相比于纯电动汽车,增程式电动汽车主流的技术方案均选择发动机作为增程器。目前,业内对增程式电动汽车技术经济优劣势方面也是充满争议,尤其是在能效、排放、成本方面。V-PAT基于上述背景,梳理了国内外增程专用发动机的技术特点,为增程式电动汽车对标打下基础。
增程式发动机主要特征
不同于常规车用发动机,作为增程器使用的内燃机主要有以下特点:
(1)运行区域收窄:仅运行在高效区域;
(2)仅作为电力不足时的补充动力来源,对动力性的要求降低;
(3)有利于使用更高效的节能技术,如高压缩比、阿特金森/米勒循环等;
(4)结构更简单,无需VVT等复杂可变技术,发动机成本降低;
(5)对NVH的要求更高,包括发动机启停和稳定运转阶段;
(6)对紧凑型的要求更高;
(7)发动机在长期停机的情况下要依然保持良好的可靠性;
同柴油机相比,汽油机的结构更加紧凑,NVH特性较好,因此更加适应增程器的要求。对于不同车重的车型和不同的设计思路,增程器所需提供的功率也不同。不同动力需求下的增程器技术选择如图所示,当动力需求为10-30kW时,可以选择单缸转子发动机、两冲程或四冲程的1-2缸汽油机;当动力需求为30-60kW时,可以选择4冲程3-4缸汽油机。
国内外混合发动机技术现状
国际上具有代表性的先进混合动力发动机进行分析,如表所示。其主要技术特征包括:高压缩比(12-14),阿特金森/米勒循环,缸内直喷,冷却废气再循环(EGR),低摩擦和智能附件等技术,峰值有效热效率可达到40%左右。对于增程器来说,运行工况相对较窄,从节约成本的角度可不采用可变技术,但使用高压缩比、阿特金森循环和EGR等技术同样可以显著提高热效率。
国内企业典型混动发动机技术水平如表所示,普遍沿用传统车用汽油机进行简单的技术升级,压缩比普遍在10左右,有效热效率一般36%左右,与国际一流水平相比还存在着较大的差距。
增程式电动汽车专用发动机实例
某公司开发了一款直列两缸四冲程汽油机作为增程器,该款发动机取消了传统发动机的油泵,对轴承等摩擦部件进行了优化,采用了排气歧管集成在缸盖上的设计,利用平衡轴改善发动机的NVH性能。
总结
增程式电动汽车增程器技术发展可分为三个阶段。第一阶段:企业在各自现有技术基础上进行简单升级,如升级喷射系统。第二阶段:企业重新设计开发适合增程式电动汽车的专用发动机(依然为传统的往复式活塞发动机),如采用较长活塞冲程,高压缩比,改进摩擦副,开发专用两缸机和单缸机等。第三阶段:发展转子发动机、自由活塞发动机等更适合作为增程器但实际应用还存在着难点的技术。目前国内企业的技术水平多处于第一阶段,各企业应依据自身的技术优势选择合适的方案,逐步向第二阶段过渡。此外,根据整车目标用户群体及常用工况的不同,对增程式电动汽车增程器的效率、NVH特性等要求也会大不一样,在增程器的开发过程中也应充分考虑上述因素的影响以决定采取何种技术。
综上,企业如有对标典型增程式电动汽车的需求,可以及时联系V-PAT秘书处,共同推动增程式电动汽车的深度对标。
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