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盖世汽车 2020-12-03

为插混而生,比亚迪如何打造技术“新物种”?

11 月 7 日,由汽车评价研究院主办的比亚迪插电式混合动力专用高效发动机技术品鉴会在深圳召开。会议现场,行业内的资深专家共同把脉发动机的未来发展,擘画中国汽车产业的发展蓝图。比亚迪在插电式混合动力领域最新的研发成果——骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机也正式揭幕,凭借卓越的性能以及领先的科技创新,骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机斩获了 " 广东省机械工业科学技术奖一等奖 "。

(图片:比亚迪骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机获奖)

目前的汽车行业中,针对高效发动机的研发正在形成潮流,而比亚迪已经走在 " 赛道 " 的前列,此次揭幕的骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机已为即将到来的大规模量产打下了坚实的基础。

作为一款量产级别的发动机,骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机顺利通过严格的台架试验,包括 400 小时的全速全负、800 小时的交变、500 小时的冷热冲击、400 小时深度冷热、800 小时高动态和 400 小时的低速低负,可靠性经得起考验,已得到了行业专家的一致认可。

在当前全行业全力追求电动化的大潮下,比亚迪为何要花大力气去研发一台堪称全球最高水准的插混专用高效发动机呢?品鉴会上,比亚迪产品规划及汽车新技术研究院院长杨冬生对发动机行业未来的发展趋势和技术方向进行了分析。

(图片:比亚迪产品规划及汽车新技术研究院院长杨冬生)

比亚迪,引领潮流的技术路线

杨冬生认为,新能源的到来并不是发动机的终结,未来的新能源有两条长期路线,电气化之外,高效发动机也将焕发新的活力。未来的发动机将更加聚焦,更加专用化,发动机开发的方向也会更加清晰。

目前的行业大势也印证着杨冬生对未来新能源行业技术路线的预测,主流车企都已经开始了高效发动机关键技术的相关研究,稀薄燃烧、高能点火、预燃室相关技术应用被看作是高效发动机未来的发展方向,目前一些国际知名汽车企业和国内主流自主车企都已经开始了相关布局。当然,作为全球新能源行业的领导者,比亚迪在插电式混合动力专用高效发动机的产业化方面更是走在了前列。

比亚迪即将量产的骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机就是一款高效的插混专用发动机,这款发动机可实现 43% 的有效热效率,攀登全球热效率高峰。

NVH 控制方面,骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机也做了大量的技术优化,通过曲轴、主轴承、缸体、裙架、油底壳、正时罩盖、进气歧管、缸盖罩盖的优化,实现了 NVH 在全速运行的水平优于行业水平。

(图片:比亚迪骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机揭幕)

除了全球最佳的 43% 热效率和行业领先的 NVH 控制之外,骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机还有另外一个重要指标,利用比亚迪十余年在电气化方面的积累和经验,将发动机性能和成本之间的矛盾优化到了极致。

既要保障最强性能还要兼顾最优成本,一直以来都是困扰整个行业的大难题,骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机具体是如何迎难而上的呢?

首先,骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机的阿特金森循环和插电式混动技术堪称绝配。阿特金森循环以提升发动机热效率著称,但它也有一个明显的短板,低速扭速和高速功率略低,而在插电式混合动力中,以大扭矩和扭矩响应速度快为最大特色的电动机能够完美解决阿特金森循环的短板,凸显其热效率高的优势。

其次,骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机采用了高压缩比的技术路线,通过燃烧油气火的优化和仿真,实现了 15.5 的压缩比,更难能可贵的是,它仍只需使用 92 号汽油,这足可见比亚迪在燃烧系统各项技术的状态上,达到了非常高的水平。

再者,骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机增大了缸径冲程比,一方面缩小缸径,让火焰传播的距离变短,燃烧得更快;另一方面通过拉长做功行程,让做功的时间更长更充分,效率也更高。

此外,骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机还搭载有冷却 EGR、集成式排气歧管、分体冷却、低摩擦等先进技术,并通过一系列仿真优化以及结构设计、硬件设计、热力学开发、选型、台架标定、整车匹配、夏试、冬试匹配等一系列严格考验,才最终打造了这款兼顾性能和成本的插混专用发动机。

高效发动机,撑起新能源市场一片天

近期国内新能源汽车行业,不仅利好政策频传,终端市场表现也在持续攀升。中汽协公布的最新销量数据显示,刚刚过去的十月份,国内新能源车销量实现了翻倍增长,共计售车 16 万辆,同比增幅高达 104.5%。政策和市场双驱动下,新能源车市场可谓是势头正盛。

有政策为发展新能源车保驾护航,终端市场上新能源车也在迅速普及,在此背景下,还有必要继续钻研发动机技术吗?

答案是显而易见的,最简单的原因,中国定义的新能源汽车既包括了纯电动汽车,燃料电池汽车,也包括插电式混动车,而要发展插电式混动车,就需要不断研发更高效的发动机技术。

事实上,插电式混动车当前的发展态势相当不错,中汽协公布的销量数据中,10 月国内插电式混动车销量为 2.7 万辆,同比增长了 63.7%。更重要的是,在一些没有限行限购的城市,插电式(双模)混动车的市场规模也在持续壮大。

盖世汽车整理的销量数据显示,2017 年至今,国内插电式混动车(含增程式)的销量区域分布变化相当明显。2017 年国内插电式混动车的销量主要集中在双限(限行限购)城市,占比高达 80%,终端用户有明显的政策导向性。到了 2020 年,从前十个月的销量区域分布看,双限城市的占比降至 51%,非限行限购城市的销量占比已经由 2017 年的 14% 提升到当前的 32%。可以看出,国内插电式混动车市场在逐渐转变为政策和市场双导向。

插电式混动车能够迅速爆发市场潜力,与其产品特性有关。汽车社会走向全面电动化的道路是一个不断演化的过程,当前的纯电动汽车市场还存在诸多问题,充电不方便,充电时间长,汽车安全性以及续航里程等问题亟待解决。从这方面看,插电式混合动力提供了一个很好的解决方案,可以实现短途用电、长途用油,既有燃油车的加油方便性,也有短途用车时的纯电行驶的优势,综合续航里程更长,同时安全性相对较高,能够很好地满足用户的各种出行需求。

国务院办公厅日前印发的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》提出,到 2025 年,新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的 20% 左右。这和比亚迪对新能源汽车市场发展趋势的预测不谋而合。结合长期的行业发展趋势洞察和市场数据研究分析,比亚迪认为未来一段时间内插电式混动车依旧是新能源市场主要的技术路线之一。

(图片:比亚迪产品规划及汽车新技术研究院院长杨冬生发言)

在插电式混动车领域,比亚迪的优势非常明显。据杨冬生介绍,比亚迪对新能源市场一直保持着理性乐观的态度,至今已在新能源汽车产业深耕十余年,获得了丰厚的技术积累,推出了完善的产品矩阵,也得到国家和市场的不断认可。

特别是在插电式混动领域,比亚迪已经走到了世界的前列。十二年前(2008 年),比亚迪在全球率先推出插电式混合动力技术,开启了比亚迪新能源之路。经过多年的积累和沉淀,比亚迪的插混技术已经达到极为成熟稳定的水平。

目前,比亚迪推出了 DM-p、DM-i 双平台战略。"p" 即 powerful,指动力强劲、极速,满足 " 追求更高驾驶乐趣 " 的用户。"i" 即 intelligent,指智慧、节能、高效,满足 " 追求更低行车油耗 " 的用户。

想要拥抱未来,仍需要 " 打怪升级 "

插电式混动会是未来新能源车市场上的一条主要技术路线,这也就意味着,在实现全面电动化之前,汽车市场依旧需要发动机,更准确的说是需要插电式混动车专用的发动机。

那么问题也就出现了,为插混动力而生的发动机,应该具备什么特质?

(图片:发动机由面工况向线工况的变化情况,混动专用发动机的常用区域收窄在高效区域)

从上图可以明显看出,传统燃油车发动机的工况是全面铺开的,需要同时兼顾整车动力性和燃效,既要保障较大的扭矩,较好的功率,还要充分考虑油耗和排放。所以传统的发动机技术发展至今,需要不停迭代增加新功能,从高压缸内直喷到电动涡轮增压和双增压系统再到 CVVL、DVVL 技术等,目的都是为了实现油耗、功率、扭矩的全面提升。

但不断增加新功能的结果必然是导致整机成本不断提高,进而会让整车成本提高,相悖于当前降本增效的行业发展大趋势。不过,随着电气化的发展,提供了一条妥善的解决之道——发展混动专属发动机,这时候,就体现出混动技术的优势了。随着电力占比的提高,发动机的工作区域会从原来的面工况,转化成为区域工况,线工况,甚至点工况,工况落点主要集中到了发动机的高效率区,可显著改善发动机的硬件成本。所以比亚迪成功研发出骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机可以将常用区域聚焦在高效区,提升发动机工作效率。

不仅如此,比亚迪的 DM-i 超级混动技术具备高集成度,可以智能切换各种工作模式,其整车平顺性媲美无级变速,燃油经济性和整车动力性均比同级别燃油车有大幅提升。搭载 DM-i 技术的 A 级轿车不充电油耗能做到 4L/100km 以下,插电式混合动力也能做到超低油耗。其中,插混专用高效发动机正是实现 DM-i 超低油耗的重要组成,专用发动机可以充分发挥混动技术的优势,实现能源效率最大化,经济成本最低化。

(图片:比亚迪插电式混合动力专用高效发动机技术品鉴会专家参观发动机台架试验)

但要打造一款高效的插混专用发动机,需要解决不少技术难点。杨冬生指出,插混专用高效发动机技术面临的主要挑战有以下几点。第一,由于插电式混合动力的能量转化过程更复杂,能量转化次数增多,因此,对发动机高效区的热效率要求更高。第二,由于布置空间的限制,插电式混合动力对发动机的紧凑性要求更高。第三,插电式混合动力同时拥有发动机和电驱动系统,为让插电式混合动力在价格方面具备市场竞争力,对专用发动机要求成本控制得更好。第四,相比于传统燃油车,插电式混合动力车型的发动机主要运行在相对较高的速度和较高的负荷中,因此,对发动机的 NVH 要求也比较高。简单总结就是,要打造针对插电式混合动力汽车的专用发动机,可以充分发挥混动技术的优势,实现能源效率最大化。当然,一旦打通了这些技术难点,在未来的市场竞争中肯定也能更有优势,这也正是比亚迪全新的 DM-i 平台真正在解决的问题。

随着电气化的不断深入以及发动机的技术的持续创新和优化,行业对发动机的特性有了新的期待,未来的发动机将不再被过度桎梏在扭矩、负荷和功率之上,需要在强调性能的同时兼顾成本和 NVH。面向未来的产业需求,比亚迪率先亮出了自己的最新成果—— DM-i 超级混动平台中专用的骁云 - 插混专用 1.5L 高效发动机,不仅为行业开拓了全新的思路和方向,也在用实际行动向我们剖析了一个行业趋势:新能源时代的到来并不意味着发动机历史的终结,插混专用高效发动机市场,依旧是一片蓝海。

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