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50%熱效率——日產(chǎn)1.5L L3 e-POWER引擎技術(shù)

2021-03-05 15:24:18·  來源：汽車動力總成  
　
2021年2月26日，日產(chǎn)汽車宣布其正在開發(fā)的下一代e-POWER系統(tǒng)的熱效率達到了50％，燃油效率將提升約25%。該發(fā)動機將使用在日產(chǎn)的E-Power混動系統(tǒng)中，在測試中該發(fā)動機已達到46%的熱效率，剩余的4%將通過余熱回收技術(shù)實現(xiàn)。業(yè)界普遍認為發(fā)動機熱效率的天花板為5
2021年2月26日，日產(chǎn)汽車宣布其正在開發(fā)的下一代e-POWER系統(tǒng)的熱效率達到了50％，燃油效率將提升約25%。該發(fā)動機將使用在日產(chǎn)的E-Power混動系統(tǒng)中，在測試中該發(fā)動機已達到46%的熱效率，剩余的4%將通過余熱回收技術(shù)實現(xiàn)。業(yè)界普遍認為發(fā)動機熱效率的天花板為50%，日產(chǎn)下一代e-POWER系統(tǒng)的發(fā)布直接將其推至最高水平，這其中用了哪些先進的技術(shù)，今天就讓我們一起來了解。
 

e-POWER 于2016年與日產(chǎn)Note一起在日本首次推出。日產(chǎn)LEAF的核心是100％電動機驅(qū)動的相同技術(shù)，可提供即時的扭矩，功率，效率。該系統(tǒng)由汽油發(fā)動機，發(fā)電機，逆變器，電池和電動機組成，與傳統(tǒng)的混合動力系統(tǒng)不同，e-POWER通過分離發(fā)動機的輸出和車輪的驅(qū)動力，使車載發(fā)動機專用于發(fā)電。


e-power沒有充電口不需要充電，電池很小。電池的電量只用于起步和急加速時啟動。平時汽車的電量就靠發(fā)動機提供。發(fā)動機不參與驅(qū)動汽車，屬于滾動的一種駕駛感受和純電一樣。目的是為了省油而不是增加純電續(xù)航。和增程式是兩種理念只是部分有共同點而已和增程式的出發(fā)點都有很大的區(qū)別。

采用e-POWER專用引擎實現(xiàn)50%熱效率，完成技術(shù)開發(fā)，實現(xiàn)45%熱效率技術(shù)量產(chǎn)，通過STARC燃燒，發(fā)動機熱效率達到46%，如果包括廢熱回收，熱效率可達48%。由于電池技術(shù)的發(fā)展，通過電子電源的完全定點運行，實現(xiàn)50%的熱效率。
 
由于各種因素的制約，傳統(tǒng)燃油機很難實現(xiàn)50%的熱效率，提高理論熱效率達到50%的目標(biāo)，需要提升以下幾點：
高壓縮比：高壓縮比技術(shù)，即使在高壓縮比下也能減輕敲擊，提早關(guān)閉米勒循環(huán)增強缸內(nèi)氣體流動，以實現(xiàn)快速燃燒。
增加比熱容（冷卻EGR/稀薄燃燒）：將發(fā)動機產(chǎn)生廢氣的一小部分導(dǎo)入進氣側(cè)再度燃燒，再循環(huán)廢氣由于具有惰性將會延緩燃燒過程，也就是說燃燒速度將會放慢從而導(dǎo)致燃燒室中的壓力形成過程放慢，這就是氮氧化合物會減少的主要原因。另外，提高廢氣再循環(huán)率會使總的廢氣流量(mass flow) 減少，因此廢氣排放中總的污染物輸出量將會相對減少。EGR系統(tǒng)的任務(wù)就是使廢氣的再循環(huán)量在每一個工作點都達到最佳狀況，從而使燃燒過程始終處于最理想的情況，最終保證排放物中的污染成份最低。
 

e-POWER系統(tǒng)使用的是一臺1.5L三缸渦輪增壓發(fā)動機，與當(dāng)前的HR12DE不同之處在于，它具有長沖程設(shè)計和直噴式渦輪增壓器。壓縮比高達13.5，面對如此高的壓縮比，工程師采用米勒循環(huán)來避免發(fā)動機出現(xiàn)爆震的情況（有兩種類型的米勒循環(huán)會降低實際壓縮比：提前關(guān)閉和后期關(guān)閉，該發(fā)動機使用早期關(guān)閉）。


為了達到50％的熱效率，日產(chǎn)開發(fā)了一個名為“ STARC”的概念（全稱Strong Tumble andAppropriately stretched robust ignition channel），其通過加強汽缸內(nèi)氣流（被吸入氣缸的空氣燃料混合物的流動）的流動和點火效率，并在高壓縮比下燃燒更為稀釋的混合氣體，從而提高發(fā)動機的熱效率。


在常規(guī)發(fā)動機中，在控制空氣-燃料混合物的稀釋水平以響應(yīng)不斷變化的驅(qū)動負載方面存在限制，在各種工況（例如缸內(nèi)氣體流量，點火方法和壓縮比）之間需要進行一些權(quán)衡取舍。犧牲功率輸出效率。在內(nèi)部測試中，日產(chǎn)在使用EGR 1 稀釋方法時的熱效率為43％，在多缸發(fā)動機上使用稀薄燃燒2時的熱效率為46％。通過以固定的RPM和負載運行發(fā)動機并結(jié)合廢熱回收技術(shù)，可達到50％的水平。


負責(zé)動力總成的高級董事總經(jīng)理表示“日產(chǎn)汽車制定了一個目標(biāo)，即在2030年代初將所有新車投放到主要市場，以在2050年實現(xiàn)碳中和，并正在戰(zhàn)略性地開發(fā)動力傳動系，以實現(xiàn)電動汽車（EV）的動力總成和高性能電池的開發(fā)這一目標(biāo)。

 
注：文章中引用的圖片來源網(wǎng)絡(luò)
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