长安汽车自2017年发布香格里拉计划,就瞄准了整个集团电气化的方向:2025年全面停售传统意义燃油车,全谱系产品电气化;2021年,集团发布了2030年愿景,宣布坚定不移地向智能低碳出行科技公司转型。
长安汽车先后分别推出了长安/欧尚的REEV/PHEV/EV车型,全新数字电动品牌深蓝REEV/EV车型,以及情感智能电动品牌阿维塔EV车型等。多品牌、多车型、尤其是多动力的布局背后,是长安的电气化技术布局策略:应用“乐高”思维通过发动机、电驱、电控、电池等动力元素的标准化,形成多样的动力形式。全新的电子电气架构可以实现通过一套平台化软件可以满足多种动力形式的电子电气架构需求。
其中,长安汽车选择1.5L这个主流排量为核心以满足不同的动力需求。之所以选择这个排量,一方面混动背景下,可以满足绝大多数车型的功率需求,另一方面,也受限于我国的排量税,可以降低成本让利消费者。
长安混动专用发动机平台,聚集了当前最先进的发动机动力技术,9大技术路径为超高热效率服务,将在明后年推出43%~45%的超高热效率机型。整体的技术路径符合当前主流的技术思路,即围绕米勒循环的高压缩比、高热效率技术路径。在工况选择上,下一代混动专用发动机将继续聚焦高效区,缩小发动机运行工况。
长安下一代混合动力开发项目经理在本次大会上,也对发动机的技术细节做了非常深入的展示与讨论。首先,在技术特征上,混动专用发动机持续向特殊因素进行锐化,也就是说将着重优化效率圈内的高效点,这里面包括五大系统、后处理系统,同时也兼顾发动机启停策略与摩擦设计。
在核心的燃烧系统设计中,如何实现超高热效率?长安给出了非常详细的技术矩阵。发动机燃烧系统提高热效率,无外乎从提高压缩比与提高比热比。因为从理论上将,基于奥托循环的汽油机的热效率上限就在46%左右,那么未来长安也将锚定米勒循环这种循环形式。另外,在提高混合器绝热比方面,则是要利用EGR、稀薄燃烧等降低发动机的燃烧温度,实现低温燃烧。但是同时也要解决随之而来的燃烧速度慢、着火困难等问题,所以就会引入高能点火、射流点火以及多点点火等问题。不过,稀薄燃烧的后处理问题一直是行业的难题,利用激进的做法不仅会增加技术复杂度,也会大幅度提升成本。值得注意的是,从这张图谱中可以看出,除了主流的技术方式,也提到了例如燃料重整等“非主流”技术方案,例如应用重整后的氢气进行助燃,稳定燃烧等,值得期待。
基于这个技术矩阵,长安给出了自己目前可量产的最高热效率达成路径如下,会议中也得知,未来燃烧系统的冲程缸径比将达到激进的1.4,压缩比达到16左右。
长安的高效超净燃烧系统,通过三位CFD仿真对进气道及燃烧室进行多轮迭代优化,细化了“鱼肚型“气道与气门座圈附近的挤流设计,提高了缸内的滚流强度与湍动能,从而保证高EGR率下的快速燃烧。
循环选择上,米勒循环(气门早关)与阿特金森循环(气门晚关)都可以实现膨胀比>压缩比的效果,从而突破奥托循环的热力学限制。而针对这两种循环的选型,长安进行了多种方案的对比选择:研究发现,增压机型更加适合米勒循环,从而保证一定的功率与热效率,通过增压器优化匹配改善高速动力,可以减少外特性的动力损失。
配合中冷低压EGR系统,最高可实现29%的EGR率,提升最高热效率2.5个点。
混动系统中,发动机频繁启停这一特征会带来诸多的特性:
1. 由于提高了启动的转速与负荷,热流升高,催化器的起燃能力大幅提升,催化剂贵金属的成本显著降低,搭载整车可实现国六b-RDE排放。
2. 频繁启停需要对发动机的热管理系统进行特殊优化,发动机需要时刻处于最佳的运行温度,实现快速热机。因此,冷却系统采用了电子水泵与智能热管理技术,通过多种控制模式实现冷却系统的精准控制。
3. 在保证整机超低摩擦的前提下,使用智能润滑系统可以有效平衡工况变化带来的摩擦差异,同时,长安指出发动机曲轴的位置回对整机的NVH有一定的影响,因此利用电机控制策略可以实现对曲轴的控制。
长安发动机开发团队基于中英双团队“互有分工、各有侧重“的研发能力,实现长安动力总成的完全自主研发,同时下一代混动专用发动机已进入试验开发阶段,动力性和经济型指标均处于云图的领先水平。