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教科书级的热效率,奔腾T77 PRO发动机技术赶超合资

2020年06月16日 09:06:02
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来源:E汽车

6月15日,由中汽中心和一汽奔腾联合举办,以“挑战超高热效率,燃擎奔腾中国芯”为主题,中汽中心最高热效率001号认证直播夜在天津举行。论坛主要内容包括:

1、上海交通大学汽车工程研究院院长、“中国心”年度十佳发动机评选专家评审委员会主任许敏解读发动机热效率及未来展望;中汽中心产品认证技术总监田程介绍自主品牌发动机历史、热效率认证的意义和流程。

2、中汽中心华诚认证总经理王铁向一汽轿车销售有限公司常务副总经理肖肖颁发奔腾T77 PRO 1.5T发动机“能效之星”001号认证证书。

3、一汽集团研发总院发动机产品开发主任张强解读奔腾T77 PRO 1.5T第三代”智擎魔方”发动机技术。

4、中汽中心产品认证技术总监田程、上海交通大学汽车工程研究院院长许敏、一汽轿车销售有限公司常务副总经理肖肖、一汽集团研发总院发动机产品开发主任张强,通过直播与媒体和网友进行互动问答。

二、核心传播信息

1、中汽中心发动机热效率认证,是国内针对发动机热效率的首个客观公正的第三方权威认证,自此发动机的热效率迎来了统一的评测标准。此项认证,对消费者选购车辆、识别发动机性能有重要的参考价值;对企业发动机领域技术能力的一种肯定,鼓励行业聚焦汽车核心技术研发。

2、奔腾T77 PRO 1.5T第三代”智擎魔方”发动机的最高热效率达到39.06%,获得中汽中心官方的“能效之星”001号认证,是自主量产涡轮增压发动机通过第三方权威认证的最高水平,代表自主量产发动机的最强实力,并达到国际先进水平。

3、目前国内外优秀的增压直喷发动机的热效率基本在37%-38%左右。奔腾T77 PRO发动机最高热效率39.06%,超越了去年“中国心”十佳发动机。奇瑞瑞虎8的ACTECO1.6T,热效率是37.1%;长安逸动PLUS的蓝鲸1.4T发动机,热效率是37.6%;海马的1.6TGDI发动机热效率是37%;也超越了日产KR20DDT 2.0T发动机的39%热效率。

三、核心传播内容

1、关于发动机热效率

①什么是发动机的热效率?

热效率即发动机内汽油燃烧产生的总热能转化成动能的转化率。发动机热效率=车辆动能÷燃油产生的总热能×100%。发动机热效率越高,汽油燃烧总热能中产生的对车辆的动能占比也就越大。在发动机热能向动能的转化过程中,大部分热能都因“开小差”而损耗掉。这种损耗,就像一条河流,流动过程中,会被渗漏、被蒸发、被截留,从而无法全部注入大海。

理论上,发动机热效率越高,在输出相同动力的情况下所消耗的燃油就越少,所以也就越省油。一般来说,同一辆汽车,发动机热效率从35%提高到39%,加满一箱油行驶里程有望由500公里提升到550公里。

②发动机热效率的提升有什么难度?

内燃机的本质是将热能转化为动能,这个过程中会产生能量损耗。首先在燃料燃烧过程中产生的能量,只有一部分能转化为机械能,其他的都变成热量散失了。就算是转化为机械能的这部分,还会发生损耗,比如说零部件的摩擦,活塞和缸壁的摩擦等等,都要损失能量。现阶段人们所做的努力是将发动机的热效率不断提高,接近理论值。比如提高发动机压缩比,降低摩擦损失,减少散热损失等,但受到结构强度、机械效率、汽油机爆震等的限制,使热效率提高面临挑战。

发动机热效率的发展历史,也证明了热效率提升的困难程度:

a) 1776年,最早的发动机热效率仅有2%—4%。英国人瓦特对蒸汽机进行了改良,使其热效率达到了2%—4%。

b) 1860年,第一台内燃机诞生,热效率4.5%。1860年,法国人Lenoir发明了第一台内燃机,通过煤气燃烧产生热能和动力,压缩比为1,最大功率4.5kW,热效率4.5%,低于当时蒸汽机水平。

c) 1876年,奥托发动机热效率14%。1876年,德国工程师奥托研制出了第一台四冲程的煤气内燃机,压缩比达到了2.5,而热效率达到了14%,超过了蒸汽机的同期水平。

d) 1883年戴姆勒:汽油机之父,热效率15%-20%。1883年,戴姆勒和迈巴赫联手造出了世界第一台立式四冲程汽油机,内燃机热效率历史性的提升到了15%,1894年又提高了20%。

e) 长达90年的缓慢进步。此后的汽油机热效率开始进入缓慢提升阶段,虽然1926年瑞士人布希引入了废气涡轮增压理论、1950年直喷技术原型开始出现,但汽油机热效率进步非常缓慢,以0.5%、1%的速度逐步提高。

f) 2000年,终于突破30%。直到1990年,电喷系统才帮助汽油机热效率开始了明显改善,到了2000年,发动机精确喷油下的热效率才达到30%。

g) 2003年-2016年:丰田专注发动机热效率,才将自然吸气发动机的热效率,由36.8%提升至40%。

h) 值得一提的是,相比自吸发动机,涡轮增压发动机热效率提升的难度系数翻倍。涡轮增压发动机因为进气压力较高,压缩冲程时,高压气体很容易在火花塞未点火前使汽油自燃,比自然吸气发动机更容易产生爆震。为了控制爆震,就必须降低压缩比,而且还得对点火时刻进行修整,缓和气缸燃烧工况。所有的技术突破和改进整合在一起,才能有效提升热效率。目前国内外优秀的增压直喷发动机的热效率基本在37%-38%左右。混动专用的发动机为了追求更高的热效率,动力性会有比较严重的下降。

2、关于中汽中心发动机热效率认证

①中汽中心(CATARC)是什么机构?

中汽中心华诚认证(天津)有限公司(以下简称“华诚认证”)是经中国国家认证认可监督管理委员会(CNCA)批准和中国合格评定国家认可委员会(CNAS)认可的,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。

华诚认证是中国汽车技术研究中心有限公司(CATARC)的全资子公司。中汽中心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,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。

②行业为什么需要中汽中心热效率认证?

目前对发动机的性能参数,大多是由汽车厂家自行包装宣传,没有经过权威认证,对消费者可能会产生误导。其中对汽车发动机热效率标准也没有统一规定。在此背景下,中汽中心制定行业首个乘用车油耗试验标准:《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。

中汽中心发动机热效率认证,是国内针对发动机热效率的首个客观公正的第三方权威认证,发动机的热效率迎来了统一的评测标准。此项认证,不仅是对企业发动机领域技术能力上的一种肯定,更是鼓励行业聚焦汽车核心技术研发。对消费者选购车辆、识别发动机性能也有重要的参考价值

③中汽中心对热效率是怎么认证的?

首先将发动机进行暖机,在暖机结束后,将发动机运转至额定功率点,按照企业申报的发动机数据调整边界参数。然后根据GB/T 18297标准要求进行净功率试验,确认该发动机状态正常。通过试验可得出该发动机有效功率和每小时耗油量,再根据有效热效率规定的方法计算确定发动机最高有效热效率。

最终结果可知,奔腾T77 PRO发动机最高有效热效率为39.06%,超过中汽中心38%的认证标准,已符合认证规则要求,中汽中心为其颁发“能效之星”001号证书。

3、奔腾T77 PRO 1.5T第三代”智擎魔方”发动机能获得中汽中心001号“能效之星”认证的原因

一汽奔腾作为自主品牌的代表之一,坚持以技术创新为根本,在发动机研发领域持续投入,奔腾T77 PRO 1.5T涡轮增压发动机是一汽奔腾基于第三代智擎魔方科技,打造的面向下一代排放、油耗法规标准的全新动力平台,综合实力在主流国产发动机中属佼佼者,其热效率高达39.06%,超过中汽中心38%的认证标准。

T77 PRO 1.5T发动机的超高热效率的原因:

a) 通过11.5的超高压缩比达到超高做功效率。

b) 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,达到提高发动机燃油效率,降低燃油消耗。

c) 350BAR超高压直喷系统,燃油雾化效果更好,燃烧更充分。

d) 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。

e) 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,降低整机油耗。

f) 两级可变流量机油泵,可实现机油流量、机油压力按需进行两级控制,可变机油泵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%。

g) 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,进一步降低油耗和排放。

h) 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,实现整车油耗降低。

i) 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。

4、目前行业内发动机的热效率水平

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38%以下。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。

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,热效率是37.1%,长安逸动plus的蓝鲸1.4T发动机,热效率是37.6%,海马的1.6TGDI发动机热效率是37%。

而T77 PRO 1.5T发动机的热效率达到39.06%,为1.5T排量最高。

四、奔腾T77 PRO 1.5T第三代”智擎魔方”发动机的技术亮点——“6个最”。

1、压缩比最高的米勒循环发动机:压缩比11.5。

米勒循环通过进气门的提前关闭,实现压缩比小于膨胀比,从而达成高效做功。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。

压缩比越大,发动机热效率就越高,油耗更低。但高压缩比对发动机零部件可靠性,抗爆震性要求也就越高,可能需要加注95甚至98号油,需要用更坚固的零部件,这除了是豪华车的象征,其实也是高性能的需求,不加这么高标号的油,很难发挥出优异的性能。市面上增压发动机压缩比大多为9.5-10.5之间,而奔腾T77 PRO 1.5T发动机的压缩比却达到了11.5,采用了高效的米勒循环并搭配 350bar三次喷射系统,只需要加注92号油,省油的同时更省钱。

米勒循环:压缩比<膨胀比

超高压缩比

2、热效率最高的1.5T发动机:热效率达到39.06%。

热效率是表征发动机油耗的重要指标,热效率越高发动机约省油,2019年中国心十佳发动机奖产品热效率基本在37%-38%左右,奔腾T77 PRO 1.5T发动机热效率达到39.06%,为1.5T排量最高。

3、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。

我们一般的认知,性能车都费油,噪声都大。而奔腾T77 PRO 1.5T发动机采用超高压缩比米勒循环技术、高效燃烧增效和智能控制减负、可变刚度气门弹簧和低摩擦静音齿形链系统等先进技术,0.5S可达到100%动力性,百公里加速时间9.78s,百公里油耗仅为6.8L,且只需加注92号汽油;同时1m噪声仅为95db,优于同级竞品,达到国内领先水平。

可变刚度气门弹簧(右3)

低摩擦静音齿形链条系统

4、最智能的发动机:采用智能热管理、缸盖集成排气歧管、可变排量机油泵、电控活塞冷却等多项智能控制技术。

发动机在该使劲的时候使劲,不需要使劲的时候降低内部负荷,既能实现减负节油,也能实现快速暖机,我们主要通过:一是智能热管理,它能够分区控制水温,油温,变速器油温,中国一汽是国内首家在量产发动机上应用智能热管理模块技术的厂家;二是缸盖集成排气歧管技术,能够实现冷启动时的快速暖机,进一步降低油耗;三是可变流量机油泵,可以根据工况进行自动调节,相当于慢跑时候只需小口喘气,能够让循环油耗节油1.8%,属国内领先、国际先进;四是电控活塞冷却喷油嘴技术,对冷却油量进行智能调节,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。

智能热管理模块

可变机油泵

可变机油泵与传统机油泵工作压力对比

5、最清洁的发动机:喷射压力达到350bar,颗粒物排放仅为法规限值的1/10。

T77 PRO发动机采用博世350bar高压直喷系统,达到国际先进水平,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,满足国六B排放要求。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。

高压直喷系统

6、响应最快的涡轮增压发动机:0.5S可达到100%动力性。

T77 PRO发动机采用三菱重工分层式高效增压器,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1300rpm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。同时,采用中置VVT换气技术,进排气双VVT调节,油耗更低,扭矩更高,响应速度快。

奔腾T77 PRO发动机动力曲线图

五、一汽奔腾在技术方面还有哪些重要的成就

1、2018年10月,奔腾T77搭载的230TID发动机荣获“中国心”2018年度十佳发动机,意味着以奔腾为代表的国产发动机已经达到与世界比肩的水平。

该发动机拥有九大先进技术——高效燃烧系统、集成式排气歧管、高压缸内直喷、缸体缸盖分体冷却、双质量飞轮、DLC涂层低摩擦运动组件、可变流量机油泵、中置OCV式DVCT、低惯量涡轮增压器。最大功率105Kw,最大扭矩204N•m,最大扭矩转速1600-4200rpm,动力水平可媲美1.5T或2.0L自然吸气发动机,百公里综合油耗仅为6.3L。

得益于动力方面的强大表现,奔腾T77在2018年12月的“澎湃芯动力,释放大能量”挑战中,成功拉动35吨坦克+20吨重卡,表现惊艳。

2、2019年3月,燃烧中国“芯”230 TID发动机600小时耐力测试挑战活动中,一汽奔腾自主研发的230 TID发动机以每分钟5500转的极速状态持续不断地正常运转了600小时,活塞、曲轴、缸体、气门要高速不停歇摩擦1.98亿次,体现出奔腾发动机超强的可靠性和耐用性,是奔腾品牌在汽车动力领域的一大突破,创造出新纪录!

3、2020年2月,中国汽车技术研究中心向一汽轿车颁发 “CATARC CN95”认证证书,一汽奔腾T99(申报产品代号:D058)荣膺首批中汽中心官方最高级别认证的车载空调滤芯产品。

该车载空调滤芯具备过滤净化系统、密闭系统以及VOC系统三重保障,形成环环相扣的内部安全生态系统,为车主及家人提供了一个周到保护的健康移动堡垒。

六、一汽奔腾近期的市场表现

今年1-5月,在中国车市整体低迷且因疫情“雪上加霜”的情况下,一汽奔腾却逆势上涨,实现两位数增幅,累计终端销量为3.63万辆,同比增长12.9%。

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