【汽车与环境】上汽乘用车技术中心总监徐政:上汽乘用车发动机开发

盖世汽车综合 2017-12-9 12:38:31

核心提示:2017年汽车与环境创新论坛-盖世直播!

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上汽车集团乘用车技术中心总监、国家“千人计划”特聘专家徐政

我今天的演讲题目是:上汽乘用车发动机开发。通过介绍我们上汽自主品牌产品发动机的开发,向大家展示一下我们如何应用这些技术,在我们产品发动机上能够开发出满足国家排放,油耗法规,而且给客户带来价值的产品。

首先简介一下我们公司以及动力总成的研发能力,然后简介一下我们汽车动力系统在大环境下面临的挑战以及发展趋势;通过我们上汽蓝芯发动机介绍很多发动机减排的应用。最后是对蓝芯发动机技术升级以及未来的展望。最后是结束语。

上汽集团大家都比较熟悉,目前是中国市场最大的汽车集团公司,很多板块的业务,左上角是乘用车板块,有几个大的公司,跟上汽通用合资的,跟上汽大众合资的,还有其他的业务板块,去年整车销售量达到648万辆,营销收入位列世界500强第41位。

我们上汽乘用车,我们自主品牌荣威名爵,在短短12年里面从Ao到B级轿车以及新能源的多款车型,目前搭载的是市场领先的,我们叫蓝芯,我们像国际主流OEM一样,从一开始搭载的是自己的发动机变速箱,最早是基于罗斯福K系列的发动机,最后是我们自己研发的NX系列。

在蓝芯一代做了一些技术升级,这样的产品是在今年搭载我们MG6,以及MGZS上市投产,全新的产品发动机也在引用主流的一些节能减排技术。

动力系统大家知道是非常核心的技术,也是非常的技术,需要有完整的研发体系来支撑,这是我们自主品牌发展阶段里面,在早期遇到的比较大的瓶颈。我们上汽通过这些年不断的努力,也建立起比较完整的研发体系。

大家可以看到核心竞争体系,也是跟世界主流OEM非常的类似,从项目管理到本体的设计开发到仿真的支持,试验开发,电控,标的软件工程以及动力系统和整车集成的功能,我们跟制造,跟质量保障也有非常密切的关系。软硬件的基础设施和规范的手册,有一系列的支撑。

全球的动力总成开发流程保证这个事情,从研发能力角度来讲,开发手段有早期设计阶段仿真的支持,以及在试验开发阶段完整的软硬件的能力,和试验能力体系的保障。

下面我们稍微介绍几个比较重要的能力:

第一个是试验开发能力,我们上汽通过几期的投资,目前有一个很完整的动力总成的实验室,覆盖整个动力总成开发所需要的所有的试验开内容,主要聚焦于发动机的开发,讲的都是比较细的比较基础的东西,我们实验室承担的不但是动力总成的开发任务,而且承担着发动机和变速器前瞻技术的研发。上海市科委评选我们上海市实验室动力总成实验室,发动机开发几个关键的能力,一个就是发动机燃烧开发能力,也是自主品牌里面最关键的瓶颈。

子系统,呼吸系统,我们通过风洞的建设,把我们的子系统开发进一步拓展,我们可以模拟在整车道路下的极限工况下的早期,做一些子系统的开发。还有一些零部件很细的测试和开发。

谈到这个试验开发,这一块能力不仅仅是试验开发,燃烧开发的能力,这是传统动力系统里面开发最为核心的一块,因为燃烧系统的开发它涉及到不光是燃烧史详细的设计,涉及到发动机性能相关的子系统的匹配,非常复杂,非常具有挑战的系统性工程。目标设定到概念设计,整个的环节。

从开发手段来讲我们必须依赖于一些先进的开发手段支撑我们越来越复杂,或者是精度越来越要求高的设计任务,必须要有一个仿真驱动的设计开发手段。之后通过一个可视化的手段,通过早期的硬件选型阶段,然后是多缸机上面的开发,这些手段都必须有完整的设计评估手段来支撑。

我们上汽通过这些年的努力建立仿真和试验为基础的燃烧开发平台,奠定了我们的基础。而且这个平台大家也知道,在目前这样一个大环境下,因为我们动力系统要朝着更高效清洁发展的方向,更显示其重要性,因为再往后,我们不光跟行业的竞争者竞争,同时也跟新的技术竞争,我们内燃机,如何提高我们的效率?讲到新的动力系统上面的竞争,必须要有这样的一个环节。这个环节,我们也做了很多的工作,尤其是可视化的手段。

仿真分析平台,这一块的任务大家可以理解,仿真在很多的领域都有应用,我们现在把它做成一个平台,更如试验开发手段,在设计的早期必须有一个仿真开发手段,通过每一项分析内容,到评价体系的完善,到最后形成了一个设计开发过程当中的仿真,在这个开发流程里面你做一个产品,在某一个阶段做多少试验,做什么分析内容,什么时间段里面完成也是非常清晰的。在整车集成里面,每一项内容都有几十项,而且要必须要完成才能设计发布。

另一块就是我刚才提到的,我们现在国内自主品牌第一家的热能风洞,通过这样一个技术手段,延伸了我们的开发,提前了我们的开发,从道路试验到试验室的开发阶段,通过动力总成这个台架模拟一些道路的工况,极限环境下做不到的,通过热能风洞在我们实验室完成,要么就是冬季试验,要么就是夏天试验,时间节点非常的严苛,对于你的项目有很大的影响,我们在一年的时间里面都完成这些重要的开发。

上面简介了一下整个动力总成开发更为复杂和完整,我这里只是简介几个重要的环节。

谈到产品开发的话,还是回到大的驱动力,首先第一个就是电动化,今天早上非常高兴看到周院长讲的智能化网联化,对动力系统也会产生很大的影响,您讲的节油效果,如果是那样的数字是非常惊人的,非常好的数字。比一般的整车技术应用,我们已知的传统的整车应用达到的节油效果更为明显。有这样的一些影响和冲击,动力系统100多年的历史,它发展有自己内在的驱动力和规律,必须要满足客户的驾驶需求,从动力性也好,经济性也好,驾驶品质也好。也要满足法律法规和社会基础设施和安全的约束。

我们的发展必须要保证企业的可持续发展,所有的这些约束条件加起来,至少行业里面的共识,我们节能汽车和新能源汽车,甚至是燃料电子技术,还是会在比较长期的时间里面共存,而且在一个中长期尺度,大家可以看到,即使是有我们国家发布的,相对来说比较激进的数字,到了2030年的时候带有内燃机的车,整个的市场份额还是占了主导的地位。

我们现在面临的真正挑战是排放的法规,王博士讲的是非常重要的报告,那个是对我们整机厂最具挑战的工作,因为我们国家快速的在发布,而且在不断的升级我们的排放法规,我们现在的国6的排放法规比欧盟的还要严格。而且以往我们排放法规一直是参照着欧盟的体系,现在因为我们开始加速实施,大家可以看到国6A全国实施是2020年7月份,三大地区全部提前实施在2019年的1月份,京津冀地区,还有长三角地区,2019年要卖车必须要满足这些法规,要想尽办法完成这些事情,这就是目前整车厂要做的最大的工作,也是面临的最大挑战。中国对技术的要求,不是说欧洲满足了一个要求,直接拿到中国市场有可以卖,这是不太可能发生的事情。

应对这样的挑战和发展趋势,我们从发动机技术怎么做?市场上最主流的技术,仍然是小排量涡轮增压的技术,要满足市场的需求,客户对动力系统要求的总成技术,所有的主机厂都开发投产了,无论是大众的EA,本田的地球梦,丰田一系列,甚至是马自达,以自然吸气为主的,去年也发布了2.0T涡轮增压缸内直喷发动机。市场数据显示客户对性能的需求有进一步提升的趋势,这是我们现在面临的事实。

另一块发动机相对来说也是比较主流的,尤其往后走谈到混合动力的事情,有一些简单的组合,把我们的小排量涡轮增压发动机跟电驱动组合,日系走的是高效的自然吸气,以丰田为代表意义,热效力达到40%,最新发布的2.5升TNGA达到41%,这一系列的发动机有它的特点,虽然它的热效力很高,压缩比很高,一个是自然吸气,一个是在这个基础上还要牺牲一些动力性,这是它的一些弱点。

我们上汽基于市场的一些情况,怎样解决我们面临的所有挑战?回到2010年左右,结合市场主流,我们开发两大平台系列,我们布局还是很早的,这一系列的发动机现在已经全部在14、15年第一代投产上市。

这一代发动机最主要的技术特点,首先是缸内直喷,IEM是双歧管,200Bar油泵喷射系统6孔喷油器,结合主流趋势我们投产了蓝芯动力,我这儿不显示一些直接比较的数据,公开的数据大家都可以看到,所有的指标都达到了,在整车上面的表现是世界领先。

简单介绍一下,荣威i6 1.5的技术亮点,今年荣获了中国星10佳发动机,中国市场上最好的10个发动机之一,这些好处不细讲了。

高效气门配气结构,从降噪等方面做了优化,高效的涡轮增压系统,智能机油压力管理。

先进的结构设计,一个是轻量化角度,一个是结构强的角度来讲。

系统化静音设计,以降低空气流动噪声,有4个方面,都有很详细的设计上的细节,跟竞品相比达到市场的最先进水平,比如说高压油泵布置的位置,有一些设计的考量。

这一页解释一下,在我们1.5T,IX5是SUV,加速性能达到9.5秒,油耗达到6.8升,在I6轿车上,1.2吨的轿车上,加速性能公告是达到8,实测是破了8,百公里油耗5.9升。中国市场上纯燃油车达到最低的油耗水平,我们这个蓝芯发动机集成市场上一些技术,达到国内领先的水平。

基于一代的平台,我们能够进一步做技术升级,来进一步提升发动机的性能,我们发动机实际上还有很多的节能减排技术,一个是油耗升级,一个是性能升级,还有一个是排放升级。

油耗升级来说,这个发动机很重要的一个,我们做了一个燃烧系统的优化。压缩比从10:1到11.5:1,不牺牲动力的情况下,能够把压缩比提升到11.5:1,这里面涉及到很多燃烧系统优化。

Miller循环,采用了了EIVC策略,提升燃烧效率。

做发动机开发的比较熟悉的,这个油耗的map,油耗从250降到230,最终到220多,在高增压发动机里面,是世界上最为领先的水平。在总体性能维持不变的情况下,油耗可以降低7%。

另一个可以升级的方向是性能,市场上客户对性能不断的提升,也是涡轮增压器的更新和优化,包括设计上面的优化,包括尺寸到转换量。

为了配合我们性能的增加,在结构上做了一些调整,包括系统的一些优化,增加我们发动机的抗爆性,尤其在高速公路上的情况。通过这些一些措施,我们可以把发动机的最大扭矩从250Nm提升到275Nm,低速响应提升。

另一块大家可以看到,动力响应,也是低速响应,客户在车上直接的感知,也可以大幅度提升。

从排放的角度来讲,在国6里面偏颗粒排放,我借助这个图给大家展示一下我们PN颗粒排放,在缸内,或者是油气混合不均匀产生的现象,PFI也会有这样的现象,也是有大量的油积累在机器阀之间,尤其对小排量的发动机,很难消除掉,要通过很多的优化手段来尽量的缓解和降低。

这样一个过程是很系统性地,包含了从裸机排放到整车排放,有一些系统性的排放。

从燃烧系统来讲,我们通过燃料系统的优化,尤其是油束的靶点的优化,上面是Optical的喷雾特性,下面是CFD的喷雾特性。

大家也都知道,我们做发动机开发,高压喷油系统优化,往后走的主流趋势,不断提升喷油压力,从220到358。里面的一些精准的控制,右边,供应商做了一些很多的产品技术升级的工作。

办法结果,用这个图来介绍一下我们这样一个效果,灰颜色的点是在整车匹配上WTC下的运行排放,不带GDF,通过燃烧系统优化,我们可以比较大幅度改善这样的情况,仍然还是会进入高排放区,通过右边结合我们加入的350bar map,大幅度的降低。

排放后处理技术,今天不展开了。

给大家汇总一下,基于2020年面临的挑战,所谓的蓝芯动力系统,2015年奠定这样一个基石,通过这些技术升级能够进一步降低我们的油耗。下一阶段针对中国四五阶段油耗法的要求,还有国6还有欧6D,WLT、RDE测试工况电气化,混动需求。2020年以后有一些更新的技术快速应用到产品,最主要的就是可变压缩比。

我们在这个变革时期,对动力的系统发展肯定有深远的影响,多元化动力系统在较长时间内共存,我们认为目前发动机的角度来讲,还是以主流的小排量增压技术为基础,持续做技术升级,以及做一些电气化,不断提升效率满足消费者的需求。

我们上汽乘用车自主品牌一方面我们上市投产荣威名爵,也结合主流的技术趋势研发投产了兼顾环保燃油经济性的蓝芯动力产品满足需求。市场数据显示我们这个产品性能上比较有国际竞争力。我们动力总成不断的自主创新,形成核心的技术研发能力,在蓝芯一代的基础上进行新一代发动机的开发,发动机这一块,我们上汽除了蓝芯战略以外还有绿芯战略,不展开讲了,一些高效的发动机和系统结合一起形成的新能源,市场上反映的非常好。

谢谢大家,这是我今天上午的报告。


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