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(guò)程中最關(guān)注的依然是油耗問(wèn)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(guò)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(guò)程。熱能在轉(zhuǎn)化過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)，能量從活塞到發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸的傳遞過(guò)程中，會(huì)經(jīng)過(guò)活塞連桿、曲軸等結(jié)構(gòu)，期間每通過(guò)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(guò)去50年里，頂級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率提升也不超過(guò)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(guò)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?，成為行業(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(guò)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。《節(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(guò)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(guò)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。”
