工业云制造平台

传统的发动机需要具有覆盖各种驱动负载（车辆速度等）的输出特性。但是，可以专门管理发动机发电的“e-POWER"可以通过适当管理发动机的发电量和电池仲存储的电量，将发动机的使用区域限制在最有效的位置，这使得可以提高发动机燃烧效率，这也是增式发动机的核心有点。

随着电池技术和能量管理的发展，将来可以通过在有效区域内使用发动机的工况范围并使其完全点运行来进一步提高热效率。基于此概念，正在开发下一代”e——POWER“引擎将拥有独特的设计。

三缸发动机与当前在售的日产e——POWER的三缸自吸HR12DE相同，但区别在于它具有长冲程设计和直喷涡轮增压。增压时的压缩比（膨胀比）为13.5，用于避免爆震的方法之一是米勒循环，即早关闭进气门，这样可以最大限度地拓宽米勒循环膨胀比大于压缩比的能力，但坏处就是气流建立困难，高滚流需要一定的空间，配合活塞形成完整的涡团，相应的需要对燃烧室进行改进，这也是为什么该发动机超长冲程的原因。

因为增程系统的设计，发动机专门用于发电，因此可以在最高效率的点上精确标定与设计，减少尽可能地热损失，以在化学计量操作中将达到45%的最大热效率。可以看到，专门为增程发电设计的MAP图减少了4大冗余区域：怠速工况由于电气的拖动直接消除，低俗大负荷由于发动机直接接入传动而消失，只需要充电而消除带有严重泵气损失区域及燃烧效率低下的低扭区，以及降低大转速。这一点非常重要，很多混动发动机的设计是逆向设计开发，将发动机高效区域也大致相同，可以直接得到优于传功传统燃油发动机的结果，但是从电机需求提取真实工况区域重新设计燃烧系统和控制策略，会更大程度的发挥发动机热效率潜力。、

当前，用于汽车的汽油发动机的平均最大热效率在30%的范围内。日产汽车实现的50%热效率，并在全MAP上进行优化在发动机开发方面具有极大的创新性，这意味着在全MAP热效率上将会极大优化，并且更加适合城市工况，e-POWER发动机的另一个优点是，无需在高效稀燃和普通燃烧之间切换，不像马自达SKy-ActiveX一样很容易切换到普通燃烧模式，也就是说，这台发动机的燃烧系统完全为电渠系统设计，专为高效充电而生。

在原型发动机中，在空燃比为30%的高EGR的状态下，热效率为43%，在稀薄燃烧的情况下，热效率为46%，已经正式，为稀薄燃烧发动机与废气热回收装置结合使用时，热效率达到前所未有的48%高水平。

最终实现50%效率则是进一步在运行MAP上优化，一般来说，两个发动机运行旋转范围，一个是当前e——power来说，两个发动机所需的常规高效发电操作，另一个是满负荷发电操作。但是，将来，如果提高电池性能并增加输出，即使在满负荷加速时也可以由电池的输出来提供动力，这种发电引擎是最好的。这种情况下发动机进一步减少运行工况，完全成为定速发电机，此时所有优化将实现50%的热效率。

另外，由于用作发动机得旋转范围非常窄，因此这种定点操作消除了对过去各种可变装置的需求（例如VVT，可变机油水泵等），并且进一步降低了发动机的成本。

此外，从发布的技术路线中可以看出，为了点燃稀薄的空气燃料混合物，日产使用了多次喷射技术来制造稀薄燃烧工况下要求较高的均质混合气。不过分追求超高压直接喷射意味着通过低成本燃料喷射系统实现稀薄燃烧。

STARC-将超级稀薄燃烧技术变成现实

稀薄燃料作为公认的高效燃烧模式之一，一直被认为是未来内燃机必经之路。稀薄燃烧之所以可以大幅度提高热效率，其原因来自很多方面，简单来说，一个大油滴搭配多个配比的空气，可以达到充分氧化反应的效果，一个油滴搭配多个配比的空气，可以达到充分氧化反应的效果，同时降低温度，降低传热损失，提升压缩比爆震倾向小等等也都是其核心因素。另一方面，稀薄燃料利用富氧的燃料特点，可以有效降低THC,CO等未燃混合物，减少颗粒物生成，利用低温及较为稀薄的局部空燃比使得其燃烧速度及燃烧稳定性大幅度下降，对混合气的要求越来越高。燃烧不稳定及可能的燃烧效率波动使得稀薄燃烧一直有进行广泛应用。

高滚流燃烧系统是目前最主流的高效燃烧设计方案。包括未来的超稀薄燃烧在内，日产将继续沿着这一技术路线开发适合燃烧的技术组合，并在实验室 入>2的燃烧模式，成为STARC。为什么说日产这套STARC是目前最可行的稀薄燃烧方案呢？STARC的全称是“Strong Tumble&Appropriately stretched Robust ignition Channel",其直译核心内容是”强翻滚“和适当伸展的鲁棒点火能力，旨在通过高滚流燃烧室气流设计和高能点火系统实现高速率EGR燃烧。稀薄压燃在马自达SPCCI的发动机中也应用过，但在设计者看来，即便如马自达利用火花塞辅助产生高压环境，也避免不了在多数工况失控，转化为扩散燃烧弊端。高滚流+高能点火的技术路线无论是在技术成熟度，实现完成度以及应用广度上，都具有先天的优势，在全面压燃控制没有实现的情况下，利用传统燃烧扩散模式是最具量产大规模应用稀薄燃烧的。

在具有节气门的汽油发动机中，低负荷下的泵送损失是实现高效率的主要障碍，而EGR+稀薄燃烧可以最大程度减少节气门开度，以实现更多的汽配更少的油，从而减少泵气损失记忆热损失等。但是稀薄燃烧同样面临许多挑战，这也是当前面临的最大问题，例如着火困难，传播困难，传播速度慢，燃烧不稳定等等。高能点火的技术路线则是从点火能量入手，直观的提升火花塞的温度，持续放电时间等等，通过提供高能量的点火装置，快速形成稳定可传播的火核，稳定火焰传播以及充分燃烧，并且减少了失火震荡，未燃烧混合气THC,CO,以及颗粒物。

左侧燃烧效率与EGR率的关系可以看到，当EGR率到30%，继续增加EGR,燃烧稳定性急剧变差（COV从1%左右突然增加到超过5%），而此时的峰值热效率达到43%。在此基础上继续利用稀薄燃烧，将空燃比不断提升，如右图，可以看到超过 入=2达到峰值热效率46%，而继续增加空燃比，则燃烧持续期变大，说明燃烧速度变慢，从而导致燃烧效率降低。

火核、生长与蔓延——日产的稀薄燃烧就像”超大玉螺旋丸“

说到这里，STATC的核心就是高能点火+高滚流的作用机制，配以稀薄燃烧+高EGR率+高压缩比。其中稳定燃烧，快速燃烧的关键因素就是如何操控火核生成以及火核生长、扩散，最终完成全部燃烧。高滚流与高能的配合其实质是点火生成的等粒子体与周围气流相互作用，传递能量给油气混合物的过程，这一阶段关乎火核稳定生长，点火能量不足会导致无法形成初始火焰核，导致循环变化增加，所有稳定的火花塞流速，以减少周期变化至关重要。火花塞附近的流场速度与火能量的配合是稳定燃烧的核心因素。

这项技术的关键设计中，设计到两个概念，即是火花塞放电等离子体的放电过程及在高速流环境中的表现，也就是说火花受点火能量和外部缸内气流的吹扫，会形成初始火核。也就是说，高滚流一是未来增加火焰速度，另一个更重要的原因是要把火花塞等离子体”吹出来“

气流流速慢——通道不延伸且能量供应不足  气流流速高——通道被破坏而能量供应不足

未来配合适合初始火核的”健康成长“,高滚流系统进行了特殊设计。在稀薄燃烧的STARC中，所以滚流强度以及与火花塞的配合就显得尤为重要。在E-POWER的设计系统中，进气通过将进气口做成笔直的形状来产生较大的流量，与丰田的激光熔覆类型相似，气门阀通过成为”冷喷涂“的技术制成”无阀座“设计，可以大幅度加强滚流强度以及同时保证进气流量（往往高滚流比与进气强度相左）。

此外，从抽吸到压缩冲程为止，滚流保持不变，不受干扰；即使在燃烧室中，在压缩冲程的最后阶段，滚流也保持不变。在压缩冲程到上止点的很短时间内，再次通过燃烧系统的设计将气流挤压破碎，形成若干速度很大的气旋涡团，从而火核向外扩散，形成快速燃烧。

我国已经在碳中和的道路上坚定决心 ，力争2030年碳大丰，2060年碳中和。汽车的碳中和目标则是激进，汽车全行业都在向着电气化，碳中和的目标努力。日产汽车也在今年一月宣布了实现碳中和的目标和策略。该公司将”e-POWER"开发定位为主要技术战略，同时开发创新的电池技术。

日产公司负责动力总成的高级董事总经理平井俊宏表示：

“日产汽车的目标是使所有新车在2030年代初在主要市场推出，以实现2050年碳中和。所有动力总成旨在实现这一目标。作为日产汽车的电气战略，我们正在着手进行电动车动力总成系统和电动车汽车（EV)高性能电池的开发，并将”E-POWER"定位为另一个支柱。E-POWER系统是日产独特的技术，结合了日产发动机开发和制造的经验。到目前为止，我们一直在进行电动汽车的开发，这是只有通过“e-POWER"系统才能实现的超高水平。“

值得注意的是，未来要实现碳中和时，纯电并不是唯一解决办法。由氢导介的绿色合成燃料”E-燃料“也很有希望。人们相信，如果无二氧化碳的合成燃料电子燃料更便宜并且可以大量供应，那么使用电子燃料的内燃机汽车将比电动汽车更高效和更具成本效益。在这种背景下，内燃机可以说讲得以永生，并且油持续发展的理由，而日产此次发布的e-POWER发动机也具有这样的愿景。

在未来，汽车发动机必须具有更高的效率。目前，船用超大型柴油机的热效率超过50%，但是对于汽车用汽油发动机，丰田的混合动力发动机的最大热效率达到43%，国内最先进的混合动力车型比亚迪DM-1也在这个层面，差不多是不配备稀薄燃烧发动机的极限。稀薄燃烧则是下一步继续提升热效率的关键，在这个方面马自达的Sky Active X发动机和斯巴鲁的CB18型均实现了稀燃，而整个汽车行业对汽油未来效率的共识只有一个，就是50%。

而全新配的e-POWER高效率发动机系统则已经走在前列。与目前主要纯电动车汽车相比，CO2 LCA(CO2生命周期评估，从制造到运行）的水平几乎相同，而50%热效率则由于这一目标。将来，如果增加绿色能源的发电比例，则可以进一步降低电动车和电动车的CO2 LCA,届时两种动力方式的LCA则会持平，碳中和竞争则落在E-fuels的绿色电力竞争上。

最后，e-POWER的成功，势必将会引领一波全新的动力系统设计热潮。增程作为纯电的补充 手段，以及未来E-fuels的最佳应用场景，预示着其终是未来动力方式之一。而在当前众多车型中，还没有一款汽车的增程燃烧系统完全定制开发，更没有将50%热效率应用在产品化主机的案例。谁回事下个爆款？一定不只是e-POWER。

声明：文本素材来源网络，如有侵权，联系我们马上删除

扫码关注，和你一起分享工业干货

你是采购商？想个性小批量定制？

你是供应商？想获得更多订单？

点击这里免费注册

                              ————————   国恒网络科技  零部件小批量定制  采供整合云平台————————