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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(lái)源：汽車(chē)動(dòng)力總成  
　
2021年2月26日，日產(chǎn)汽車(chē)宣布其正在開(kāi)發(fā)的下一代e-POWER系統(tǒng)的熱效率達(dá)到了50％，燃油效率將提升約25%。該發(fā)動(dòng)機(jī)將使用在日產(chǎn)的E-Power混動(dòng)系統(tǒng)中，在測(cè)試中該發(fā)動(dòng)機(jī)已達(dá)到46%的熱效率，剩余的4%將通過(guò)余熱回收技術(shù)實(shí)現(xiàn)。業(yè)界普遍認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的天花板為5
2021年2月26日，日產(chǎn)汽車(chē)宣布其正在開(kāi)發(fā)的下一代e-POWER系統(tǒng)的熱效率達(dá)到了50％，燃油效率將提升約25%。該發(fā)動(dòng)機(jī)將使用在日產(chǎn)的E-Power混動(dòng)系統(tǒng)中，在測(cè)試中該發(fā)動(dòng)機(jī)已達(dá)到46%的熱效率，剩余的4%將通過(guò)余熱回收技術(shù)實(shí)現(xiàn)。業(yè)界普遍認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)的技術(shù)，今天就讓我們一起來(lái)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的相同技術(shù)，可提供即時(shí)的扭矩，功率，效率。該系統(tǒng)由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)，逆變器，電池和電動(dòng)機(jī)組成，與傳統(tǒng)的混合動(dòng)力系統(tǒng)不同，e-POWER通過(guò)分離發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出和車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)力，使車(chē)載發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用于發(fā)電。


e-power沒(méi)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(shí)啟動(dòng)。平時(shí)汽車(chē)的電量就靠發(fā)動(dòng)機(jī)提供。發(fā)動(dòng)機(jī)不參與驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，屬于滾動(dòng)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(diǎn)而已和增程式的出發(fā)點(diǎn)都有很大的區(qū)別。

采用e-POWER專(zhuān)用引擎實(shí)現(xiàn)50%熱效率，完成技術(shù)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)45%熱效率技術(shù)量產(chǎn)，通過(guò)STARC燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率達(dá)到46%，如果包括廢熱回收，熱效率可達(dá)48%。由于電池技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)電子電源的完全定點(diǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)50%的熱效率。
 
由于各種因素的制約，傳統(tǒng)燃油機(jī)很難實(shí)現(xiàn)50%的熱效率，提高理論熱效率達(dá)到50%的目標(biāo)，需要提升以下幾點(diǎn)：
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(qiáng)缸內(nèi)氣體流動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)快速燃燒。
增加比熱容（冷卻EGR/稀薄燃燒）：將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生廢氣的一小部分導(dǎo)入進(jìn)氣側(cè)再度燃燒，再循環(huán)廢氣由于具有惰性將會(huì)延緩燃燒過(guò)程，也就是說(shuō)燃燒速度將會(huì)放慢從而導(dǎo)致燃燒室中的壓力形成過(guò)程放慢，這就是氮氧化合物會(huì)減少的主要原因。另外，提高廢氣再循環(huán)率會(huì)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(huì)相對(duì)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(gè)工作點(diǎn)都達(dá)到最佳狀況，從而使燃燒過(guò)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(tái)1.5L三缸渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，與當(dāng)前的HR12DE不同之處在于，它具有長(zhǎng)沖程設(shè)計(jì)和直噴式渦輪增壓器。壓縮比高達(dá)13.5，面對(duì)如此高的壓縮比，工程師采用米勒循環(huán)來(lái)避免發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)爆震的情況（有兩種類(lèi)型的米勒循環(huán)會(huì)降低實(shí)際壓縮比：提前關(guān)閉和后期關(guān)閉，該發(fā)動(dòng)機(jī)使用早期關(guān)閉）。


為了達(dá)到50％的熱效率，日產(chǎn)開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為“ STARC”的概念（全稱(chēng)Strong Tumble andAppropriately stretched robust ignition channel），其通過(guò)加強(qiáng)汽缸內(nèi)氣流（被吸入氣缸的空氣燃料混合物的流動(dòng)）的流動(dòng)和點(diǎn)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(dòng)機(jī)的熱效率。


在常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)負(fù)載方面存在限制，在各種工況（例如缸內(nèi)氣體流量，點(diǎn)火方法和壓縮比）之間需要進(jìn)行一些權(quán)衡取舍。犧牲功率輸出效率。在內(nèi)部測(cè)試中，日產(chǎn)在使用EGR 1 稀釋方法時(shí)的熱效率為43％，在多缸發(fā)動(dòng)機(jī)上使用稀薄燃燒2時(shí)的熱效率為46％。通過(guò)以固定的RPM和負(fù)載運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)并結(jié)合廢熱回收技術(shù)，可達(dá)到50％的水平。


負(fù)責(zé)動(dòng)力總成的高級(jí)董事總經(jīng)理表示“日產(chǎn)汽車(chē)制定了一個(gè)目標(biāo)，即在2030年代初將所有新車(chē)投放到主要市場(chǎng)，以在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，并正在戰(zhàn)略性地開(kāi)發(fā)動(dòng)力傳動(dòng)系，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)（EV）的動(dòng)力總成和高性能電池的開(kāi)發(fā)這一目標(biāo)。

 
注：文章中引用的圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)
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