以增程為主的DM-i系統節油原理是什麼,先發電再耗電為何能省油?

「增程」顧名思義為增加行駛里程,對於電動汽車而言則是在行駛中均衡電耗;説白了就是在行駛中發電,且發電量至少要能均衡行駛的電耗,超過電耗則能夠在行駛中充電。

然而這個模式帶來了兩個思考,分別為:

  • 能量轉化過程是否存在損耗,兩次轉化的兩次損耗是否會增加能耗?

相信對於熱力學定律有些瞭解的讀者都知道內燃機“不能守恆”,也就是燃燒產生的熱能只有很小一部分能轉化為機械能;剩餘的大部分能量雖然不會憑空消失,但卻會因冷卻、運動、進排氣等因素而轉化為“無用功”。

這就是燃油汽車的內燃機往往只有30%-45%的熱效率的原因,而且這還是峯值而非平均值;但是內燃機過大的損耗正是增程系統可以節油的原因,即使要用油發電再用電驅動、哪怕用電驅動還會有些損耗。

以增程為主的DM-i系統節油原理是什麼,先發電再耗電為何能省油?

熱效率的平均標準概念

各大品牌的發動機公佈的熱效率數值都是“峯值”的概念,在作為發動機使用的過程中,平均值其實是非常低的;因為最佳熱效率只能在很窄的轉速區間段內維持,行駛中的主要轉速範圍內都要下降很多。

所以按照最佳效率計算出的耗油量與真實油耗總會有很大差異,汽車起起停停和加速超車,即便是正常巡航的轉速都有可能不在最佳範圍內。所以燃油汽車是費油的,但當作增程器使用就能夠節油。

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內燃機帶動發電機運轉時的轉速並不會“大幅波動”,需要多高發電功率,轉速只要按照功率需求的標準調整、之後則能穩定轉速運轉。電動汽車的電耗實際並不高,平均值在15kwh/100km左右——想要不損耗電池組容量的話,發電機只需要達到每小時發電15度即可,也就是實際功率達到15kw。

這並不是個很高的標準,假設某台內燃機的扭矩是230N·m(1500~4000rpm),在1500轉時的功率就能夠達到36kw,即使加上損耗也遠超消耗標準了;所以一些中大型高性能車用的增程器也不過是1.5T的標準,甚至重卡也只用排量相當的柴油機——駕駛燃油汽車能不能做到全路段都以1500轉運行呢?

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至此應該瞭解增程技術是如何節油的了,説白了就是讓內燃機穩定轉速、並實現低轉速的持續運轉;發動機總會是轉速越低能耗越低,不論是用油、用汽、還是用電,但這還是初級標準。

目前增程系統中能耗最低的DM-i驍雲系列,其使用的阿特金森循環發動機本就有低耗油的特點,以低轉速運行又能節油;重點是增程時的轉速可以主要控制在最佳熱效率的、窄窄的轉速區間內,轉化動力的損耗始終足夠低則油耗當然會更低。

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電機有什麼優勢呢?

汽油和電是可以換算的,按照熱值換算的標準大致為「1L=3kwh」。

也就是三度電等於一升油,很多中大型車正常駕駛的電耗是15L/100km左右,折算為油耗僅僅為5L/100km;A0-B級的電動或混動汽車,電耗可以低至10kwh 3.3L/100km上下,然而整備質量和性能相當的燃油汽車,油耗分別在10-20L/100km。用電驅動的“油耗”遠低於燃油汽車,這是如何實現的呢?

其實答案很簡單,在“能量值”相同的前提下, 將能量轉化為機械能的過程中的損耗越低,則車輛的行駛里程就會越長——反之損耗越高行駛里程越短,同樣行駛100公里,損耗很大的燃油汽車假設需要消耗10升汽油;電機的損耗能夠低三倍的話,3.3升汽油-「10度電」就能行駛100公里,而電機真的能比內燃機的“熱效率”高三倍。

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電機分為異步交流電機和永磁同步電機,在乘用車型中幾乎使用異步電機的選項了,因其效率還是低了一些;但即使是異步電機也能夠超過80%,只是同步電機最高可以超過97%。消耗相同的能量的電機可以只損耗3%,而內燃機的最佳標準也會損耗60%左右,平均值的差距就更大了。

這才是增程式汽車能省油的核心因素,説白了就是“給內燃機減負”,低轉速運行發電量就能滿足車輛相對激烈的駕駛——打個效率差是省油的基礎。實測DM-p帶有發電電機的插電混動汽車,在低效率增程的前提下,混動行駛中可以用電機驅動、 每小時仍能補充電能7kwh左右;以增程位置的DM-i會更高,純增程汽車也會足夠低。

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