三缸发动机+48V混动将大行其道
2018
10/11
中国汽车工业信息网
杨艳
  尽管在政府补贴和“双积分”政策的影响下,新能源车市场一直发展势头可观,但据权威机构普遍预测,内燃机汽车在未来一段时间内仍将在全球汽车领域内占据巨大比例。随着汽车技术的不断创新和发展,市场上出现了“三缸发动机机+48V”的动力组合,这项技术这项技术在新能源化、燃油消耗及环保政策等大背景下,近年来逐渐推广开来,并且此类动力组合解决方案必将成为未来市场的主流。

48V轻混系统概述

48V系统是指系统电压为48V,用能量小于一度电的功率型锂离子电池替代传统的铅酸电池,用BSG电机替代传统的启动电机和发电机,除了自动启停功能之外,还能够在必要的时候,为车辆提供辅助动力。

一般来说,48V系统由三大件组成:电机、锂离子电池组以及DC-DC转换器。48V系统一般与内燃机并联。相较于高压混合动力系统,48V微混系统能够以1/3的成本提供全混合动力的2/3的功效,使燃油经济性提高15%~20%。

48V还可以用于驱动电动增压器(E-Ger)。电动增压器取代传统的等待废气让涡轮达到最高速度,将使加速过程更加迅速,同时滞后感也不会那么显著。

48V轻混系统特点

(一)优点

低于60V安全电压,不需要采取额外的电压防护,相对高压混动系统,成本更低;

相对于12V系统,相同功率下工作电流只有1/4,损耗只有12V系统的1/16;

由于BSG/ISG的电功率辅助,可以进一步缩小发动机的体积,进而降低排放;

可以将传统发动机上的高负载附件电动化,比如空调压缩机、冷却水泵、真空泵等,降低发动机的负载,即使在发动机关闭的情况下,这些设备也能工作;

将车载电器工作电压提升到48V,可以进一步降低损耗,同时可以降低线束外径;

可以支持更大功率的车载设备。

可以涡轮电动化,进一步提高发动机的效率,并且不会有涡轮增压器延迟现象;

BSG/ISG点火时间更短,更低噪音和更小震动。

48V Belt Starter Generator (BSG) 容易替代原有的12V Belt Starter Generator,无需大幅更改设计即可配套。

(二)缺点

电压的升高,电磁兼容要求会更高;

48V电压下会存在电弧,是风险隐患,需要处理;

原来的12V车载设备迁移到48V需要重新开发以及测试,代价大并且周期长;

比12V start-stop系统成本高,节能效果不如高压混动系统。

48V轻混系统工作模式

自动启停(START/STOP):等红绿灯,车辆静止状态下,发动机处于关闭状态,48V大容量电池利用存储的能量维持车载电气的正常运行,发动机可以随时快速启动。

能量回收(RECUPERATION):能量回收可以将动能转化为电能,并存储到电池中。仅能量回收功能就可以降低大约7%的油耗。

动力辅助(BOOST):混动系统可以减小发动机的排量,在提速阶段,电机的辅助动力能弥补发动机动力的不足,实现不损失动力的情况下降低排放。

航行(SAILING/ACTIVEENGINE-OFFCOASTING):在车辆恒速运行,并且电池电量充足的情况下,关闭发动机喷油系统,依靠电机来维持车辆运行。电机提供的动力用来抵消行驶阻力以及发动机的拖拽阻力。位于P2位置的BSG/ISG在高速巡航阶段,电能充足的情况下,可以彻底分离且关闭发动机,仅靠电机保持车辆巡航。当再次踩下油门踏板,发动机会迅速启动,平滑切入到当前车速。

滑行(COASTING):在松开油门,车辆处于滑行阶段,离合器分离发动机和传动系统的机械连接,彻底关闭发动机,实现更长的行驶距离。相当于传统车辆空档滑行,只不过传统车辆在切换到空档滑行之后,发动机转速在降到怠速时依然需要喷油来维持发动机的运行。

48V轻混系统的节能效果

在现有12V系统下,怠速起停技术节能效果较低,同时制动回收的能量有限,难以实现较大的节油效果。采用48V系统后,乘用车整车油耗降低幅度为8%~15%。

另外,48V系统成本在5,000~6,000元,规模化量产后有望降至4,000元左右,相对混合动力技术具有较高的性价比。

优缺互补 48V成为三缸发动机机最佳拍档

从节能减排的角度上看,目前三缸发动机是最值得参考的技术之一。相比而言,采用三缸发动机汽车的油耗较低,气缸数目减少,排量相应变小,从而降低油耗。这也是各大车企纷纷推出三缸涡轮增压发动机的主要目的。

实际上,三缸发动机并不是一个新鲜事物,早在本世纪初的夏利等车型上就曾经搭载过三缸发动机,但其剧烈的抖动现象至今让不少消费者为之发怵。历经十余年的发展,现在的三缸发动机技术已经变得更加成熟。各家车企纷纷通过增加平衡轴等方式,已经大幅度解决了抖动的问题。

更为重要的是,当下车企在新发动机开发时都提出了“单缸最优”的概念,为大幅度减少发动机研发费用,只需在四缸发动机的基础上减少一个气缸,这样即可减少工作,直接衍生出三缸发动机。

“单缸最优”意在优化单缸的容积、缸径、活塞行程来调整面容比(燃烧室的面积和容积之比),配合先进的喷油、进排气等控制技术,来实现单缸燃烧最优和单缸结构最优的概念,不断提升发动机的热效率、排放、峰值扭矩和功率。

据相关专家介绍,应用了三缸发动机的车型机舱空间会得到最大优化,基于三缸发动机的这些优点,其更利于配合48V轻混系统。

值得注意的是,原先难以克服的三缸发动机抖动由于48V的搭配得以显著解决。目前,三缸发动机在起步和低速时抖动的缺点可以通过48V弱混系统中起步助力的介入而得到抑制,提升低速时整车的平顺性。三缸发动机相对更加优异的油耗排放表现,也能弥补一部分48V轻混在节油效率上的劣势。

在48V系统的支持下,汽油机和电气的混合才能更加深入,电子涡轮、水泵、真空泵等可能都转化为电子驱动,进一步降低油耗,也使更加促使厂商基于48V环境下的MHEV车型研发速度。48V的应用,可能使三缸发动机第一次拥有电子涡轮,这将是革命性的进步,传统的涡轮受限于结构,都会出现迟滞现象,三缸发动机不能避免。但在48V的环境下,足以支持电子涡轮所需的电力需求,能够使动力输出更加平顺。

三缸发动机+48V未来市场趋势

面对当前严苛的环保政策与标准,仅仅依靠优化常规燃油发动机很难实现,未来的黄金动力组合将是1+1+E:一个发动机,一个变速箱和更深度的电气化。因此,近年来中国汽车市场中出现了大量以三缸机+48V的轻混动力车型,包括宝马、通用、福特、吉利等汽车制造商。未来,三缸机+48V的轻混车型在某种程度上已经成为当下行业的一个发展趋势。

相关资料显示,目前国内大力推行三缸发动机+48V的厂商有吉利、通用、宝马等企业。2017年,上述企业共完成销售汽车接近600万台,按照2017年汽车市场销售整车约2,400万台粗略估算,未来5年内搭载三缸发动机+48V的车型将可能占据市场25%的份额。

目前,混动领域还是以插电混动为主,但在未来插电可能不被纳入新能源车目录,那么48V轻混车型无疑是更好的选择,三缸发动机+48V既保证较高的动力输出,又兼顾日常经济燃油性。此类动力组合解决方案必将成为未来市场的主流。

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