豆佳永北汽股份动力总成公司小排量高性能发动机节油技术路线中文
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10
3 发动机节能技术应用与分析
? 提高压缩比：
? 降低燃油消耗率； ? 大负荷爆震倾向增加； ? 压缩比提高1，综合油耗降低2%； ? 避免爆震的措施：
1. 高辛烷值燃料； 2. 多点点火； 3. 加强缸内冷却； 4. 抑制压缩终了的温度（利用汽油蒸发潜热、减少残余废气系数）； 5. 加快燃烧速度（高滚流气道、增强缸内湍流强度） 。
多档变速 器
DSG
能量管理
怠速控制
滚动阻力
电动助力 转向 VVT VVL
CVT
减少摩擦
怠速启停
整车重量 高效空调 减少摩擦 换挡策略
能量回收
5
2 汽车燃油经济性分析
? 发动机节能潜力占整车节能潜力比例较大（不采用48V、混动等手段）（案例对比一）
系统
行驶阻力 发动机 传动系统 辅助系统 能量管理
技术措施
减少行驶阻力 提高热动能量转化效率 降低能量传输过程损失 降低辅助系统能量消耗 优化车辆能量供应需求管理
节能潜 力比例
12% 45% 15% 10%
18%
? 国内某车型与国外对标车型对比（案例对比二）， NEDC循环油耗高主要分布：
阶段wenku.baidu.com怠速阶段 减速阶段
行进阶段
分类 发动机 发动机
发动机
整车
细化分类及原因 怠速油耗高，怠速转速高，怠速摩擦损失大 断油循环次数少 燃烧效率低 泵气损失大：相位匹配差，进排气系统阻力大，增压匹配不当 摩擦损失大 附件损失大 滚动阻力大：轮胎摩擦阻力大
? 扭矩=BMEP×排量； ? 在NEDC常用工况点附近，BMEP越高，油耗越低。
万有特性油耗MAP
? 小排量汽油机运行在更高的BMEP，油耗降低； ? 机械摩擦损失、附件耗功等方面的优势； ? 采用小排量增压技术可以节油约10%。
9
3 发动机节能技术应用与分析
? 高滚流气道：
? 小排量增压配套技术：功率由增压决定，充气效率地位降低，可以采用高滚流气道； ? 提高汽油机燃烧速度，提高热转化效率； ? 降低爆震倾向，相同扭矩输出，可以采用更高的压缩比； ? 通过高滚流气道可以节油约1%。
? 减缓石油安全压力，降低汽车用户花费。
国家安全
个人省钱
油耗水平现状
3
1 节油目标
? 国务院于2012年发布了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》；
? 2020年，我国乘用车新车平均燃料消耗量应降至5.0L/100km； ? 四阶段油耗法规以此作为2020年我国乘用车企业平均燃料消耗量的目标；
12
3 发动机节能技术应用与分析
? VVT技术：相同残余废气系数，低速低负荷减少泵气损失
? 通过 VVT控制不同转速和负荷的气门开启、关闭时刻： ? 改变气门重叠角度、调整内部 EGR，降低汽油机泵气损失； ? 能够降低部分负荷油耗，提升外特性扭矩； ? 采用双 VVT技术，一般会有降低 5%的油耗； ? 缺点：增加了试验和标定的工作量，调整维度的增加，使得试验
? 欧洲等走小排量高性能发动机技术路线，应对CO2减排问题，并已产业化应用；完全满足中国2020年油耗目标。
小排量技术路线
4
2 汽车燃油经济性分析
? 影响汽车燃油经济性的主要因素如图所示： 车辆阻力
空气阻力
汽车辅助系 统能耗
发电机
汽车燃油经 济性改善
发动机效率
发动机运行 区域效率
传动系统 效率
增压直喷
“High Pass” Filtered Pressure vs. Time
11
3 发动机节能技术应用与分析
? 阿特金森（米勒）循环：
? 膨胀比大于压缩比是阿特金森循环发动机最大的特点； ? 进气门晚关为阿特金森循环（又称Miller Late），进气门早关为米勒循环； ? 较高的压缩比，自然吸气可达13，增压发动机可达11.5； ? 采用阿特金森循环技术，提高燃油经济性，降低了动力性； ? 目标趋势：应用阿特金森（米勒）循环，从小排量向合适排量方向发展。
燃烧效率优化
? GDI分层混合气燃烧技术： ? 废气再循环（ EGR）技术：
? 进排气系统布置优化； ? 启停技术： ? 减重措施； ? 降低摩擦损失。
进排气均匀性 能量管理优化
降低能量损失
8
3 发动机节能技术应用与分析
? 小排量增压技术是同时提供动力性和经济性的有效手段：
? 与更大排量的发动机保持相同的动力性； ? NEDC运行点向最佳油耗区移动；
标定工作量呈几何级数增长。
3024
10 01
PMEP
bar
-0.47
-0.59
IMEP360 bar
Atkinson 应用结果
30
30
25
25
m) 20 (N 15 矩 扭 10
5
0 1000
2000
20
15
(%) 例
比 10
扭矩降低值
5
扭矩降低百分比
0
3000 4000 转速 (r/min)
5000
6000
发动机
原机 Atkinson
百公里加速 s
基准 基准+1.6
NEDC循环节油比例 %
基准 4.36
差别 2.0% 1.4%
4.8%
1.8% 6
2 汽车燃油经济性分析
? 发动机需要同时满足车辆的动力性要求和经济性要求：
? 最高车速?对应发动机最大功率； ? 百公里加速要求? 发动机外特性； ? NEDC循环油耗要求? 对应发动机万有特性油耗；
? 兼顾动力性、经济性成为发动机设计、匹配的重点：
? 宽广范围功率需求?发动机在低速低负荷油耗偏高； ? 高的扭矩需求?爆震倾向大，压缩比无法提高，低速低负荷
小排量发动机节油技术路线
2016 年6月17日 北京汽车动力总成有限公司
1
一 节油意义和目标 二 汽车燃油经济性分析 三 发动机节能技术应用与分析 四 自然吸气发动机技术进展分析
五 增压发动机技术进展分析
2
1 节油意义
? 2009年中国超出美国成为世界第一大汽车产销国；
? 石油对外依存度在2005年达到39.6%，在2011年达到了56.5%，石油依赖超过了50%的安全警戒线； ? 国务院于2012年发布了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》；
油耗偏高。
? 复杂路况的限制?发动机大部分时间处于低速低负荷区域。
发动机万有特性和动力需求
7
3 发动机节能技术应用与分析
? 提高汽油机动力性和经济性的手段：
? 小排量增压技术：
整车匹配优化
? 高滚流气道： ? 提高压缩比： ? 阿特金森（米勒）循环： ? VVT技术： ? VVL技术： ? 断缸技术：
3 发动机节能技术应用与分析
? 提高压缩比：
? 降低燃油消耗率； ? 大负荷爆震倾向增加； ? 压缩比提高1，综合油耗降低2%； ? 避免爆震的措施：
1. 高辛烷值燃料； 2. 多点点火； 3. 加强缸内冷却； 4. 抑制压缩终了的温度（利用汽油蒸发潜热、减少残余废气系数）； 5. 加快燃烧速度（高滚流气道、增强缸内湍流强度） 。
多档变速 器
DSG
能量管理
怠速控制
滚动阻力
电动助力 转向 VVT VVL
CVT
减少摩擦
怠速启停
整车重量 高效空调 减少摩擦 换挡策略
能量回收
5
2 汽车燃油经济性分析
? 发动机节能潜力占整车节能潜力比例较大（不采用48V、混动等手段）（案例对比一）
系统
行驶阻力 发动机 传动系统 辅助系统 能量管理
技术措施
减少行驶阻力 提高热动能量转化效率 降低能量传输过程损失 降低辅助系统能量消耗 优化车辆能量供应需求管理
节能潜 力比例
12% 45% 15% 10%
18%
? 国内某车型与国外对标车型对比（案例对比二）， NEDC循环油耗高主要分布：
阶段wenku.baidu.com怠速阶段 减速阶段
行进阶段
分类 发动机 发动机
发动机
整车
细化分类及原因 怠速油耗高，怠速转速高，怠速摩擦损失大 断油循环次数少 燃烧效率低 泵气损失大：相位匹配差，进排气系统阻力大，增压匹配不当 摩擦损失大 附件损失大 滚动阻力大：轮胎摩擦阻力大
? 扭矩=BMEP×排量； ? 在NEDC常用工况点附近，BMEP越高，油耗越低。
万有特性油耗MAP
? 小排量汽油机运行在更高的BMEP，油耗降低； ? 机械摩擦损失、附件耗功等方面的优势； ? 采用小排量增压技术可以节油约10%。
9
3 发动机节能技术应用与分析
? 高滚流气道：
? 小排量增压配套技术：功率由增压决定，充气效率地位降低，可以采用高滚流气道； ? 提高汽油机燃烧速度，提高热转化效率； ? 降低爆震倾向，相同扭矩输出，可以采用更高的压缩比； ? 通过高滚流气道可以节油约1%。
? 减缓石油安全压力，降低汽车用户花费。
国家安全
个人省钱
油耗水平现状
3
1 节油目标
? 国务院于2012年发布了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》；
? 2020年，我国乘用车新车平均燃料消耗量应降至5.0L/100km； ? 四阶段油耗法规以此作为2020年我国乘用车企业平均燃料消耗量的目标；
12
3 发动机节能技术应用与分析
? VVT技术：相同残余废气系数，低速低负荷减少泵气损失
? 通过 VVT控制不同转速和负荷的气门开启、关闭时刻： ? 改变气门重叠角度、调整内部 EGR，降低汽油机泵气损失； ? 能够降低部分负荷油耗，提升外特性扭矩； ? 采用双 VVT技术，一般会有降低 5%的油耗； ? 缺点：增加了试验和标定的工作量，调整维度的增加，使得试验
? 欧洲等走小排量高性能发动机技术路线，应对CO2减排问题，并已产业化应用；完全满足中国2020年油耗目标。
小排量技术路线
4
2 汽车燃油经济性分析
? 影响汽车燃油经济性的主要因素如图所示： 车辆阻力
空气阻力
汽车辅助系 统能耗
发电机
汽车燃油经 济性改善
发动机效率
发动机运行 区域效率
传动系统 效率
增压直喷
“High Pass” Filtered Pressure vs. Time
11
3 发动机节能技术应用与分析
? 阿特金森（米勒）循环：
? 膨胀比大于压缩比是阿特金森循环发动机最大的特点； ? 进气门晚关为阿特金森循环（又称Miller Late），进气门早关为米勒循环； ? 较高的压缩比，自然吸气可达13，增压发动机可达11.5； ? 采用阿特金森循环技术，提高燃油经济性，降低了动力性； ? 目标趋势：应用阿特金森（米勒）循环，从小排量向合适排量方向发展。
燃烧效率优化
? GDI分层混合气燃烧技术： ? 废气再循环（ EGR）技术：
? 进排气系统布置优化； ? 启停技术： ? 减重措施； ? 降低摩擦损失。
进排气均匀性 能量管理优化
降低能量损失
8
3 发动机节能技术应用与分析
? 小排量增压技术是同时提供动力性和经济性的有效手段：
? 与更大排量的发动机保持相同的动力性； ? NEDC运行点向最佳油耗区移动；
标定工作量呈几何级数增长。
3024
10 01
PMEP
bar
-0.47
-0.59
IMEP360 bar
Atkinson 应用结果
30
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m) 20 (N 15 矩 扭 10
5
0 1000
2000
20
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(%) 例
比 10
扭矩降低值
5
扭矩降低百分比
0
3000 4000 转速 (r/min)
5000
6000
发动机
原机 Atkinson
百公里加速 s
基准 基准+1.6
NEDC循环节油比例 %
基准 4.36
差别 2.0% 1.4%
4.8%
1.8% 6
2 汽车燃油经济性分析
? 发动机需要同时满足车辆的动力性要求和经济性要求：
? 最高车速?对应发动机最大功率； ? 百公里加速要求? 发动机外特性； ? NEDC循环油耗要求? 对应发动机万有特性油耗；
? 兼顾动力性、经济性成为发动机设计、匹配的重点：
? 宽广范围功率需求?发动机在低速低负荷油耗偏高； ? 高的扭矩需求?爆震倾向大，压缩比无法提高，低速低负荷
小排量发动机节油技术路线
2016 年6月17日 北京汽车动力总成有限公司
1
一 节油意义和目标 二 汽车燃油经济性分析 三 发动机节能技术应用与分析 四 自然吸气发动机技术进展分析
五 增压发动机技术进展分析
2
1 节油意义
? 2009年中国超出美国成为世界第一大汽车产销国；
? 石油对外依存度在2005年达到39.6%，在2011年达到了56.5%，石油依赖超过了50%的安全警戒线； ? 国务院于2012年发布了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》；
油耗偏高。
? 复杂路况的限制?发动机大部分时间处于低速低负荷区域。
发动机万有特性和动力需求
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3 发动机节能技术应用与分析
? 提高汽油机动力性和经济性的手段：
? 小排量增压技术：
整车匹配优化
? 高滚流气道： ? 提高压缩比： ? 阿特金森（米勒）循环： ? VVT技术： ? VVL技术： ? 断缸技术：