作为这个领域的工程师,参与了几款高效发动机开发,也多次和行业内大佬进行过技术交流,包括中汽研验证专家,包括清华、天大、同济、上交的内燃机教授,可以说对这块还是有一定了解的。欢迎同行对我指正,但是不接受非本领域专家们指点。
先说结论:最近几年自主汽车品牌发动机热效率确实突飞猛进,技术进步明显,发动机硬件领域已经和国际处于同一起跑线上,在同等成本的前提下可以做到国际领先水平。关于中汽中心验证热效率,具有参考意义,可以代表该测试发动机在特定试验条件下能够达到的理论上限,但很可能买不到该标定策略的产品。
做发动机性能开发、仿真、燃烧模型设计、标定等领域深耕多年的工程师们应该都知道,热效率并不是魔幻,什么技术方案下热效率能够达到的上限是可以预估的。目前成熟的手段有高压缩比、高滚流比设计、米勒或阿特金森或B循环+长行程设计、高压直喷配合可变燃压、DLC涂层和0W-20机油等降低摩擦手段、高能点火、充钠气门、智能热管理、泵类电器化+可控化、活塞冷却、进排气双电动VVT、排气歧管集成+缸盖冷却、大范围内部外部EGR等,这些手段可以支撑热效率达到国际水平。
如果要进一步突破,现有的方案主要依靠低温EGR和附件全面电器化(降低机械损失),可以让热效率再突破一个1%~1.5%,这个就是传统技术手段的上限了。
想要进一步突破,就要玩一点新花样,在比热比上做文章,就是要稀薄燃烧,具体实现稀薄燃烧的手段可以不相同。比如在超高滚流比下的点火式lean稀薄+分层燃烧,比如预燃烧室的lean稀薄燃烧,比如HCCI均质压燃下的lean稀薄燃烧。他们的目标都是提高比热比,尽可能利用不参与燃烧的气体吸热膨胀的能量,只有通过这种手段,才能让热效率取得突破。
下面点评一下目前国内著名的几款高效发动机:
这款发动机性能很强大,它的最大功率达197马力(145kw),最大扭矩为290牛米。而且难得可贵的是它的热效率值得推敲,从公布的技术路线来看,理论上热效率会接近38%,考虑量产的妥协,实现37.1%的热效率是经得起考验(奇瑞宣传就非常良心了)。从同级别NEDC数据对比也可以看出,该发动机油耗是非常不错的。比如星途TXL和本田CRV相比,星途上的1.6T功率和本田1.5T接近,扭矩更大,星途整车比本田大一圈,重了100kg,NEDC油耗和本田1.5T差了0.3L/100km,表现非常亮眼。
不过据我所知,奇瑞也迫于舆论的压力,现场也宣传该发动机热效率40%了。。。
2019款传祺GS3使用的发动机为型号3B15J1直列三缸缸内直喷1.5T,排量1493ml、铭牌功率110kw,宣传用标定功率120kw、峰值扭矩235Nm。这款发动机的热效率在论文上可以查到,为39%。广汽的这款GS3我也开过,这款发动机的热效率也是靠谱的,实际油耗表现对得起39%的数据。
我们和同级别的别克1.3T三缸发动机进行对比,如下图。此处别克的1.3T发动机热效率也是39%。由于广汽传祺的GS3只在最低配车型上使用了这款发动机,只有手动挡,且没有自动启停功能。考虑到国内标定实力下自动挡油耗会偏高,而国际主机厂手动和自动挡油耗基本一致,考虑到传祺GS3整车重量介于昂科拉和昂科拉GX之间,考虑到别克带有自动启停功能,其他的轮胎参数基本一致,忽略风阻等影响因素,至少可以判断广汽这款发动机的热效率是不输于别克最新的1.3T的(当然牺牲了部分性能)。尤其可见,广汽这款发动机宣传的热效率39%也是高度可信的。
这款发动机也是中汽中心验证的第一款发动机,热效率达到了39.06%,是当时最高热效率国产发动机,着实恐怖。不过我当时diss了这款发动机,因为我从它采用的技术手段并没有看出啥领先的技术,属于主流技术,因此我看不到它能领先大众本田1%以上热效率的依据(欢迎有大神指点一下)。
从实际油耗表现我也做了对比,与上面两款不同,搭载这款发动机的车型油耗表现一般。当时也有人质疑我说发动机只是一方面,还有各种各样的因素,我想表达的是,如果奇瑞、广汽的发动机都做到了,为啥一汽奔腾做不到呢?对比数据如下。
本田CRV最低配和奔腾T77 pro最低配都是6档手动(手动变速箱对传动效率影响很小),本田1.5T发动机热效率接近38%。用更重的车身,更大的尺寸,更低的热效率,油耗少了0.2L/100km。(此处对比都选用了6速手动,虽然齿比不一致,但是手动变速箱换挡效率高度接近,此外也可以排除不同自动变速箱的L/C范围、齿比、换挡策略等引起的差异,由于油耗依旧采用NEDC工况,工况非常简单,人为差异很小,基本能够反映发动机的硬实力)
和大众1.4T比,大众这个发动机热效率都不到37%,比奔腾差远了,和奔腾一样用7速双离合,大众车更重,更大,F式更大,油耗少了0.4。至于和大众2.0低功率比,大家自己衡量下吧。(奔腾T77 pro发动机相比大众的1.4T爷爷级发动机,领先了1.5代,大众这款都不是1.5T EVO,即使是大众1.5T EVO也达不到39%的热效率,然而工信部油耗差这么多。如果是大众EA888 GEN3B,是大众比较先进的发动机,用2.0T排量,油耗比奔腾1.5T还低那么多)。
我对这款中汽中心验证的发动机的实际量产能力是质疑的。或者说,量产版使用的发动机是阉割版,其技术指标相比提供给中汽中心的发动机存在市场妥协。
这款发动机热效率更高了,达到了41.07%。从披露的技术手段来看,采用了350Bar,高滚流比设计,高压冷却EGR(EGR率20%),横流冷却,DLC涂层,变排量机油泵。相比奔腾T77 PRO发动机,我猜测多了高压冷却EGR。
通过这些手段,达到了热效率41.07%?我表示很惊讶。使用的技术并没有比大众1.5T EVO先进太多。大众1.5T EVO低功率版采用了更高压缩比12.5和VGT增压器,不如这款发动机的地方是没有高压冷却EGR,其他和这款发动机基本一致的硬件技术。虽然冷却EGR是提高热效率的一大秘诀,但是能够领先大众1.5T EVO 2%以上热效率我觉得难度很高。
和东风技术中心的朋友聊天,这款发动机会搭载到未来东风风神奕炫上,他们还是对这款发动机充满信心的,我也充满期待,等实车出来了对比下。
刚刚惊讶了东风的41.07%,广汽来了三张高效发动机证书啪啪啪打我脸。据和一些业内大神沟通,在有了39%热效率的发动机经验之后,广汽用上了低温冷却EGR,分层水套,高压缩比等手段,把传统发动机的热效率从39%提升到40.48%和40.23%(小型发动机由于燃烧热量低爆震倾向小,所以同等技术下热效率可以做的稍微高一点)。这个数据我还是愿意相信的,毕竟有39%热效率的哪款发动机背书,而且这个发动机技术不比东风弱,热效率却低了0.6%。我会密切关注该发动机,很期待搭载该发动机的量产车型。
值得注意的是,另外一款热效率更惊人的42.1%的混动用发动机,第四代2.0ATK发动机。其实我从技术角度分析,只要广汽40.48%和1.5T是真实的,同等技术手段下用过超高压缩比15.6,放弃升功率,超大低温EGR比例,长冲程设计(1.3),以及充分的电气化手段,热效率提高到42.1%是有可能的。我用这款发动机和丰田41%混动发动机对比,这款发动机多了低温EGR和更高压缩比,放弃了一些升功率,从升功率热效率斜线来看,和丰田41%热效率发动机处于一个技术水平,所以我相信这款发动机的热效率。
我看了发布会技术介绍,也相信如果这些手段都用上,在试验室条件下,做一些针对此发动机热效率验证的单独对策,是可以实现该热效率的。至于能不能买到量产版,还是个问号。
最近又来了一个王炸,比亚迪的43%热效率,这个数据就有点恐怖了。这款发动机据说燃烧模型是AVL团队设计的,用的是AVL团队最新主推的高效内燃机方案。从技术指标来看,压缩比15.5,行业领先,和广汽混动的15.6差不多。我和广汽混动发动机做对比,该发动机的电气化程度更高,体现在取消了轮系,相信热效率的差异在此处。其他技术手段大同小异,我就不展开阐述,取消轮系确实是一个技巧,一般由于发动机附件的存在有机械损失,取消轮系后,相关零件都依靠PHEV电池的电驱动伺服电机,驱动相关水泵、发电机,起动机等。所以热效率可以高于广汽的42.1%,不过唯一的疑惑就是轮系能不能实现热效率1%的突破?我个人觉得实现0.1%到0.2%可以,1%很难,但是此处我没有数据,无法肯定。但不管如何,这款发动机热效率肯定是国内最高的,也高于目前国际上很多款发动机,绝对处于国际第一梯队。
43%热效率的发动机,在没有使用lean燃烧的前提下做到了,好难啊。
这个东西可靠性要辩证的看待。
这是中汽中心为了创收做的一个业务,这是一门生意。这个验证是自愿的,其结果没有任何法律束缚,即使写成50%也不会有机构对它准确性监管,因此它和美国环保署EPA有本质不同。而且这是一个付费项目,我大概知道报价,是做试验需要费用的几十倍。因此这个机构的数据只是为金主(主机厂)提供的一种服务,不会为消费者负责,不具备天然正义性。在中国,连中汽研碰撞和中保研碰撞都能够和主机厂友好合作,这个验证你觉得呢?从结果也可以看到,未来送去的热效率大概率会越来越高,直到超过了理论极限。
这个中汽中心也搞了CCRT车辆综合性能排名,结果挺幽默的,有兴趣可以看看。
第二点,这是主机厂自己送发动机去进行验证,都是特供发动机,不是量产抽查发动机。目前热效率国际上没有绝对准确的验证方法,不同评价方式下热效率有差异;其次不同发动机有本体性差异,在不同环境、温度、湿度下热效率有不同,比如适当降低发动机水温和进气温度,提高机油温度等等(搞这个的应该一听我说的就懂了);再次排气管背压、附件电器负荷、进气歧管结构是否和量产一致都会影响到热效率;还有最关键的发动机控制单元可以做很多针对性调整,比如验证工况是稳态的,那么把机油泵、燃油压力、电子水泵、风扇等都降低负荷,比如放弃PN排放调整喷油时刻空燃比牺牲部分扭矩稳定性提高热效率等等。这些都会导致导致验证用发动机和实际量产发动机有差异。(控制空燃比是绝招)
所以大家千万要注意这里宣传的发动机是否和量产的版本一样,硬件是否一样,功率扭矩等参数有没有变化。
不管怎么说,这几年自主汽车品牌发动机热效率确实突飞猛进,技术进步明显,发动机硬件领域已经和国际处于同一起跑线上,在同等成本的前提下可以做到国际领先水平。国内主机厂通过一步一步走,砥砺前行,和国际大厂们并驾齐驱了,这是值得欣慰的。
关于中汽中心验证热效率,是具有参考意义,可以代表该发动机在特定试验条件下能够达到的上限,也能够逼迫主机厂们在提高发动机热效率技术上进行突破,促进产业进步。至于这个绝对值,参考着看吧。
热动专业,但是搞火力发电的答一下。
热效率就是指最高热效率;偏离工况点后,热效率下降是必然的,但最高热效率确实代表了热机的水平。
对于”突飞猛进“,我个人是持怀疑态度的。
个人认为,我国工业面临的问题是基础学科、基础技术距离先进水平差距较大。
如何提高热机的热效率,书本上都写着呢,但难点在于低成本、高可靠性地实现。
比如火电厂里面的汽轮机,提高初参数、降低终参数就可以提高热效率,但提高初参数需要【价格合适】的耐热钢,降低终参数需要能承受湿蒸汽冲击的末级叶片,这都是炼钢和热处理的技术,不高大上,很基础,但很关键;想做好热处理,又需要精确地测量温度,然后精确地控制温度。也是一环扣一环的工业基础堆出来的,我们的热处理机,在机器上设置一个升降温曲线后,实际能达到什么效果,不好说。上述这些问题,我们暂时解决不了,但不妨碍采购关键产品,然后造出来高效率火电机组。
扯远了。车厂说研制出高热效率发动机了,那我就认为 车厂可以 在6000元成本内,造出一台42%热效率的发动机。发动机价格大家可以到修车厂咨询或淘宝查询,超过1万都算离谱,怎么控制整车成本?怎么参与市场竞争?马自达Skyactiv-X目前就是离谱的价格。
首先,这么高热效率的发动机,进气方式几乎可以肯定是自然吸气。进气侧风机和排气侧涡轮必然增加阻力,想提效首先就要把这两玩意去掉。这和国产车之前7、8年选择的路线不同了;
然后就牵扯到气缸进排气门的精密控制了。大家都写VVT技术的时候,不代表效果一样,首先要有准确的理论燃烧模型,然后根据模型编写控制逻辑,最后执行器要能精确地执行动作,这方面,是我们的劣势;
还有就是测量。热效率这个东西,就是一点点扣出来的。百尺竿头更进一步非常难!发动机的氧量传感器、空气流量传感器、燃油流量传感器等都需要更加精密,以满足控制要求;
加工工艺的重要性我就不赘述了。
所以这个新闻,以我的短浅见识,我是持怀疑态度的。
期待车厂早日装车,其他厂家拆出来,一做试验就真相大白。
我翻译下“不针对任何国家”的意思:
“不是……不要误会,我不是针对你,我是说在座的各位……都是**。”