混合动力内燃机技术发展和展望-2024-07-技术资料

1.车用内燃机面临的挑战2.什么是混动专用内燃机?3.不同混动构型对内燃机的要求4.典型混动专用内燃机技术解析5.发展趋势挑战1:全球气候变暖与CO₂减排-本世纪全球平均升温控制在2C以内/《巴黎协-中国政府明确提出2030年左右使CO₂排放达到峰值并争取尽早实现1965—2015全球主要国家碳排放量(百万吨C02/年)美国加拿大法国德国英国中国印度韩国2016年9月3日中美两国在G20期间挑战2:石油不可再生能源危机?020102015202020252030203·2040年全球约90%的交通能源仍来自石油·全球石油储量增长快于需求，石油储产比为50.7年(煤炭114年、天然气52.8年)挑战3:中国能源安全日益突出原油净进口量(万吨)原油消费总量(万吨)一净进口/消费""4147141471200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014201520年份高达69.08%,达到了历史新高，能源安全问题日益严峻。石油消耗的28.07%和30.53%。来源：王司南.博士论文.2018挑战4:大气污染加剧Vehicles(cars,boats,pl**2018年最新数据：北京45%挑战5:汽车油耗法规限值不断加严987654326.57于55.8m)减少26%整备质量(kg)·2018年4月1日开始实施积分比例要求分别为10%和12%新能源乘用车单车积分标准车型注释(1)R是纯电车里程(单位：km)(2)P是燃料电池车额定功率单位：kW)(3)积分值上限是5分2P刷3.0mglthleLEV3挑战6:汽车排放法规限值不断加严什么是混动专用内燃机?1)定义：专门设计开发用于混合动力汽车的内燃机2)与常规车用内燃机的差异：(1)运行区域收窄：仅运行在高效区(高原)(2)动力性要求降低(由电机补偿动力),有利Atkinson/Miller循环等技术(高峰)自吸式直喷汽油机转子发动机VCR/VVT/VIM/VGT等(6)成本更低：结构简单导致成本更低混动专用内燃机-汽油机有优势O00山51)运行区域收窄(聚焦高效区域)2)发动机结构紧凑(升功率高)3)振动噪声NVH低(燃烧柔和)4)成本低(燃油喷射系统、TWC后处理系统简单)混合动力分类加油站车轮电动机动力电池全电插电式全电插电式混合插电式油油箱燃油发动机加油站油油箱燃油发动机加油站车轮车轮车轮发电机发电机发电机电网电网电网电网车载部分车载部分广义的PHEV指可通过插电进行充电的混合动力汽车增程式电动汽车是一类特殊的PHEV,即全电型PHEV;它又可分为城市型和全性能型REEVBlendPHEV即通常所说的PHEV全电型插电式是全电远行混合型于电式是漏合电动全电型插电式是全电远行混合型于电式是漏合电动电能路径机械能路径类型(动力分流)(离合器)结构图特点发动机动力发动机动力(通过行星齿轮分配)电机和发电机比串联式要小发动机动力低速转换成电能(串联式)高速转换成机械能(并联式)代表车型本田FIT(i-DCD)本田雅阁(i-MMD)三菱欧蓝德PHEVHP0:电机位于发动机前端皮带上(微混启停);P1:电机位于发动机曲轴上(ISG,轻混);P2:电机位于发动机与变速箱之间，位于离合器之后(深混);P3:电机位于变速箱输出端，与发动机共享一根轴，同源输出(深混);P4:电机与发动机轴分离，通常用于驱动无动力的车轮(纯电);PS:功率分流(混联)。电功率占输出功率比例电功率占输出功率比例自动启停时间不同混动构型发动机的运行区域常用区域运行在“甜蜜点”降低成本降低成本r降低功率PHEV/HEV专用发动机技术方案比较低油耗√高度芯以德国大众、宝马为代表的涡轮增压直喷混动汽油机自吸式(NA)进气道宣喷汽面机以日本丰田、韩国现代为代表的自吸式混动汽油机帅石金等.混动乘用车发动机节能技术路线展望.汽车安全与节能学报.2016年第1期说明O一二TGDI混动机升功率扭矩明显高于NA混动机，使其可适于更多车型O一 一一ONA混动机BMEP较低，摩擦损失等占比较低，可实现1-2%的更O十O0TDGI混动机结构紧凑，空间布置容易O一NA混动机+900RMB左右，TGDI机+230O 一TGDI混动机低油耗区宽，节油稍多，与NA机节油性价O一十TGDI机升功率扭矩高，可覆盖更多PHEV车型，形成比NA机型大几倍的量能，从而摊薄开发和生产线建设等成本电池等)O一一动力总成的成本孰优孰劣尚无法评估OTGDI混动机可维持发动机本体基本不变，整机重量增加少图例增程器专用发动机技术选择·小排量低功率(<20kW):单缸转子发动机或1~2缸二冲程或四冲程汽油机·中排量中功率(15~35kW):2缸二冲程或四冲程汽油机·大排量大功率(30~60kW):3缸或4缸四冲程汽油机排量/L增程式发动机技术选择主流技术路线：小排量和小缸数四冲程自然吸气汽油机·成本较低、可靠性好·能满足增程式发动机苛刻的NVH和紧凑性要求·经济性和排放性能较好，能够覆盖增程式电动车需求的功率范围国外先进混动发动机技术水平压缩比(12~14)+阿特金森/米勒循环+缸内直喷+大众1.5LTSI(涡轮增压直喷)理模块+全变排量机油泵+低摩擦+停缸现代1.6LGDI(自吸式直喷)量机油泵+低摩擦丰田2.5LDynamic峰值有效热效率40%Engine峰值有效热效率41%用于Camry车峰值有效热效率40%热效率38%用于GolfGTE国内混动发动机技术水平序号压缩比1车企ATC+中置200barGDI+6孔喷油器+缸盖集成排气歧管+电动水泵+DVVT+可变排量机油泵TC+进气道喷射(PFI)2车企B3车企CTC+进气道喷射(PFI)内燃机能量转化效率与环节燃烧释放热量(Q₁)总指示功(Wg损失有效热效率(net)=燃烧效率(n.)×循环热效率(nt)×换气效率(ng)×摩擦效率(n)内燃机极限有效热效率分析燃烧效率(~98%)×循环热效率(~62%)×机械效率(~90%)=~55%(稀燃)燃烧效率(~96%)×循环热效率(51~58%)×机械效率(~90%)=45(当量比)～50%(稀燃)排气损失泵气损失机械损失燃烧损失Engine峰值有效热效率41%用于排气损失泵气损失机械损失燃烧损失先进混动发动机节能技术分析车用点燃式汽油机实现50%有效热效率的技术选择序号率(%)(百分点)0PFI(基准)1DI(直喷)2EGR(废气再循环)3Leanburn(稀燃)456789(高效涡轮增压器)tumble(氢+强滚流)★高效汽油机(直喷+增压+稀燃+高压缩比+高EGR+长冲程+低摩擦+绝热)不仅可以用于常规汽油车，还可以混合动力和插电混合动力车!Source:YasuhiroDAISHO.August22nd,2015,SJTU,China纯燃油纯燃油静谧性和/tech/1145/11458全球量产最高热效率混动发动机高响应的废气再循环阀新结构水套垫片电子水泵全球量产最高热效率混动发动机本田雅阁i-MMD混动发动机运行区域模式下，发动机和车轮实际上是机械解耦的，为了让发动机工作在最佳燃驱动电机的需求功蓝色和黄色的点分别是电池不输出能量进行调整时的发动机工作点。红色的点是调整后的发动机工作点。模式下，发动机与电机同时驱动，此时让发电机和驱动蓝色和黄色的点分别是电池不输出能量进行调整时的发动机工作点。红色的点是调整后的发动机工作点。EMU(功率单元)为了提升燃烧效率，工程师针对燃烧室部分进行了修正，另外针对三缸发动机抖动问题，曲轴两端均添加了配重，官方宣布日产e-POEWR动力总成结构发电机其最终表现达到与四缸发动机接近的水平。モーターに大関力を供結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(少発属した要力を无層しなから走行氮①流n石方向http://www.nissan.co.j·整备质量：1170-1220kg·排量1.198L,三缸·最大功率58kW/5400rpm·最大转矩103Nm·单体5.05Ah,3.6V·80个单体组成FEV增程器系统开发Max.torque最大扭矩OHV,2valvespercylind燃油喷射系统PermanentmagnetexitedsynchronousmMax.electricpower最GeartransmissionrCooling冷却变频器，发动机和内燃机整合冷却Emissionclass排放级别Weight(asrepresentedFEV增程器专用发动机减震技术开发完美的发动机震动补偿低噪音的电力巡航不能被内燃机破坏直到可以被预防气体和惯性力引起的扭矩波动→加速转动惯性质量→影响反作用力矩引起一个围绕曲轴轴线的动力滚动运动通过发动机支架的车辆结构振动激励Transmissionofstr结构噪声的传递令人不悦的空气声音辐射在机舱内FEV的法则补偿了滚动力矩，从而避免了对发动机支架的任何影响c12公升油箱12公升油箱最大功率：75kw(101马力)最大功率：75kw(101马力)混合动力未来展望·国际能源署(IEA)预测，2030年90%以上乘用车配有发动机，2050年仍有超过58%的配有发动机，其中85%为混合动力汽车。OO。。0混合动力未来展望·2015年IEA·2015年IEA预·但调低了2040汽车产量(不超过1.6亿辆);·2035年后的纯混动专用发动机发展趋势·混动汽油机峰值有效热效率将超过45%,接近甚至超过目前柴油机水平·压缩比：~17HigherDrivingPerformance丰田45%有效热效率原理性样机马自达公布第二代创驰蓝天技术，采用均质充量压燃(HCCI)技术，2020年实现有效热效率50%汽油机节能减排技术螺旋式发展((GDI+稀燃+压燃)下一代内燃机意味着什么?排放排放2.缸内直喷效率效率汽油压燃(GCl)由燃料/空气分层驱动燃油燃油分层低NOx和碳烟燃烧不稳定INTAKE