升功率
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-08-24
升功率的實例教程
升功率(Kw/L)是從發(fā)動機(jī)有效功率的角度對氣缸工作容積的利用率作出的總評價。升功率的值越大，發(fā)動機(jī)的強(qiáng)化程度越高，發(fā)出一定有效功率的發(fā)動機(jī)尺寸越小。因此，不斷提高Pme（平均有效壓力）和n（轉(zhuǎn)速）的水平以獲得更強(qiáng)化、更輕巧和緊湊的發(fā)動機(jī)，一直是內(nèi)燃機(jī)工作者致力以求的奮斗目標(biāo)，因此升功率是評定一臺發(fā)動機(jī)整機(jī)動力性能和強(qiáng)化程度的重要指標(biāo)之一。
原理
升功率表示了單位氣缸工作容積的利用率，升功率越大表示單位氣缸工作容積所發(fā)出的功率越大。那么，當(dāng)發(fā)動機(jī)功率一定時，升功率越大發(fā)動機(jī)的重量利用率就越高，相對而言發(fā)動機(jī)就越小，材料也就越省。 升功率的高低反映出發(fā)動機(jī)設(shè)計與制造的質(zhì)量。因為升功率（N）大小主要決定于氣缸平均有效壓力（P）和轉(zhuǎn)速（n）的乘積，即N=（P）×（n）。
展開 近年來，國內(nèi)外大力發(fā)展新能源汽車，永磁同步電機(jī)因具有功率密度高、體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點而得到廣泛運(yùn)用。隨著整車對動力性能的要求越來越高，電機(jī)的功率需求也越來越高，高熱負(fù)荷下的溫升性能也成為挑戰(zhàn)，準(zhǔn)確、快速計算大功率電機(jī)峰值工況下溫升（下文簡稱峰值溫升）對電機(jī)設(shè)計研發(fā)意義重大。
國內(nèi)外學(xué)者對電機(jī)溫升進(jìn)行了大量研究，主要方法有數(shù)值計算法、等效熱網(wǎng)絡(luò)法、有限元法等，以上研究大多聚焦于穩(wěn)態(tài)工況，而對汽車用大功率電機(jī)峰值工況運(yùn)行的溫升研究還相對較少。
本文以一臺200kW純電動汽車用驅(qū)動電機(jī)為例，選取整車四驅(qū)百公里加速需求3s內(nèi)的峰值扭矩運(yùn)行工況，考慮整車存在重復(fù)多次加減速需求，電機(jī)峰值扭矩運(yùn)行需求20s，采用數(shù)值計算和仿真分析分別求解得到電機(jī)峰值運(yùn)行溫升時間，并對數(shù)值計算模型進(jìn)行修正，最后通過實驗驗證了求解模型的準(zhǔn)確性。
1、電機(jī)基本參數(shù)
本文研究對象為一臺峰值功率為200kW的車用永磁同步電機(jī)，散熱方式采用液冷，在420V電壓、620Arms電流下，電機(jī)的基本參數(shù)如表1所示。
2、峰值溫升數(shù)值計算與分析
電機(jī)峰值大電流、大扭矩運(yùn)行工況，特別是高功率密度電機(jī)，其主要發(fā)熱來自繞組銅耗和鐵芯損耗，且因繞組與鐵芯之間存在導(dǎo)熱系數(shù)低的絕緣紙、絕緣漆及空氣等導(dǎo)致繞組熱量短時無法散失而使繞組溫度快速上升，而鐵芯因與殼體接觸而熱量散失較快。假設(shè)電機(jī)繞組發(fā)出的熱量全部被自身吸收，即有：
式中：t為峰值運(yùn)行時間，PCu為銅損，Cp為繞組比熱容，M為繞組質(zhì)量，T為電機(jī)某時刻溫度，T0為電機(jī)繞組初始時刻溫度。
本文電機(jī)繞組形式為Y型連接，繞組銅損為：
式中：m為繞組相數(shù)，I為相電流，R為相電阻，R0為電機(jī)繞組初始相電阻，α為Cu的電阻溫度系數(shù)。
展開 三、我國節(jié)能汽車發(fā)動機(jī)技術(shù)研發(fā)的發(fā)展目標(biāo)
柴油發(fā)動機(jī)節(jié)能技術(shù)研發(fā)目標(biāo)：近期目標(biāo)有全面采用增壓技術(shù)，提高渦輪增壓(中冷)技術(shù)水平，開展先進(jìn)增壓技術(shù)自主研發(fā)和生產(chǎn)；推廣電控噴射技術(shù)，加快電控噴射系統(tǒng)的硬件和標(biāo)定技術(shù)的自主開發(fā)能力，柴油機(jī)排放水平達(dá)到國IV；發(fā)展升功率大于30kW/L重型柴油機(jī)和大于40kW/L輕型柴油機(jī)；開展先進(jìn)后處理技術(shù)的引進(jìn)和研發(fā)，加快SCR和DPF后處理技術(shù)的應(yīng)用。遠(yuǎn)期目標(biāo)有全面采用高壓電控燃油噴射，掌握電控系統(tǒng)核心技術(shù)；中重型發(fā)動機(jī)升功率達(dá)到35kW/L，輕型柴油機(jī)升功率達(dá)到50kW/L；最低燃油消耗率達(dá)到190g/kW.h(3-8L)和188g/kW.h(8L以上)
掌握先進(jìn)柴油機(jī)后處理技術(shù)，并能夠?qū)崿F(xiàn)完全國產(chǎn)化；柴油機(jī)HCCI燃燒技術(shù)在較大工況范圍內(nèi)實現(xiàn)。
汽油發(fā)動機(jī)節(jié)能技術(shù)研發(fā)目標(biāo)：近期發(fā)展目標(biāo)有鼓勵升功率達(dá)到55kW/L以上小排量汽油機(jī)的開發(fā)和生產(chǎn)；全面采用多氣門技術(shù)，推廣可變氣門技術(shù)，增加增壓技術(shù)應(yīng)用；新產(chǎn)品采用氣門可變技術(shù)的比例增加到45%；部分中高級車采用增壓技術(shù)。
推動汽油直噴等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用，2012年國內(nèi)采用汽油直噴技術(shù)的中高檔轎車市場占有率達(dá)到2%，使該類車年消耗汽油減少0.3%左右。遠(yuǎn)期發(fā)展目標(biāo)有增壓直噴汽油機(jī)升功率70kW/L以上；汽油機(jī)的燃油消耗率降低20%；多氣門技術(shù)和氣門可變技術(shù)全面采用；增壓技術(shù)采用率提高到40%，直噴技術(shù)采用率占20%，掌握汽油直噴核心技術(shù)；發(fā)展可變壓縮比技術(shù)和停缸技術(shù)，推進(jìn)HCCI技術(shù)實際應(yīng)用。廣泛采用節(jié)能附件。
發(fā)動機(jī)通用節(jié)能技術(shù)研發(fā)目標(biāo)：2012年通過推動燃油消耗率標(biāo)準(zhǔn)的提高，促進(jìn)企業(yè)在發(fā)動機(jī)摩擦降低方面的研發(fā)，推動發(fā)動機(jī)企業(yè)采用低能耗附件。2020年全面采用低能耗附件，降低發(fā)動機(jī)內(nèi)部摩擦，使發(fā)動機(jī)燃油消耗率降低5%。
展開 未來大、中型柴油機(jī)的需求將進(jìn)一步向“降低排量、增大壓縮比、提高升功率”方向發(fā)展。目前國內(nèi)大型柴油機(jī)升功率可達(dá)到25kW/L，未來2-3年將向30kW/L發(fā)展；中型發(fā)動機(jī)升功率也會有一定提高。
隨著城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，輕卡替代農(nóng)用車成為輕型柴油機(jī)市場未來需求增長特征之一，車用輕型柴油機(jī)市場需求總量會呈現(xiàn)較快的上升趨勢。國內(nèi)更高要求排放法規(guī)和油耗法規(guī)的實施，會促進(jìn)中、高檔輕型柴油機(jī)市場份額增長。輕卡的柴油化程度已經(jīng)很高，未來輕客、SUV、皮卡等柴油化會成為輕型柴油機(jī)市場擴(kuò)大的重要增長點之一。受柴油緊缺大于汽油、轎車柴油機(jī)技術(shù)缺乏、柴油品質(zhì)不高、城市顆粒污染物嚴(yán)重等原因使柴油機(jī)轎車發(fā)展受到限制，轎車柴油化進(jìn)程在未來四年難得到大的發(fā)展。面對世界各國日益加嚴(yán)的環(huán)保和節(jié)能以及可持續(xù)發(fā)展要求，目前世界上大的跨國集團(tuán)和公司，利用各種高科技手段在研制發(fā)展低排放、超低排放、準(zhǔn)零排放、零排放的技術(shù)。其中低排放汽油機(jī)、柴油機(jī)、單一清潔燃料（氫燃料等）發(fā)動機(jī)的開發(fā)，電動、燃料電池動力和混合動力的研發(fā)，已經(jīng)成為世界各大汽車公司、發(fā)動機(jī)公司的主要研究方面，以適應(yīng)日益苛刻的排放法規(guī)要求，這無疑是中國發(fā)動機(jī)行業(yè)將要面對的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會產(chǎn)銷快訊的數(shù)據(jù)，2005年上半年統(tǒng)計在內(nèi)的車用發(fā)動機(jī)產(chǎn)銷量分別為236.69萬臺和235.58萬臺，與2004年上半年同期相比分別下降0.79％和0.41％。由于上半年總體汽車產(chǎn)銷與去年同期相比增幅不大，加上進(jìn)口和其他一些因素的影響，車用發(fā)動機(jī)的產(chǎn)銷情況整體上講還算平穩(wěn)。
車用發(fā)動機(jī)產(chǎn)量排名前12位的企業(yè)是長安汽車（集團(tuán)）、東風(fēng)汽車、哈爾濱東安汽車、廣西玉柴、柳州五菱、上海通用、一汽-大眾、一汽集團(tuán)、云內(nèi)動力、北京現(xiàn)代、上海大眾和天津一汽夏利，他們的產(chǎn)量占統(tǒng)計的45家企業(yè)產(chǎn)量的73.49％。
展開 1342ml
燃油經(jīng)濟(jì)好、質(zhì)量可靠，維修簡便
動力小不適于大型車
夏利威姿夏利N3吉利
三菱4G63
三菱4g6系列發(fā)動機(jī)分為4g63（2.0升）/4g64（2.4升）兩大系列，直列4缸、16氣門、單頂置凸輪軸、電子控制多點燃油噴射
2350/1997ml
維修方便、維護(hù)成本低
2.4排量油耗偏高
尊馳瑞虎東方之子哈弗CEO Jeep2500 帕杰羅sport 歐藍(lán)德（舊款） 金杯海獅閣瑞斯 飛碟UFO 得利卡
大眾1.8T
寶來發(fā)動機(jī)與另三款車的最大不同就在艙內(nèi)的放置形式為橫置式，而其他三款車是縱置式
1781ml
動力表現(xiàn)極佳
渦輪有遲滯，維護(hù)成本高
途安速騰帕薩特 A4 A6（舊款） 寶來
五菱B系列
16V雙頂置凸輪軸發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，MPI多點式燃油電子噴射系統(tǒng)，
1206ml
成本低、油耗低、功率大。最大的技術(shù)亮點是升功率達(dá)到52.2KW
動力小不適于大型車
五菱鴻途五菱榮光 小旋風(fēng) 五菱6376B3
展開 
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升功率的最新內(nèi)容
打開風(fēng)暖，功率突升到50W，就是身體散熱更多了，會更冷，直到第4分鐘，降到41W，也就是4分鐘后，風(fēng)暖才真正起到讓人暖的效果，到第8分鐘低至28W，之后基本穩(wěn)定。
很多朋友知道開風(fēng)暖預(yù)熱一會兒好，多久合適呢，這個數(shù)據(jù)告訴我們，預(yù)熱4分鐘，就比不開風(fēng)暖好了，但若發(fā)揮風(fēng)暖的最大功效，就預(yù)熱8分鐘，預(yù)熱更長時間，和8分鐘基本一樣，就沒有必要了。
并且一大優(yōu)勢就是可以快速得到零件的功率損耗數(shù)值，通過讀取的熱量來查看
溫升設(shè)置-查看功率損耗
溫升結(jié)果分布
三、不同的溫度分析方法對比
流體方式：通過Fluent或CFX等流體動力學(xué)仿真軟件，可以全面模擬變壓器內(nèi)部的流體流動和熱量傳遞過程，得到精確的溫度分布。但這種方法需要較高的計算資源和時間。
翅膀的設(shè)計遵循最大升力功率比目標(biāo)，以獲得最優(yōu)的效率，提升飛行時間，最終設(shè)計的翅膀可以達(dá)到9.4 g/W的升力功率比。撲翼機(jī)構(gòu)的設(shè)計嘗試了連桿機(jī)構(gòu)和線傳動機(jī)構(gòu)的形式，考慮到連桿機(jī)構(gòu)撲翼幅值有限，最終采取線傳動作為撲翼機(jī)構(gòu)形式，如圖5所示，機(jī)構(gòu)撲翼角可達(dá)200°。
2額定功率
在規(guī)定的頻率和電壓下，變壓器能長期工作，而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。
3額定電壓
指在變壓器的線圈上所允許施加的電壓，工作時不得大于規(guī)定值。
4電壓比
指變壓器初級電壓和次級電壓的比值，有空載電壓比和負(fù)載電壓比的區(qū)別。
5空載電流
變壓器次級開路時，初級仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流。
系統(tǒng)性研究相變強(qiáng)化散熱方案對電機(jī)運(yùn)行情況的影響，實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用對抑制電機(jī)溫升、提高電機(jī)功率密度具有重要意義。
3 電機(jī)散熱系統(tǒng)發(fā)展趨勢
風(fēng)冷、液冷、蒸發(fā)冷卻和額外熱路增強(qiáng)型散熱系統(tǒng)具有各自的優(yōu)勢和應(yīng)用場景，根據(jù)電機(jī)的發(fā)熱功率、生產(chǎn)成本和安裝空間等要素，選取合適的散熱方案是提高電機(jī)功率密度、運(yùn)行效率、可靠性和極端環(huán)境適應(yīng)能力的關(guān)鍵。
液冷充電qiang，主動實時溫升監(jiān)控，大功率充電也安全，這個最大的挑戰(zhàn)是安全是否包括電池。
小結(jié)：我的理解這是一輪針對800V車輛系統(tǒng)特有的營銷推廣，我很期待中國這種超級快充，不管是廣汽還是小鵬，能把電池真正大規(guī)模推向市場，我們拆解看看到底用了啥黑科技，能保證電池在這種工況下，不影響安全，不影響壽命。
由于廢氣渦輪增壓可以提高柴油機(jī)的升功率、降低柴油機(jī)的比質(zhì)量、降低柴油機(jī)單位馬力的制造成本，對于節(jié)能、減低排氣中的有害物質(zhì)，以及改善柴油機(jī)的使用特性等都有好處，因此渦輪增壓是柴油機(jī)技術(shù)的一項重大突破。
繼軸流式廢氣渦輪增壓器研制成功之后，中國開始了大馬力增壓柴油機(jī)的研制。
日本富士經(jīng)濟(jì)特別針對電動車與可再生能源相關(guān)的功率半導(dǎo)體全球市場進(jìn)行調(diào)查，由于2030年碳中和及2050年凈零碳排目標(biāo)逼近，加上電動車與可再生能源的普及率明顯提升，預(yù)估2030年市場規(guī)?？蛇_(dá)5兆3,587億日圓，推升次世代功率半導(dǎo)體需求，規(guī)?？赏?兆日圓。若以每臺電動車需使用250個功率半導(dǎo)體組件計算，化合物半導(dǎo)體的市場規(guī)模成長性令人期待。
轉(zhuǎn)子無線勵磁原理示意圖：
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3.1.7 電勵磁同步電機(jī)的最大優(yōu)勢是磁場可控，通過控制轉(zhuǎn)子繞組電流大小，從而控制轉(zhuǎn)子磁場大小，實現(xiàn)主動控制磁場；特別是高速區(qū)域，達(dá)到提高效率、降低溫升、增大輸出功率軸向?qū)挾鹊哪康?；而不是永磁同步電機(jī)的被動、不得不FOC增加直軸電流分量、達(dá)到增加直軸磁場的目的。從而降低高速區(qū)的相端電壓。
為了防止上述現(xiàn)象發(fā)生，可對功率起止點編制程序，使功率起始和終止時間變成可調(diào)，即起始功率用電子學(xué)方法在一個短時間內(nèi)從零升至設(shè)置功率值，并調(diào)節(jié)焊接時間，最后在焊接終止時使功率由設(shè)置功率逐漸降至零值。
