当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第五章：运行特性与整车匹配 > 5.8 混合动力专用发动机及其运行特性 > Video
同学们好
这一节课我们学习
混合动力专用发动机
及其运行特性
美国汽车工程师协会（SAE）
给出的混合动力汽车定义是
拥有两个以上储能系统的汽车
其储能系统能同时
或者分别为汽车驱动
提供能量
这里介绍的是
化石燃料和电池两种储能系统
所构成的混合动力汽车
依据能量耦合方式
可将混合动力汽车分为
串联混合动力汽车
并联混合动力汽车
和混联混合动力汽车三类
还可以依照混合度分为
微混汽车
轻混汽车
和重混汽车三种
按照是否可外接电网电能
给电池充电分为
插电式混合动力汽车
和非插电式混合动力汽车两种
不同的混合动力型式
对发动机有不同的要求
大体可以分为
两大类混合动力专用发动机
一类是并联
混联混合动力专用发动机
另一类是串联混合动力
专用发动机
就是我们通常讲的增程器
对于并联和混联混合动力汽车
混合动力专用发动机
一般采用汽油机
在较为宽广的工况范围内工作
并担任主要的动力输出任务
发动机的燃油消耗率
和有害物排放水平
对整车的燃油经济性
和排放特性有重要影响
这类混合动力专用发动机
主要工作在40%以上负荷
转速1000r/min至3000r/min的区域内
相对于传统车用发动机
混合动力专用发动机
不工作在怠速工况
低速工况和瞬态工况
大幅度减少
要求发动机在图所示
典型工况区域内
拥有良好的燃油经济性
和排放特性
并关注最高效率点的改善
使有效效率达到 甚至超过40%
图所示是基于发动机能量守恒
描述了混合动力专用
发动机技术的发展趋势
可以看出目前较为主流的
混合动力专用发动机采用了
进气门晚关技术
结合可变气门正时
和升程进行配气相位的
灵活控制
常用的阿特金森循环发动机
其实质就是利用进气门晚关
和较高的几何压缩比
实现高膨胀比循环
此外
冷却外部EGR将持续发挥作用
丰田在第一代阿特金森循环汽油机
基础上做了改进
增加发动机排量至1.8升
在相同的功率下
排量大的发动机转速较低
这一特点可以用来
降低活塞环的压力
减少摩擦损失
图所示为该发动机经济区
可以看到其230g/kWh
比油耗区域
比第一代阿特金森汽油机更加宽广
在排放后处理方面
收集排气余热
对催化剂进行预热
缩短发动机暖机时间
简化排放后处理系统
本田针对其双电机
插电混合动力轿车研发的
2.0L汽油机采用阿特金森循环
高负荷引入冷却EGR
和电控可变气门正时技术
发动机几何压缩比为13:1
配有独立的两套凸轮正时
动力凸轮用于启动和加速行驶
经济凸轮用于正常巡航过程的行驶
实现最低油耗214g/kWh
不同系统控制模式下的
工作区域如图所示
从图中可以看到
发动机混合驱动模式为
一条通过最佳油耗区的
宽转速范围运行曲线
而发动机纯驱动模式为
中等负荷
中高转速的经济运行区
通用混合动力专用直喷汽油机
采用全铝材料
排量1.5L
灵活控制进气门和排气门相位
几何压缩比12.5
采用冷却外部EGR
和内部EGR控制缸内燃烧
图所示为直喷汽油机的油耗曲线
其中三条等功率线
代表发动机主要工作的
三个功率级别
增程式电动车
从能量耦合方式来看
属于串联混合动力汽车
其增程器发动机的控制方法
近似于传统串联混合动力中
发动机的控制方法
增程器发动机的设计制造目标
不同于传统发动机的特点
主要表现在
1）增程器所增加的成本
不能超出减少一定的电池容量
带来的成本优势
2）结构紧凑
质量轻
升功率高
便于模块化生产
便于动力系统灵活布置
3）近零的噪声和振动
4）高效燃烧
要求最高有效效率超过35%
最佳效率点比油耗<240g/kWh
增程器发动机
只需要满足乘用车行驶的
平均功率即可
因此最大功率多在30kW以下
不运行在大的负荷
最低转速均大于1000r/min
高至6000r/min
因功率和振动噪声性能要求而异
由于该发动机
只是根据发电功率的要求
优化1-3个常用工作点
因而对大负荷没有要求
对发动机的燃烧效率和
热效率的优化只需要集中在
几个高效率点
大大降低了
对发动机燃烧系统的要求
增程器发动机的研究设计
需要将振动噪声性能
紧凑性和轻量化
居于首要地位
发动机燃油经济性的考虑
不能牺牲振动噪声性能
转子发动机振动噪声性能好
结构紧凑
具有应用和开发潜力
但缺乏大规模生产所需的产业基础
且制造精度要求高
二冲程发动机取消了
气门机构和凸轮
具有大升功率
结构简单和质量轻等优势
一些新型发动机
如自由活塞发动机
由于质量轻
升功率高以及结构紧凑等特点
作为增程器发动机受到关注
四冲程发动机增程器
多数为两气门设计
许多发动机对气道
和气缸体进行一体化设计
四冲程汽油机
作为增程器发动机仍将是主流
但是随着其他小型发动机技术的发展
将会产生越来越多
有竞争力的发动机技术方案
图所示是不同功率要求
所对应的增程器发动机方案
微排量
小功率发动机增程器
一般采用单缸转子发动机
或者1-2缸二冲程和四冲程发动机
小排量
中小功率一般采用
2缸二冲程和四冲程发动机
中排量
中高功率
一般采用3缸四冲程发动机
而大排量
大功率
一般采用4缸四冲程发动机
四冲程汽油机产业化难度低
其效率比转子发动机高7%-9%
有研究者对比了转子发动机
和二冲程 四冲程发动机
增程器方案
将各种增程器发动机的优劣
列于表中
并开发了排量0.57L
两缸四冲程汽油机增程器
发动机升功率43kW/L
压缩比为11
有效燃料消耗率为250-260g/kWh
除去了油泵
直接利用飞溅和正时链条润滑
进一步减小成本和摩擦
同时排气歧管也采用一体化设计
有研究者针对
二冲程直喷增压汽油机
进行了模拟和试验研究
图所示为该二冲程
直喷汽油机的剖面图
从图中可以看到
该发动机使用了
活塞泵机械增压的进气方式
研究结果显示
在过量空气系数大于1的稀燃工况下
缸内直喷形成分层稀混合气
可以使最低油耗达到215g/kWh
在常用工作功率点下
保持在220g/kWL左右
图所示为该二冲程
直喷增压汽油机
在稀燃工作模式下
全工况面油耗曲线
关于混合动力专用发动机
及其运行特性就介绍到这里
同学们 再见
-0.1 总论
--Video
-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
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-1.2 四冲程发动机示功图分析
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-1.3 二冲程发动机示功图分析
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-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
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-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
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-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
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-3.2 理论循环分类及循环热效率
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-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
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-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
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-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
