只能控制技术、高能点火、附件全部电气化、热管理技术、稀薄燃烧后处理技术、低粘稠度机油(XW-16)、碳中性燃料将会成为最有利的帮手;后期阶段将会依靠,压燃、超稀薄燃烧、超高压缩比、1000bar直喷系统、智能燃烧反馈控制、AI与智能控制技术、氧气燃料、压燃燃料、零排放后处理技术、低粘稠度机油(XW-8)、绝热技术、余热回收技术等这些目前还处于实验甚至是概念阶段的技术。

上原隆史 丰田汽车动力总成产品企划部主任工程师

渡边泉 丰田汽车动力总成技术企划部部长

报告主题:丰田混动系统THS的特征以及混动用发动机技术

“丰田挑战2050”计划已经开始运行,为了配合这个计划的实施,2020年丰田将会推出EV车型,2025年旗下全部车型都将提供电动化配置并且电动化车型占比50%以上,EV、FCV占比10%。

丰田汽车在混合动力技术的研发已经积累了大量的基础和经验,丰田表示下一代环保车辆的研发依然会以丰田的混合动力技术为核心。最新的THS(丰田混合动力系统)采用串并联式。发动机、发电机和电机通过行星齿轮系统耦合,这种结构使得系统的体积比串联式混合动力系统紧凑。

此外,电机比并联式混动系统更大,减速时可以回收更多的能量,提高效能。驱动力可以在发动机、车轮和电机、车轮两个单元之间自由调整。既实现了发动机在高效区间运行,同时又降低了能量之间转换的损失。这套丰田的混合动力系统在制动能量回收、油耗性能表现、系统高效性、成本等方面都有着较好的表现。

目前,丰田全球市场混合动力车型销量已经达到1400万量。这些混合动力车型的推出,20年间在降低二氧化碳排放方面已经为全球做出了1.1亿吨的贡献。未来,丰田还将会继续坚持在混合动力系统方面的研发。

李金成 中国一汽研发总院首席专家

报告主题:红旗CA4GC20TD高效米勒循环发动机

一汽-红旗在今年推出的这款最新一代2.0T缸内直喷发动机,并且荣获了“中国心”2019年度十佳发动机称号。这台发动机采用了很多比较先进的技术,其中高压缩比米勒循环燃烧系统是CA4GC20TD发动机最大的技术特征,这款发动机配有“经济版”和“功率版”。“经济版”压缩比为11.5:1,动力性与经济性更加平衡,“功率版”压缩比为10.7:1,动力性表现更强。

在这套高压缩比米勒循环燃烧系统中,米勒循环相比传统的奥拓循环,进气包角减小20°CA以上,可以实现一个较大的米勒循环。另外,一汽-红旗还以可视化燃烧为基础,实现换气系统和燃烧系统迭代优化。凸轮线性、高滚流进气道、高压缩比燃烧室和高压喷油是实现米勒循环的关键。通过一维与三维方针的地带优化,优化了米勒循环发动机的换气过程、缸内流动、燃油喷射和油气混合。采用数字化气道设计技术,实现起到滚流提升70%以上,同时保证了较高的流量系数,实现更理想的油气混合与火焰传播。进气道MASKING进一步加强缸内滚流比。高压缩比的燃烧室以湍动能为主要评价指标,优化缸盖燃烧室和活塞顶部形状实现两者的最佳匹配,保证点火前缸内较高的湍动能水平。

可以说,通过强化气流运动并优化燃烧室设计,米勒循环发动机燃烧速度得到了提高,也为其39%热效率奠定了基础。

未来,一汽-红旗也将会朝着50%热效率迈进,第一阶段通过直喷增压,进一步提高压缩比、EGR、低摩擦等技术手段将热效率从39%提升至41%。第二阶段,通过高效增压手段、高压缩比、稀薄燃烧、高滚流比、大S/D等技术将热效率提升至45%。第三阶段,将会采用HCCI、排气能量回收等手段,最终将传统发动机热效率提升至50%。

李曙波 吉利领克混合动力项目总监

报告主题:面向全球化应用的混动动力总成开发

吉利推出的这套混合动力系统始于吉利之前推出的1.5L直喷增压发动机,在这个基础上做了48V的P0,也做了PHEV,这个方向上为混动应用开发了一款米勒发动机,热效率38.3%。GEP3产品系列采用了高度平台化和高度模块化,零部件通用率大于90%。

从混动系统对发动机的需求来说,因为前轴的重量越来越大,需要发动机尽可能降重,这台发动机的重量仅为113kg(含油液)。结构尺寸方面,这台发动机也很完美。能够轻松在发动机与变速器之间放入一个电动机,以至于这套系统能够非常容易装配在现有整车架构中。

NVH是吉利也是中国消费者非常关心的问题,毕竟这是一台3缸发动机,但目前收到的市场反馈还是非常正面的。效率方面,相比上代发动机降了30%的摩擦功。另一方面,全新开发了燃烧系统采用高压缩比、米勒循环、进气道进行了重新设计、MASKING的设计、提高进气滚流等。这台发动机最大功率105kW,高效区域占比35%。关于发动机控制策略,关注点在于如何提升整个系统的效率、油耗表现。电机的目的是为了让发动机尽量不要在低效率区间工作,同时提升发动机功率。充电、放但我们都知道,电也有能量转换损失,并不是说工作在最高点上就是系统效率最高的,包括电池充放电的效率。电池不同情况下效率是不一样的所以是整个DOE的过程,这需要更加繁琐的详细进行各种工况的标定。与其匹配的变速器是吉利自主研发的7DCTH变速器,比基础版变速器的效率更高,而且同样采用模块化开发,应用于PHEV和HEV车型。

基于1.5TD与7DCT/H的模块化动力总成系列,吉利集团已经有三种不同电气化程度的应用,从MHEV48V到HEV再到PHEV。设计核心理念,就是从系统效率出发,出于成本考虑开发发动机调整变速器。同时开发电池,满足整个系统的需求。

顾茸蕾 奕森科技研发副总裁

电驱动浪潮下涡轮增压器的挑战

现在发动机热效率提升1%~2%对于研发都是非常高的挑战,涡轮增压器与发动机的匹配就显得更加重要。使用小涡轮,对发动机的动力性有一定的影响。大涡轮在低速扭矩方面的效果又不是很好,这些问题每家企业都会遇到。

解决方案之一,双流道涡轮增压器。双流道涡轮增压器在高速时提高流量,低速时也能够提供较好的低速扭矩输出。这种技术目前已经成为很多企业的解决方案,只不过相比传统单流道增压器成本有一定增加;解决方案之二,可变截面涡轮增压器。可变截面涡轮增压器在很多超跑车型上已经得到了应用,导向叶片在低速高速都可以通过控制开口面积满足低速高速状态下的需求。相比双流道,可变截面技术的应用将会大幅提升增压器的响应,动力输出和经济性方面的表现会更好,但由于受到技术的限制,可变截面涡轮增压器的成本一直高居不下。

面对不同的发动机需求,涡轮增压器也不是恒久不变,例如高热效率的混合动力车型、PHEV等车型也需要选择一款更加适合的涡轮增压器。相比传统发动机的涡轮增压器与混合动力车型匹配的增压器并不需要更广泛的区域,而是需要更高的效率。为了提高效率,转子叶片需要设计非常轻薄,同时还需要满足零部件强度的要求。

Dr.Alessandro Mariani Manager,Loccioni FIS R&D,Italy

报告主题:内燃机:Loccioni测试系统和未来发展

为了满足未来更加严苛的排放法规和燃油经济性要求,缸内直喷系统应用越来越广泛。最为直观的作为便是提升缸内直喷系统的燃油喷射压力,从之前的200bar到现在的350bar再到以后的500bar,甚至是1000bar、1200bar。

在内燃机提升效率的过程中,燃烧系统特别是燃油雾化至关重要,随着高压喷射技术的不断引入加强,喷油器测试系统直接影响着喷雾的控制、设计,从而影响燃烧效果。Loccini公司根据需求设计健全的喷油器喷雾测试平台。精确的流量控制台对喷油器的流量控制、针阀的开启关闭延迟进行精确的测量,并延伸至多次喷射的流量精准控制测量。

此外光学诊断成为喷雾形态、粒径的测试主要手段。对喷雾的锥角、贯穿局、落点、不同位置雾化粒径可以非接触地得到准确的测试结果,并可以应用在诸多领域如喷油器尾喷以及湿壁现象等的诊断。

另外可以设计新型传感器测量如单束油束的动量诊断,辅助燃油油束的设计以及分布考量。新型燃烧系统如SPCCI(火花辅助压燃)所需1000bar的燃油供给系统,低流量的精准控制以及喷水等混合喷射方式是未来喷油系统的挑战。

刘浩 银轮机械股份副总经理

传统汽车和新能源汽车热管理

随着发动机热效率的逐步提升,稀薄燃烧对于发动机热管理系统提出了更高的需求。这将会彻底改变整个热管理系统,同时对于热管理零部件也带来很大的影响。

稀薄燃烧可能会带来高增压,EGR,热负荷在不断提高,但空间又在不断缩小。油耗法规要求2020年达到5L/100km,接下来还有更加严苛法规。其中对温控的要求也更高,以前的功能大部分是冷却,现在则是需要将各套系统始终控制在一个最佳工作区间。之前,传统乘用车由于大部分采用自然吸气最开始涉的只有换热器、水箱。现在随着小排量增压的趋势已成主流,越来越多的用到EGR技术降低油耗。另外用排气量加热油温或水温的EHR余热回收把warmup的阶段尽可能减少,降低实际运行的油耗,同时提升排放。尤其是混合动力系统,因为混合动力系统发动机启停非常频繁,EHR的作用更能发挥出来。纯电动车型有很多电控和电动部件,包括电子水泵、电子水阀、空调系统,也会有传统的冷却。夏天的时候水温较高,所以我们采用了电池深冷器模块,它与水泵集成在一起。

不断提高的需求,也使得热管理系统需要迎接更多的挑战,只有集成化、模块化的解决方案才能满足更多、更高的需求。

柯建豪 科博达科技副总裁

报告主题:面向未来的发动机节能减排新技术介绍

面对中国日益严苛的双积分政策,很多车企面临较大的燃油消耗积分压力,降低油耗新技术应用将在未来几年大幅提升。包括涡轮增压、可变气门控制、缸内直喷、变量机油泵、发动机热管理等都具有很大发展潜力。

科博达在汽油机方面拥有众多解决方案的产品,例如从进气调节开始的ETC进气管理。润滑系统方面,科博达从一级变量到二级变量再到全map控制变量机油泵,都拥有相对成熟的产品。科博达在传统的叶片式和齿轮式等机油泵的基础上,自主研发出铰塞复合式变排量机油泵,性能非常优越。铰塞复合式变量机油泵,机械效率、容积效率都是最高的,油耗节约可以达到1.8%-2.5%左右。

主动控制进气格栅,主要是减少汽车行驶风阻,减少二氧化碳排放。同时,还可以节省燃料百公里0.15-0.2L左右。另外,其还能够改善冷启动的暖机时间,降低热损失,可以缩短2%的热机时间。此外,我们还与奥迪联合开发了智控温度管理阀,彻底代替了传统节温器。其拥有无级调速功能,比如冷却涡轮增压器,有的时候要关闭发动机的冷却或是启动发动机的冷却。我们采用三通阀或者四通阀,控制各个管路,控制方面可以采用电机驱动和电磁阀驱动。这样一来可以使整套系统达到更加高效、全面的调节和控制。


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