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大家好,我是。上期节目咱们聊到了,为了提高燃油经济性,我们想到了在不增加排量的情况下,提高汽车动力的方法——“涡轮增压”。那么在“涡轮增压”之外,还有哪些提高燃油经济性的方法呢?咱们接着这个话题继续
内燃机的进化首先我们大致了解一下内燃机发展史上的一些重要节点。
年,法国工程师让·约瑟夫·艾蒂安·朗诺尔(JeanJosephEtienneLenoir)制造了第一台内燃机,它使用煤气作为燃料,通过电火花点火,实现了二冲程往复运动。但是它的效率很低,只有4.5%左右。
年,法国物理学家阿方斯·博维(AlphonseBeaudeRochas)提出了四冲程循环的理论,即每个活塞运动两个往复周期完成一次燃烧过程,分别为进气、压缩、做功和排气。这一理论为后来的内燃机设计提供了重要的指导。
年,德国工程师尼古拉斯·奥托(NikolausOtto)和他的合伙人欧仁·朗格南(EugenLangen)根据博维的理论制造了第一台四冲程气体发动机,也被称为“奥托机”。它使用煤气或其他易挥发的燃料,通过滑动阀控制进排气,并采用低压电火花点火。它的效率达到了11%,是朗诺尔机的两倍多。上期节目我们所讲的发动机原理就是奥托循环。
再到年,德国工程师戈特利布·戴姆勒(GottliebDaimler)和他的助手威廉·迈巴赫(WilhelmMaybach)在奥托机的基础上进行了改进,制造了第一台高速气体发动机。它使用汽油作为燃料,并采用喷射式化油器、高压电火花点火和自动进排气阀。它的转速达到了转/分,是奥托机的三倍多。
随后到了上个世纪中后期,大排量发动机随处可见,燃油效率不被重视,有些发动机的百公里油耗甚至达到了20-30升:如德国的BenzCie公司生产的赛车BlitzenBenz,搭载了一个21.5升的四缸发动机,据说每百公里油耗高达30升(这可真是油箱里面起旋涡的老祖宗啊)。
随着汽油价格的暴涨,人们一直在思索节约燃油的方法。比如人们把最初的奥托循环进行了改进,出现了阿特金森循环和米勒循环的发动机。这些省油的发动机最早都用在了日本车上。使汽车的燃油发动机效率已经达到了30%以上,有的甚至逼近40%。但是,如果想从40%向上继续提高发动机的效率,单纯依靠燃油发动机就无能为力了,40%基本上是燃油发动机的天花板了。
新能源汽车之混合动力这时候新能源汽车出现了!为发动机效率的提升开辟了一条新的道路。因为电动机的效率可以达到90%以上。如果在一台车上安装一台燃油发动机和一台电动机,那么低速时用电动机来驱动汽车,高速或加速时用燃油发动机,这样就能发挥二者的优势,这就是混合动力汽车。
混合动力汽车有哪些技术路线?
混合动力汽车既有烧油的内燃机,又有用电的电动机。一般来讲,混合动力车兼具有燃油车和电动车的优点。燃油车功率大,没有里程焦虑,而电动车驾驶体验好,加速快,更加节能。但是两台发动机具体怎么驱动同一台汽车的前进,又有很多的技术路线选择。大家在上中学的时候学过电路,你还记得灯泡之间的串联、并联和混联吗?混合动力汽车的动力系统也可以分为这三类。
串联模式的增程式混合动力汽车
串联模式的增程式混合动力汽车就是燃油发动机驱动发电机,然后发电机再去带动电动机,用来驱动汽车前进。汽车电池起到了调节电能的作用。汽车低速行驶时,发电机发出的电多,而电动机需要的电少,发电机就把一部分电能储存在电池里。汽车猛加速时,发动机发的电少,而电动机需要的电多,电池就会向电动机提供额外的电能。
也许有人觉得奇怪,明明可以直接用燃油发动机来驱动汽车,干嘛非要在发电机、电动机这里折腾一圈,这不是白白浪费了能量吗?其实通过这么一折腾,能够保证无论是低速行驶还是临时停车,发动机一直都处于高效率的扭矩和转速下,所以就能够提高燃油的利用率。增程式混合动力汽车的典型代表是理想ONE。
并联模式的混合动力汽车
并联模式的混合动力汽车是燃油发动机和电动机地位相同,动力都可以输出给汽车。除了燃油经济性,这种方式可以带来比较大的汽车功率。假如燃油发动机的功率是千瓦,而电动机的功率是80千瓦,那么整个汽车能够达到的最大输出功率就是千瓦了,起步的加速性能会比较好。
那么这种方式的主要技术是通过离合器和变速器系统将两个动力混合起来,比较典型的代表是长安汽车的蓝鲸IDD混合动力系统。
串并联结合的混合动力汽车
串并联结合的混合动力汽车至少需要一台燃油发动机和两台电动机,以及一套复杂的电混系统。你可以理解成一台增程式系统,又并联了一台电动机。汽油发动机和两台电动机的动力可以随意地混合。
比如汽车刚起步时,可以利用并联的电动机来驱动汽车,低速时电动机扭矩大,噪音小,这就是纯电模式。当汽车超车时,司机深踩油门踏板,燃油发动机和并联电动机一起输出动力驱动汽车,这就是并联模式。如果要爬坡超车,那就需要更大的功率,这个时候两台电动机和内燃机火力全开,这就是全功率模式。如果汽车平稳地在高速上行驶,就可以只用内燃机来带动汽车了,这就是直驱模式。串并联结合的混合动力汽车可以根据不同的行驶条件,灵活地调节发动机和电动机的工作状态,从而达到最佳的燃油效率和动力性能。这种车的代表有丰田普瑞斯、比亚迪DM-i超级混动技术等。
两期话题总结由于电动机效率远高于燃油发动机,许多车还有动能回收系统,可以把刹车的一部分能量回收起来。所以当年丰田普瑞斯刚刚出现的时候,不充电只加油,而油耗却可以低到每千米3.2升。许多人都惊呆了,包括我们这些个业内人士直呼不可能,都认为是噱头。然而从15亿的劳斯莱斯银魅到现在几万元就可以入手的家用车,技术革新的巴掌又快又猛的落到了我们的脸上(但还是逃不过“真香定律”)。现在看起来,那个时候大家对于混合动力汽车这个新品种还是有一些误解的。当然,目前由于节能、环保、政策调控等多重因素,新能源电动车应该会成为我国乃至全球汽车的未来发展方向,但是在电池技术还有待提高,充电桩并没有那么普及,所以混合动力汽车也是很好的过渡车型。
新能源汽车市场群雄并起,各家都有各家的独门绝技,不知道5年或10年之后回头再看,到底谁才能成为最后的赢家?欢迎大家大家评论区留言讨论。好了,这两期话题咱们就聊到这里!