如今電動汽車似乎已經成為了替代化石能源的大趨勢,但是這股潮流並不能在一夜之間席捲市場,在這個時代,電動機與內燃機還在進行著一場決鬥,獲勝的一方將決定未來人類地面交通的發展方向。不過這兩種動力形式也不是完全對立的,他們在某種狀況下可以相互合作,用自己的長處來彌補對手的不足,來組成高效的動力系統,這便是油電混動。
提到混動,大多數人可能會想到豐田、本田、比亞迪等等。作為自主品牌中較早涉足新能源領域的品牌,比亞迪早在今年年初就對外透露了即將推出DM-i插混技術平臺的訊息。相對於當前其主銷車型中應用的DM-p(Powerful強勁效能)技術平臺,DM-i(intelligent智慧高效)技術平臺更加偏向於節能減排。在廣州車展期間,比亞迪終於正式揭開了DM-i平臺的面紗,並詳細解析了作為DM-i技術平臺的核心之一的“驍雲-插混專用1.5L高效發動機”。
“43%的最高熱效率”是比亞迪這套動力系統的最大亮點,它透過一系列技術革新,最大程度將自己武裝起來,從而攀上燃油內燃機的熱效率高峰。那麼,這臺看似“毫不起眼”的1.5L自然吸氣發動機到底是有哪些“黑科技”呢?
阿特金森迴圈結合高壓縮比
阿特金森是汽油內燃機的一種熱迴圈名稱,在奧拓迴圈、米勒迴圈以及阿特金森這三種迴圈形式中,後者在理論上可以說是內燃機熱迴圈銷量最高的,而奧拓迴圈則是動力最強的。
我們將四衝程發動機的工作過程拆解,得出進氣、壓縮、做功和排氣這四個單獨的步驟。其中,進氣對發動機工況的影響是最為重要的,而阿特金森迴圈就是透過延長進氣門的開啟時間,從而使得處於壓縮行程中的氣缸再次排出一部分氣體,實現壓縮行程小於做功行程,提升熱效率。
從這一點我們可以看出,為什麼自然吸氣發動機最適合阿特金森迴圈:因為在渦輪增壓引擎上,進氣門外都是正壓,氣流不能被活塞沿著進氣門被反推回去,而自然吸氣引擎則沒有這個問題。當然,渦輪引擎也能夠實現壓縮行程小於做功行程的方式,那便是提前關閉進氣門,但這會造成充氣效率過低。
在純內燃機動力系統中,由於阿特金森迴圈發動機在低轉速時的扭矩表現並不理想,使車輛很難完成起步、加速的任務。但在混動車型中,電機會在低速工況中代替內燃機對車輛進行加速,其響應快、扭矩大的特性恰好彌補了阿特金森迴圈發動機的劣勢,為駕駛者帶來良好的行駛體驗。
我們可以看到,比亞迪的插混專用發動機的壓縮比非常高。當壓縮比較高時,混合氣體在壓縮衝程後期熵值會更高,使混合氣被點燃後更快完成燃燒,火焰傳播速度的增加讓氣體膨脹效率升高成為可能,簡單來說,就是單次點火後做功效率更高了。
應用電氣化設計
取消輪系降摩擦
除了提升發動機本身的做功輸出,我們還可以透過減少發動機的動力損失來提高熱效率。在發動機的執行過程中,摩擦損耗佔據了重要的比例。
傳統發動機往往有諸多附件需要透過輪系傳動來從發動機輸出端直接獲取動力。而得益於電氣化的設計,比亞迪應用了電驅水泵、電動真空泵以及電動空調壓縮機,取消了齒輪、皮帶傳動,避免了無謂的摩擦損失。賓士最新的M254以及M256引擎也採用了類似的設計。
此外,比亞迪還應用了活塞連桿元件特殊塗層、曲軸元件軸徑最佳化、低摩擦油封、可變數機油泵、低粘度機油等技術,使得這部最新發動機的摩擦損失較上代發動機減少了20%。
廢氣冷卻再迴圈
降低油耗與排放
黃色部分就是EGR
EGR,即為發動機廢氣再迴圈系統,它能夠將前一次未完全燃燒的廢氣透過曲軸箱通風管路重新匯入氣缸內,與新的可燃混合氣一起進行二次燃燒。
透過將冷卻後的比熱容更大的廢氣輸送回缸內,EGR系統可以降低發動機缸內的燃燒溫度,從而一定程度上規避部分高溫下的化學反應,減少汙染物生成。與此同時,EGR的降溫作用也減輕了發動機的散熱負擔,幫助發動機實現更高的壓縮比,恰好也提升了熱效率。
而更重要的是,EGR系統將一部分廢氣重新輸送到進氣系統的過程也在一定程度上提升了發動機進氣壓力,與經過了拋光處理的進氣道一同減少了泵氣損失。
分體冷卻熱管理
智慧控溫更高效
從上面可以看出,發動機的溫度也是影響燃燒效率的重要因素。溫度過高會讓發動機產生爆震趨勢,噴油系統必須向缸內噴射大量的燃油來進行降溫,造成燃料浪費。而當溫度過低時,發動機會增大噴油量來進行自動暖機,在這期間燃燒始終是效率偏低的。
新發動機應用了分體冷卻熱管理系統,缸蓋與缸體分別都有著各自獨立的冷卻水道,缸體內還應用了水套插片技術。透過智慧演算法,系統能夠自動調節冷卻迴路,從而儘可能將發動機溫度維持在最佳工作區間,提升熱效率。
舉例而言,當冬天冷車啟動時,這套系統可以使冷卻液零流動,從而快速升溫;而當缸蓋溫度較高時,系統可以單獨進行缸蓋冷卻迴圈,不影響缸體的溫度;如果溫度繼續升高,系統還可以根據升溫程度進行小迴圈或大迴圈,避免發動機高溫爆震。
其實,除了上述的幾個主要方面,比亞迪還在這款最新發動機上應用了高能點火、充納氣門等細節最佳化,從點點滴滴處積累,最終才實現了最高43%熱效率的亮眼成績。
車叔點評
DM-i動力系統是對DM-p動力系統的一個很好的拓展,兩者雖都是插電混動系統,但在效能表現以及客戶群體上卻是完全不同的。DM-i以高熱效率追求低耗能,低排放,而DM-p則以電力為輔助幫助自己實現高效能,兩者可謂是相輔相成。可以預見未來這兩套混動系統能夠讓比亞迪實現“兩條腿”走路,滿足更多消費者的使用需求。