03.05 混动汽车发动机都使用比较成熟的电喷发动机,不使用更先进的缸内直喷,这是为什么?

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这也不是绝对的。例如比亚迪秦DM采用1.5T刚内直喷发动机,唐DM采用2.0T缸内直喷涡轮增压发动机。

  • 当然采用电喷(歧管喷射)的发动机并不是技术不先进,而是这种发动机可以把热效率做的很高。热效率是什么?热效率就是内燃机转机械功的热量与消耗的热量比值。好比十个人的车间有四个人干活那么热效率就是40%,丰田混动搭载的阿特金森循环发动机热效率已经高达42%。

阿特金森循环发动机是什么发动机?

  • 正常的发动机(奥拓循环)活塞往复的行程是一样长的,但是阿特金森循环发动机通过一些列办法使膨胀行程大于压缩行程,膨胀行程加长后燃烧后的废气利用率更高,间接的提高了压缩比所以发动机效率更高,高于奥拓循环发动机。但是阿特金森循环发动机机械构造比较复杂,体积大相对笨重,制造维修都比较困难。实际中应用意义不大,直到可变气门正时技术技术的出现改变了这一情况。

通过可变气门正时技术,可以实现阿特金森循环。

  • 在压缩行程开始的时候让进气门晚关闭一会儿,活塞上升到一定程度时进气门才完全关闭。进气门晚关后吸入的部分气体可以吐回气缸内。这样也就改变了压缩比,实现了阿特金森循环。其实这就是“米勒循环”,也是一种作弊模式,因为这种循环并没有增加做功行程,而是通过减少压缩行程实现了压缩行程来实现的。因为压缩行程是从气门关闭之时开始计算的,这样晚关气门也就减少了压缩行程。

阿特金森循环发动机虽然热效率高,但是也有很多的弱点。

  • 例如低转速运行时因为空气被挤出一部分导致进气不足,此时动力也不足。高转速因为膨胀行程长所以转速上升慢,加速性不好。尽管热效率高,但是并不能单独用来驱动车辆,这种发动机就是靠牺牲动力来换取经济性。在混动车辆上应用时低速扭矩不足可以由电机来弥补,“动力互补”很好的解决了阿特金森循环的缺点。

混动汽车应用阿特金森循环技术发动机,就是为了省油降低油耗。


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简单点说,缸内直喷其实对于混动车型来说没必要。混动车型很少会有积碳,因为它会保证发动机在较高的运转速度中运行,就像一些老司机说有积碳,拉拉高速跑跑就没了,因为高转速高温,歧管喷射的雾化效果好,积碳也就自然少。要是弄缸内直喷,估计以后的更环保的混动车会用上,毕竟这成本不便宜,而且缸内直喷要设计适合阿特金森循环的发动机才行,要不然积一堆碳在发动机就真的呵呵了。其实需不需要缸内直喷也无所谓,阿特金森循环的排气行程比进气行程大就是已经能利用更多汽油燃烧的能量,不过问题这些发动机低速状态运转扭矩不怎么高,所以以前就一直荒废这技术,现在有了起步用电机或者电机发动机协同工作,那就大大体现了这种发动机的优点,所以就把他们重新掏出来用上。其实缸内直喷说先进也不怎么先进,毕竟积碳问题还是没解决,只是从原来的歧管喷射积碳在歧管内有些甚至回到了节气门,到现在后移到了气缸活塞里还有排气管前段而已。真正的缸内直喷应该要做到喷油嘴的雾化效果更好,毕竟在气缸内与空气的混合时间太短了,就像本田的机油增多门,就是部分油液喷到了缸壁,雾化都雾不了多少直接打上面给刮油环刮机油那循环去了,虽然是可以气化通过强制通风管回到节气门进气歧管那,不过那些车在的地方天气比较冷,开的路程又短,机油还没热得起来,汽油都差不多加满了油底壳了。即使不是本田,大众的缸内直喷的积碳真的也很厉害,就像ea888,而且还烧机油。所以本质上用的技术是最先进,但问题就是所谓的不成熟就是没经过时间的推敲匆忙上阵。即使混动车型也是,所以现在要是能想普锐斯的重混车型太少了,虽然技术真的省油,但是价格真的经不起市场的推敲。总的来说,以后缸内直喷技术成熟,混动技术跟价格到一个相对平衡的阶段,以后能省很多油的车也应该随着时代的进步而出现。


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但是确实目前新出现的一些混动发动机不再使用直喷发动机,而是回归到原来的气道喷射技术,举两个有代表性的例子:

(1)本田最新的热效率高达40.6%的iMMD混动2.0L发动机,这个和丰田的混动系统一起获得了2019年的沃德十佳发动机称号(图4),这个发动机专门为本田混动设计,采用了阿特金森循环和高压缩比来提高热效率。

这种混动方案在车速80Km/h以下发动机不会直接驱动车辆,这时候发动机即使启动工作,也只是发电,就像一个增程式用的发动机一样。

在高速情况超过80Km/h时速发动机才会直接驱动车辆。这时候用发动机的话正好是发动机效率比较高的时候,更经济,也避免了电机高速下电耗过大的问题。

(2) 018 年日本日系乘用车的销售冠军日产 Note。在购买Note的用户中有超过 70%的消费者选择 e-Power 车型。Note e-Power被日产称为“一台能自己发电的电动汽车”。这是一种新的混合动力尝试,发动机只发电,永远不参与直接驱动车辆。日产为Note e-Power选择了一个1.2L三缸自然吸气气道喷射发动机,这个发动机是在原来日产传统的1.2L三缸自然吸气气道喷射发动机的基础上针对发电需求专门优化的,提高了压缩比,采用了米勒循环和每个汽缸两个气道喷射喷嘴的方案来提升热效率,采用DLC涂层来降低摩擦。图7-图9

这些新的混动系统发动机没有采用直喷技术的原因主要有两点:

1.目前一些新的混动方案中发动机主要负责发电,这样发动机可以专门设计在最高效率区域运转。原来直喷技术带来的高性能,快速响应,低速扭矩等性能已经不需要了,全部交给电机来完成,因此直喷就不是必须的了。

2.这类发动机只需要考虑定点运行,保持最高效率,因此采用气道喷射更简单,成本也更低。

最早的混动方案的主要开发思路都是用电机来帮助发动机提高效率,比如丰田的活动方案。最近新的一些混动方案的想法完全反过来了,是要用发动机发电来帮助电动机,减小电池容量,降低成本,提高续航,降低对充电桩的依赖等。前面讲到的本田和日产Note e-Power,以及很多增程式方案都是这种思路。这种思路下开发的发动机运行工况非常简单,技术的趋势就是简单高效,不需要特别多复杂高成本的技术。

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直喷增压发动机有几个固有问题目前不易解决,这些问题恰好在混动构型上体现的更加明显。

1.在大负荷区域因加浓的原因PN值无法满足国六及以后限值要求。所以要加GPF,这对成本有压力。

2.冷启动有机油稀释风险,混动构型中冷起动的机会数倍于传统燃油车,风险更大。传统MFI不存在此问题。

3.混动构型会令发动机频繁启停,对润滑有更高要求,非增压机对润滑的需求会低一些。

4.非增压机的系统复杂性低一些,匹配混动构型更简单。

所以,目前发展混动最好的日本主要是非增压直喷GDI+阿特金森循环发动机。


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