汽油机能效认证与奔腾T77 PRO 1.5T发动机

  200多年前,瓦特对蒸汽机进行改良,使其热效率最高值为4%;100多年前,戴姆勒造出世界第一台立式四冲程汽油机,热效率提升到15%。随后百年间,发动机热效率的提升极为缓慢,直到2000年,才首次突破30%。在2016年,丰田第一次把发动机热效率提升至40%。

  如何理解热效率指标——热效率是降低油耗最重要的因素。

  有效热效率指的是发动机燃料燃烧输出的机械功与发动机燃料燃烧产生能量的比值,是衡量发动机技术水平的一个重要数据。例如,一台发动机的最高有效热效率为39%,就意味着发动机在该工况运行时,消耗燃油中有39%的能量转化为实际输出动力,而61%的能量因机械阻力损耗、排气损耗、冷却损耗等浪费掉。所以,发动机热效率越高,在输出相同动力的情况下消耗的燃油越少,也就越省油。

  现阶段汽油发动机热效率是怎样的水平——绝大部分发动机热效率在30-40%。

  目前市面上量产且搭载车型的汽油车中,绝大部分发动机热效率在30-40%。近两年,主流自主品牌的发动机热效率不断提升,已经具备比肩国际汽车品牌的水平。

  鉴于汽车发动机热效率标准没有统一的规定——CATARC认证诞生了。

  《乘用车用汽油机能效认证》是汽车发动机领域的第一个自愿性认证,通过相应的试验测试,最高有效热效率≥38%的发动机将获得该项认证。

  汽车发动机技术现状与趋势?

  当代越来越严格的排放法规和人们对节能认识的加深,使得高效率、低排放汽油发动机技术的开发受到高度的重视,从而促使传统的内燃机技术不断创新。有些新技术已在量产发动机上得到广泛应用如可变气门正时、可变排量机油泵、缸盖集成排气等技术,有些正处于发展和完善阶段,有可能成为未来内燃机技术的发展方向,比如EGR、混合喷射、停缸等。

  发动机的主要性能指标还有哪些值得关注?

  除了有效热效率外,还有一些相对性的指标,如升扭矩、升功率、增压发动机增压器响应时间、机械损失,等等,可在不同的发动机之间进行比较。当然还有目前消费者关注的发动机运行噪声、振动等运转性能指标可以进行评价。

  关于CATARC认证——由中国汽车技术研究中心(简称中汽研)负责。

  作为行业技术归口单位和国家政府主管部门的技术支撑机构,中汽研以独立、公正的定位,协助政府开展汽车行业标准与技术法规、产品认证检测、质量体系认证、行业规划与政策研究、信息服务与科学研究等工作。依托中汽研,CATARC认证作为国内唯一一家以汽车及其相关行业为主要服务对象的第三方认证机构,秉承“公正、科学、独立、有效”的理念,以严谨的工作作风,务实的工作态度,卓越的技术实力,良好的社会信誉,建立了包括CN95系列认证、环境标志产品认证、中国生态汽车评价(C-ECAP)等一系列汽车行业认证体系。

  试验方法和标准。

  1,启动发动机,根据企业要求暖机。

  2,暖机结束后,发动机运转至额定功率点,按照企业要求调整边界参数。

  3,发动机状态检查。

  根据 GB/T 18297 标准要求进行净功率试验,以确认发动机状态。发动机功 率满足在(1±1.5%)np(np 系申报最大功率的转速)的转速范围内,实测最大校正净 功率与申报的最大净功率偏差在±2%以内,其它转速净功率偏差在±4%以内则 认定该发动机状态正常,可进行最低燃油消耗率试验。

  最低燃油消耗率测量方法有两种,企业可选择其中一种方法进行试验。

  选择一,企业提供最低燃油消耗率工况范围,依据企业提供的工况范围设定发动 机测试工况的转速及负荷步长,精细测量该区域内燃油消耗率分布,进而确定最 低燃油消耗率。

  选择二,根据 GB/T 18297 标准进行万有特性试验,确定最低燃油消耗率工况点所 在区域,在该区域内缩短发动机测试工况的转速及负荷步长,精细测量该区域内 燃油消耗率分布,进而确定最低燃油消耗率。

  4、有效热效率计算。

  有效热效率ηe 按如下公式计算:

  ηe = We/Q (We:发动机曲轴输出的有效功;Q:得到有效功所消耗的燃料热能。)

  当通过试验测得有效功率和每小时耗油量时,根据有效热效率的定义可得:

  ηe =3.6×103Pe/GHu

  ge=1000G/Pe

  ηe =3.6×106/geHu

  Hu——燃料的低热值(以第三方检测机构燃油热值检测报告为准)

  Pe——有效功率,kW

  G——每小时耗油量,kg/h

  ge——燃油消耗率,g/kW.h。

  5、能效评定。

  由以上确定的发动机最低燃油消耗率,按照有效热效率计算规定的方法计算得到发动机最高有效热效率。根据最高有效热效率对发动机给予能效评定,大于等于 38% 的发动机评为“能效之星”。

  历经上述检测过程之后,奔腾1.5T发动机热效率达到39.06%,这是自主量产涡轮增压发动机通过第三方认证的最高水平。该发动机有如下7大特点。

  1,高热效率。

  刚才说到,从热能向动能的转化过程中,大部分热能都白白损耗掉,汽油机实际转化成动能的有效功一般仅为30%左右。目前,市场常见同级发动机的热效率多在28%~33%之间。不过,在去年《“中国心”十佳发动机》中,小排量涡轮增压组别中的三款发动机,热效率都非常优秀,比如,奇瑞瑞虎8的ACTECO1.6T,热效率37.1%,长安逸动plus的蓝鲸1.4T发动机,热效率37.6%,海马的1.6TGDI发动机,热效率37%。而此次奔腾的1.5T发动机,热效率39%,为1.5升排量最高。

 

  2,超高压缩比。

  弹簧受力越大,它的形变就越大,恢复时的速度就越快,力量也就越大。压缩比就像一个弹簧,在气缸内油气被压缩的越厉害,膨胀时产生的能量也就越大,从而也就越能够获得更高的动力和更强的爆发力。

  压缩比越高不仅能意味着动力越强,还意味着燃油越充分,因而油耗也就越低。所以,想要发动机吃最少的“饭”,干最多的“活”,就要给它施加压力,在合理范围内获得高压缩比。

  但是,高压缩比会提升发动机爆震的风险,故一般要求加注95号或98号油,不仅让车主多花钱,同时也会带来零件成本、整车成本的上涨。奔腾1.5T发动机用米勒循环搭载350帕三次喷射系统,配合马蹄形活塞解决了这一问题,只需要加注92号汽油就可以满足各种驾驶工况,有效降低了各种成本。

  3,米勒循环。

  压缩比和膨胀比之间的“较量”,是提升发动机燃油效率的一大关键。在传统四冲程发动机中,压缩比与膨胀比不相上下。但在米勒循环技术加持后,膨胀比大于压缩比。也正因为米勒循环的高膨胀比,所以动力输出更“有劲”。

  米勒循环通过进气门的提前关闭,实现了压缩比小于膨胀比,从而达成高效做功。还是以弹簧为例,普通奥拓循环的实际压缩比等于膨胀比,相当于压缩了100%的弹簧行程后,弹簧才能弹回到原位置,而米勒循环仅压缩到80%的行程,即可弹回到原位置,相当于弹簧更有弹力,用更少的力做更多的功,能最大限度将热能转化为机械能,达到提高发动机燃油效率,降低燃油消耗的目的。

  奔腾1.5T发动机采用了米勒循环技术,兼顾动力性和更好的燃油经济性,真正实现了“不仅马儿吃得少,还让马儿更能跑”。

  4,超强平衡。

  一般来讲,性能车虽然有较大的动力输出,但伴随的往往是高噪声高油耗。做一个高动力的发动机不难,难的是兼顾油耗、噪声、排放的同时,还能有大的动力输出。奔腾1.5T发动机是动力性、经济性、NVH三者结合最好的发动机:高动力、低油耗、低NVH。

  动力方面,该发动机1300转即可达到最大扭矩,最大净扭矩/转速:258牛米/1300-4350转/分钟,瞬态响应快30%,0.5秒可达到100%动力性,0-100加速时间9.78秒。

  油耗方面,该发动机使用高效燃烧增效和智能控制减负,还采用低摩擦技术来减负,包括DLC涂层,降低摩擦;采用滚轮摇臂驱动气门,摩擦功损失更小;可变刚度气门弹簧,与圆柱弹簧相比,上端是锥形,减少弹簧重量和气门弹簧座重量,减少气门结构的运动质量,进而减少需要的气门弹簧力,也就减少配气机构摩擦功损失,从而提高燃油经济性。百公里油耗仅为6.8升,同时只需要加注92号油,非常经济实惠。

  NVH控制方面,采用先进的低摩擦静音齿形链系统,具备以下优点:

  能进行高精度运动,各链节的磨损伸长均匀,能保持非常高的运动精度。

  通过工作链板与链齿轮的渐开线齿形进行啮合传递动力,与滚子链和套筒链相比,多边形效应明显降低,冲击小、运动平稳、噪音低。

  可靠性好,齿形链的链节是多片式结构,当其中个别链片在工作中遭到破坏时,并不影响整根链条的工作,使人们能及时发现并更换,如需增加承载能力,只需在宽度方向增加链片排数。

  减少链条跟导轨的摩擦面积,摩擦功损失更小;6.35毫米小节距链条,运行更平顺高效、冲击小、噪音低;链条疲劳强度更高,终身免维护。在发动机极限工况运转时,将1米噪声控制在95分贝以内,优于同级竞品,全面优化了整车噪声水平。

  5、超级智能——包含4个方面。

  第一,智能热管理。

  汽车发动机温度管控尤为重要,需要冷却液的不断循环来保证发动机不至于过热,但发动机冷却液水温如果上升缓慢,一直达不到合适范围,也会影响发动机的效能,节温器就是温度管控中的重要一环。

  如冬天驾车刚启动时经常感觉到车辆无力,需要启动开动很长一段时间才能正常,这时候水温过低就是罪魁祸首,所以这时就需要让冷却液进行小循环,利用发动机温度快速提升水温,水温正常以后就需要增加冷却液循环路径,用大循环来保持发动机温度不过高。

  传统的节温器一般采用是“蜡式节温器”,主要通过节温器的感温体内精致石蜡在固态和液态之间的变化,通过体积的膨胀缩小来推动阀门控制冷却液的大小回路,响应速度过慢,而且冷却液温度稳定之前,还会反复开闭,导致车辆油耗增加。

  该发动机的智能热管理模块技术,通过水滴型可变截面球阀结构,对多通道进行全面控制;与传统节温器相比,智能热管理模块响应速度提高50倍,实现了基于目标水温的精确闭环控制;针对不同环境温度和发动机负荷,控制模式智能动态切换,使发动机长期工作于最优水温下,在降低整机油耗的同时,提高了整机可靠性。整车低温暖机时间比二代机缩短50%以上,极大改善冬季热车效果和低温油耗;夏天或者极热地区,智能热管理加上智能的电控活塞冷却,保证发动机良好的散热性,从而保护零部件,提升发动机的寿命。

  第二,缸盖集成排气歧管技术。

  冷启动后发动机温度过低,是油耗上升的一个重要原因,尤其在北方寒冷的冬天,刚启动时不但动力差,而且油耗高,所以这时候需要快速提升水温,除了智能热管理模块的运用,气缸盖集成排气歧管技术也功不可没。

  通过气缸盖集成排气歧管,使排气歧管内的热废气快速与气缸盖水套进行热交换提高水温,能够实现冷启动时的快速暖机,进一步降低油耗和排放。发动机正常运转时缸盖水套还可以对排气歧管进行冷却,从而降低了涡轮增压器的进气温度,有助于涡轮增压发动机进一步提高增压值。集成排气歧管技术还缩短了涡轮管路长度,让涡轮响应更快。

  第三,两级可变流量机油泵。

  因为工况不一样,发动机曲轴等需要的机油量不一样,传统的定量机油泵为了防止机油不足造成发动机磨损,往往参考机油量需求量高值进行供给,导致其他工况时油耗增加。

  奔腾1.5T发动机采用两级可变流量润滑技术,通过电磁阀控制机油泵偏心距实现机油压力两阶可变(传统机油泵只有高压模式,存在机油供应量过剩问题),低速小负荷运转区域机油压力降低,减少机油泵的能量消耗,工况油耗降低1.8%,满足发动机对于润滑系统的低摩擦需求,属国内领先、国际先进。相当于慢跑时候只需小口喘气,所以达到了更节油的效果。

  第四,电控活塞冷却喷油嘴技术。

  传统活塞冷却喷嘴为机械式,是否开启由机油压力控制,由于机油压力不是智能控制,需要冷却喷嘴时却无法及时开启。智能活塞冷却喷嘴时通过ECU控制电磁阀实现冷却喷嘴是否开启,与机油压力不相关,可以根据工况需求随时开启或关闭。该技术国内自主企业基本没有应用,合资企业仅有部分应用。

  6,超级清洁。

  该发动机采用博世350帕高压直喷系统,是当前量产车中最高的喷油压力,集成最新一代小脉宽控制模块,实现喷油器在高压力低脉宽的情况下的精准喷射,使油滴纳米级雾化,燃烧更充分,颗粒物排放仅为目前法规标准的1/10,同时配备的Masking技术的高滚流比缸盖,可以让缸内流动显著增强,使微小油滴最大限度和空气接触,燃烧更充分。

  7,超快响应。

  该发动机采用三菱重工高效的分层式高效增压器,使用混流涡轮、单流道双入口涡壳及高效压气机技术,较低的涡轮转动惯量与发动机排气脉冲利用技术特点,使发动机在1300转/分钟时达到最大扭矩,低速扭矩瞬态响应速度提升30%左右,而一般的增压发动机基本在1500转才能达到最大扭矩,转速越低,代表发动机技术含量越高,用户驾驶体验越好;从增压器介入工作到实现最大扭矩仅需0.5秒,用户只需轻踩油门就可感受到强大的动力输出。

  奔腾T77 PRO 1.5T第三代发动机“智擎魔方”热效率高达39.06%,是目前涡轮增压发动机的最高热效率,获得卡达克“能效之星”001号认证证书。

热效率高的原因
高压缩比 通过11.5的超高压缩比达到超高做功效率。
米勒循环技术 使膨胀比大于压缩比,能最大限度将热能转化为机械能。
超高压直喷 350帕超高压直喷系统,燃油雾化效果更好,燃烧更充分。
低摩擦技术 DLC涂层,降低摩擦;采用滚轮摇臂驱动气门,摩擦功损失更小;可变刚度气门弹簧,减少配气机构摩擦功损失。
智能热管理模块 针对不同环境温度和发动机负荷,控制模式智能动态切换使发动机长期工作于最优水温下,减少热能损失。
两级可变流量机油泵 实现机油流量、机油压力按需进行两级控制,解决了传统定量机油泵供油量过剩问题,工况油耗降低1.8%。
 缸盖集成排气歧管 排气歧管内的热废气快速与气缸盖水套进行热交换,提高水温,实现冷启动时的快速暖机。
电控活塞冷却喷油嘴技术 通过ECU控制电磁阀实现冷却喷嘴是否开启(区别于传统的机械式根据油压控制),发动机热负荷实现活塞冷却系统智能开启、减少活塞不必要的冷却产生的机油流量消耗。
中置VVT换气技术 进排气双VVT调节,使进入的空气量达到最佳,提高燃烧效率。
制表: 车讯网

  奔腾1.5T发动机制造要点。

  1,合理进行工艺排布及自动化设备匹配,实现整线自动化率/半自动化率约63.4%,实现950台/年的人均设计基础产出比。

  2,全线采用电动拧紧轴进行拧紧作业,保证拧紧精度控制在扭矩精度±3%以内,转角精度±1°。

  3,采用气密性试漏与高精度稀有气体试漏相结合的试漏工艺,保证试漏检出率。

  4,通过利用伺服压装,精确控制零件压装精度在±3%以内。

  5,根据产品、零件结构特点,设计丰富的防错手段,严控装调过程错、漏装问题的产生。

  6,对发动机重要性能参数,进行1/1检测,并对检测数据进行采集存储。

  7,生产过程中,分布冷、热试设备,对发动机半总成、总成各个阶段,进行试验判断,提升总成质量检出力。

  8,采用国内主流冷试检测工艺,丰富的检测项目进行发动机整体性能参数指标及电信号评价,防止不合格品流出。

  9,通过生产线工序互锁、安东系统,提升工序作业保证度,有效的防止错、漏装问题,并且提高生产过程问题处理效率。

  10,生产全过程数据采集,对发动机生产过程数据、重要零件信息进行精确匹配存储,实现市场后工程的精确追溯。

  11,订单化、准时化的拉动式生产,实现精确的生产预测与执行。

  12.,通过利用激光检测、视觉检测等丰富的检测工艺,对生产过程中的产品质量进行有效的控制。

  13,自动伺服涂胶工艺与3D检测相结合的工艺手段,精确的保证涂胶重量、轨迹、型线等影响密封因素的指标。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。