2025年全系混動化,2040年實現碳中和。這是廣汽集團在2021廣州車展上向全世界做出的莊嚴承諾。但是空喊口號並不能代表什麼,拿出具體的東西來才是正道。廣汽傳祺在本次廣州車展上一下子拿出了3套雙電機強混合動力總成,分別用於A/A0級中小型車、A/A+級緊湊型和中型車,以及B級以上中大型車。看得出來廣汽真的有在混合動力方面花大力氣。那麼這三套混合動力系統到底有什麼奧妙?下面是從專訪和現場展示中整理而來的信息。
超大杯:2.0TM+THS混合動力系統。
三套系統我先從最早亮相的,大家相對比較熟悉的一套講起吧。在很長一段時間內,Toyota Hybrid System就是高效混合動力系統的代名詞。其極佳的燃油經濟性和可靠性讓全球超過1500萬名車主選擇了豐田混合動力汽車。但第二代GS8混動版是THS首次搭檔豐田發動機家族以外的發動機,也是THS首次搭配渦輪增壓發動機,這未免會讓人有點擔心。但廣汽傳祺拿出的2.0TM發動機非常漂亮,燃油經濟性不輸豐田A25-FXS系列混動發動機之餘,絕對動力輸出和運轉靜謐性相對後者更加有優勢,怪不得豐田看着都留口水。
具體來説廣汽在包括這款2.0TM發動機在內的所有發動機均用上了廣汽GCCS燃燒控制系統。這套系統的歷史也算是比較悠久了,2017年廣汽傳祺推出的200T發動機就應用了這項技術,強滾流氣道和高滾流燃燒室實現高效燃燒,同時對多個燃燒參數進行精確控制,實現燃燒過程的最優化控制。在2.0TM發動機上配合米勒循環和渦輪增壓後燃燒效率更高。
市面上大多數混合動力專用發動機都會使用自然吸氣+歧管噴射來保證混合氣有更長的時間充分霧化,如比亞迪驍雲1.5L發動機。但在渦輪加持下,廣汽2.0TM發動機使用了350bar高壓直噴系統,從噴油嘴開始就保證了汽油顆粒最小化,讓其與空氣充分混合,燃燒更加完全。不僅能降低顆粒物排放,還能使燃燒更穩定,減少爆震的風險。
同時這台發動機使用了冷卻EGR系統,EGR管路直接接到了發動機中冷器前端與新鮮空氣混合,一起進入到水冷中冷器中進行冷卻。相當於省掉了獨立的EGR冷卻系統,同時進氣管路也被大幅縮短,降低進氣壓損,扭矩響應得以提升。説到提升扭矩響應,渦輪增壓器也出了一份力。該渦輪增壓器使用了雙渦管設計,配合電控泄壓閥控制更加精準,功率也得以提升。
但我覺得這套2.0TM發動機最大的優勢在於NVH。我在試第四代漢蘭達的時候,那套A25發動機運轉噪音之明顯印象特別深刻,但GS8混動版上的發動機噪音卻能降到很低的水平。廣汽在這台發動機上使用了多項減振靜音技術,包括雙平衡軸(用來平衡二階振動)、曲軸減振皮帶輪、正時靜音鏈等,至少發動機運轉起來不再像拖拉機了。
THS系統使用的是最新的第四代,最大的特點就是小型化、輕量化、大扭矩。雙電機異軸佈置和減速齒輪結構更小巧,輸出扭矩更大。第四代PCU的體積僅為8.4L,重量11.9kg,但功率密度高達250kW/L,是第一代PCU的2.5倍。
大杯:2.0ATK+GMC2.0
這套混動系統已經躺在廣汽的動力總成序列中很長一段時間了,但是一直以來沒有在量產車中出現。直到去年廣汽才開始公佈這它的技術細節。這套完全自主研發的混動系統將裝備到明年上市的影豹混動車型上,綜合油耗低至3.6L/100km。
2.0ATK發動機走的就是自吸+米勒循環+超高壓縮比的技術路線了,幾何壓縮比高達15.6:1,快速推進電動VVT用於執行米勒循環的進氣門晚關。同時1.3的缸徑比也能實現超長衝程,配備高壓縮比、350Bar高壓直噴系統、高能點火系統、高滾流進氣道和低滾流阻力設計的燃燒室和活塞頂部。一整套組合拳下來發動機最高熱效率可達42.1%。
因為使用了和2.0TM相近的GCCS燃燒控制系統,所以在燃燒上兩款發動機還是比較相近的。但是因為這台發動機是自吸發動機,並沒有中冷器,所以獨立的水冷EGR還是要有的。EGR管從三元催化器出口引出,取氣温度較低,可靠性更好。配合高精度控制系統可以在低壓差下精確控制,各缸的燃燒動態可以均勻優化。
相比燃燒控制,2.0ATK的減阻措施才是更大的亮點。除了使用滾動軸承、DLC塗層和優化軸頸設計減少摩擦,全可變機油泵也能減少機油泵損耗。置於曲軸箱外的減震皮帶輪也被放在曲軸箱內,這樣就不需要曲軸油封了。另外這台發動機可以使用0W-20低粘度機油,可降低1%的WLTC循環油耗。
但是這套系統的GMC2.0混動專用變速箱結構和原理卻一直沒有公佈,我只能從官方動畫入手,並根據已有的信息進行猜測。
GMC2.0將是一套使用行星齒輪結構,具有多擋傳動的雙電機混合動力系統。從官方的動畫可見,GMC2.0實現至少3擋的變速傳動,但要實現3擋以上的變速傳動,需要兩套以上的行星齒輪組和至少3套離合/制動器,而官方展示的動畫僅顯示了兩套,所以要從官方動畫中摸出GMC2.0的結構還是有點難度的。但是這套雙電機多檔位DHT可以實現多擋多模式驅動和大扭矩輸出,發動機熱效利用係數高達95.5%,也就是説發動機在95.5%的時間中都處在高熱效率區間工作。
除了高效,小型化也是2.0ATK+GMC2.0混動系統的特點。雙電機、DHT、PCU三合一高度集成,即使用上了多組行星齒輪,結構也非常小巧。此外,只需要通過切換電池和PCU軟件,這套系統可以實現HEV/PHEV之間的切換,通用性非常高。
中杯:1.5DHE+GMC3.0
2.0TM+THS和2.0ATK+GMC2.0兩套系統涵蓋了中大型車、中型車和緊湊型車。但是要實現全線產品混動化,廣汽傳祺的A0級產品也不能落下。為此廣汽傳祺為A0級小車產品打造了1.5DHE+GMC3.0的混合動力系統。該動力系統在本次車展上首次亮相,並將於2023年正式裝車。
雖然技術上存在共享,但1.5DHE並不像很多歐美日車企那樣直接把2.0L四缸發動機砍掉一個氣缸的三缸發動機,它依然是一台四缸發動機。而且上面提到的很多高效燃燒和減阻技術都有使用,最高熱效率可達43%。另外,1.5DHE發動機特有自動停缸技術,低負荷時的油耗能進一步降低。搭載該混動系統的A0級小車油耗低至3.8L/100km。
相比另外兩套混合動力系統,1.5DHE+GMC3.0的電驅動比例會更高,無論是起步還是紅綠燈堵車都是大功率電機直接驅動,扁線電機功率最高轉速18000rpm,最大功率可達200kW,同時噴淋油冷技術能讓電機冷卻更加高效。
但是A0級小車的發動機艙非常狹窄,要裝下混合動力系統只能將它做得更加小巧,所以多擋傳動的方案被捨棄了,只有單減速齒輪傳動。從官方公佈的專利圖來看,結構和工作邏輯都和比亞迪DM-i比較相似。在捨棄了多擋傳動的結構後,發動機直接驅動的速度區間相比GMC2.0有所縮小,中低速巡航時燃油經濟性不如GMC2.0。好在電機功率夠大,還是能提供很迅捷的動力表現。
在混合動力系統標定上廣汽也是花了功夫的。像GMC3.0這種使用離合器控制串/並聯的混動系統最怕的就是發動機轉速匹配不精確造成的闖動。廣汽通過優化算法精準控制發動機轉速和離合器作動,讓混動系統在串/並聯切換時扭矩輸出更加平順。
碳中和之下,混合動力大有可為
現在多家廠商都在宣傳自己全面向電動車轉型,但是像豐田和一眾自主品牌為代表的車企紛紛推出了自家的雙電機高效混合動力系統。這是因為在電力來源實現完全清潔化之前,使用混合動力技術在全生命週期的碳排放,甚至要低於純電動汽車,尤其是在中國這個煤電比例高達71%的市場。2017和2018年,中國的二氧化碳排放增長率高達3.6%,超過了1.8%的全球平均增幅。這其中純電動車市場的爆發導致用電量增長做出了非常大的貢獻。
所以混合動力汽車不需要改變類似普通燃油車的使用習慣,又能提供更順滑的加速體驗和更低的油耗,還有相比純電動車更低的全生命週期碳排放。怪不得越來越受廠商的青睞。廣汽目標2040年實現碳中和,這要比國家2060年的目標還要早20年。要實現這個目標,混合動力系統一定是其中最重要的一塊拼圖。