浅谈混动专用发动机(一)
概 述
“偏科”的设计之发动机燃烧系统的变化
混动专用发动机在设计思路上,就是借助于电动化的技术,使发动机的设计可以更加向高热效率的工况倾斜。
其实在发动机诞生的早期,工程师就在琢磨着提高燃油经济性。在燃烧循环的改良方面,本质上就是延长在每循环中活塞下行膨胀的时间占比。由此应运而生了阿特金森循环和米勒循环。这两种燃烧循环都具有膨胀比高于奥托循环的特点,带来了更高的热效率优势。但为什么不能被广泛采用呢?这就是传统内燃机要做性能平衡性牺牲的设计思路了。其一,传统内燃机的追求高扭矩输出。在那个年代,没有什么性能比高扭矩输出更有说服力。然而在油电混动动力总成领域,车辆已经不再单纯依靠发动机扭矩的输出,驱动电机(EM)和内燃机(ICE)的协调工作,实现了“1+1>2”的效果。
其效果不仅仅在于动力性的变化,在下面一张图中,可以看到混动专用发动机能够“专心”在理想工况区工作:不再进入重污染的高NOx排放工况,也无需在1800r/min以下的小负荷区域进行无谓的高油耗运行。
显然可以看到在驱动电机的加持下,混动发动机的常用工况区域得以大大缩小,而总体扭矩却大大提高。混动发动机不需要再兼顾低效的低负荷,高扭矩区域也完全可以被动力电机的驱动所替代。在混动车辆上,所对应的起步、低速巡航状态下,发动机完全可以睡眠;即便是强加速,高扭矩也由发动机和驱动电机的扭矩叠加实现。那么混动型发动机就只需要考虑缩小区间内的工况,并且更加“偏科的”来设计燃烧系统。
“鱼腹式进气道”是应这种趋势的主流设计。这种进气道的特点是具有很高的进气滚流比,高滚流配合更高压缩比,能够实现更充分的均质混合气,以及大大提高的火焰传播速度。对于直喷发动机,由于燃料混合气需要在缸内形成,只有足够强的滚流才能构成均质态混合,那么这个设计就是必然的。更高的燃烧速度就意味着更长的燃料燃烧做功时间,这对提高发动机热效率有直接显著的作用。
牺牲也是有的,由于进气流滚流比大,其扰动阻力大,气道进气流量系数偏低,造成缸内充量稍低,扭矩动力性低。但这个指标对混动机而言,可以靠驱动电机的高扭矩来补偿,因而显得不再那么重要了。
“偏科”的设计之电动附件系统
发动机摩擦功属于内部消耗,这部分功只能阻碍性能。而电动化附件对减摩擦功带来了改善,某机型从二代产品升级到混动发动机,通过一系列减磨措施,摩擦功指标分解总体实现了较可观的下降水平。
注:文章中引用数据和图片来源网络
文章来源:汽车动力总成