“效率”至上?比亚迪DM-i插电系统好在哪?
说到混动,大多数人可能会想到丰田、本田、比亚迪等等。作为较早涉足新能源领域的自主品牌之一,比亚迪在今年年初披露了即将推出DM-i插电式技术平台的消息。DM-i(智能高效)技术平台相对于其主要销售车型目前使用的DM-p(强劲有力的性能)技术平台,更倾向于节能减排。广州车展期间,比亚迪终于正式亮相DM-i平台,并详细分析了作为DM-i技术平台核心之一的“晓云-插电式专用1.5L高效发动机”。
“最高热效率43%”是比亚迪动力系统的最大亮点。通过一系列技术创新,最大程度地武装了自己,从而攀上了燃油内燃机热效率的高峰。那么,这台看似“不起眼”的1.5L自然吸气发动机有哪些“黑科技”?
阿特金森循环结合高压缩比
阿特金森是汽油内燃机的一种热循环名称。在奥拓循环、米勒循环、阿特金森循环这三个循环中,后者理论上可以说是内燃机热循环销量最高的,而奥拓循环的动力最强。
我们把四冲程发动机的工作过程拆开,得到四个独立的步骤:进气、压缩、做功、排气。其中进气对发动机工况的影响最为重要,阿特金森循环就是延长进气门的开启时间,让压缩冲程的气缸重新排出一部分气体,实现压缩冲程小于做功冲程,提高热效率。
由此可以看出为什么自然吸气发动机最适合阿特金森循环:因为在涡轮增压发动机中,进气门外是正压,气流不能被活塞沿进气门推回,而自然吸气发动机不存在这个问题。当然,涡轮发动机也可以实现压缩冲程小于做功冲程的方式,即提前关闭进气门,但这样会导致充气效率低。
在纯内燃机的动力系统中,阿特金森循环发动机在低速时的扭矩表现并不理想,导致车辆很难完成起步和加速的任务。然而,在混合动力汽车中,电动机将取代内燃机,使车辆在低速时加速。其响应快、扭矩大的特点正好弥补了阿特金森循环发动机的不足,给驾驶者带来良好的驾驶体验。
我们可以看到比亚迪的插电式专用发动机压缩比很高。压缩比高时,混合气在压缩冲程后期的熵值会更高,使得混合气被点燃后燃烧得更快。火焰传播速度的增加使得提高气体膨胀效率成为可能。简单来说就是单次点火后工作效率更高。
应用电气化设计
取消齿轮系以减少摩擦
除了提高发动机本身的功输出,我们还可以通过降低发动机的功率损失来提高热效率。摩擦损失在发动机运行过程中占有重要的比例。
传统发动机通常有许多附件,需要由齿轮系驱动,以直接从发动机输出获得动力。得益于电气化的设计,比亚迪应用了电驱动水泵、电真空泵、电空调压缩机,省去了齿轮和皮带传动,避免了不必要的摩擦损耗。奔驰最新的M254和M256发动机也采用了类似的设计。
此外,比亚迪还应用了活塞连杆总成特殊涂层、曲轴总成轴径优化、低摩擦油封、可变油泵、低粘度机油等技术,使这款最新发动机的摩擦损失比上一代发动机降低了20%。
废气冷却再循环
减少燃料消耗和排放
黄色部分是EGR。
EGR是发动机废气再循环系统,它能将前一次未完全燃烧的废气通过曲轴箱通风管道重新引入气缸,与新的可燃混合气一起进行二次燃烧。
EGR系统通过将冷却后的比热容较大的废气输送回气缸,可以降低发动机气缸内的燃烧温度,从而在一定程度上避免高温下的一些化学反应,减少污染物的产生。同时,EGR的冷却作用也减轻了发动机的散热负担,帮助发动机达到更高的压缩比,只是提高了热效率。
更重要的是,EGR系统将一部分废气重新输送到进气系统的过程,也在一定程度上提高了发动机的进气压力,与打磨后的进气道一起降低了泵气损失。
分离冷却热管理
智能温控更高效
从上面可以看出,发动机的温度也是影响燃烧效率的一个重要因素。温度过高会使发动机爆震,燃油喷射系统必须向气缸内喷射大量燃油进行冷却,造成燃油浪费。温度过低时,发动机会增加喷油量自动预热,在此期间燃烧效率始终较低。
新发动机采用分置式冷却热管理系统,气缸盖和气缸体有各自独立的冷却通道,气缸体中还应用了水套嵌件技术。通过智能算法,系统可以自动调节冷却回路,使发动机温度尽可能维持在最佳工作范围,提高热效率。
比如冬季冷车启动时,这个系统可以让冷却液流量为零,从而快速升温;当气缸盖温度较高时,系统可以独立进行气缸盖冷却循环,不影响气缸盖温度;如果温度持续升高,系统还可以根据温升程度进行小循环或大循环,避免发动机高温爆震。
事实上,除了上述主要方面,比亚迪还将高能点火、充气阀等细节优化运用到了这款最新发动机上,从一点一滴积累,最终取得了热效率最高43%的亮眼成绩。
车书评论
DM-i电源系统是DM-p电源系统的良好扩展。虽然两者都是插电式混动系统,但是性能和客户群体完全不同。DM-i追求低能耗低排放,热效率高,而DM-p则借助电力帮助自己实现高性能,可以说是相得益彰。可以预见的是,在未来,这两套混动系统将使比亚迪能够两条腿走路,满足更多消费者的需求。
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