聊聊混动第四期|好插混源于好发动机
水滴 秦志聪 | 2023-12-29
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对于插电混动车型来说,有几个比较重要的技术需要跨越,一个是高效率发动机,一个是机电耦合系统,现在叫DHT。2017年前后,广汽分别在这两个领域取得了重大突破,顺理成章的, G-MC插电混动系统问世了。
在插混车型的设计理念中,纯电续航里程才是日常通勤的主力,用电网中低廉的电力拉低整体用车成本。买了插混车型,只加油却不充电的大冤种应该是不多的。但作为向燃油车型向纯电车型过渡的一种中间态产品,其主要卖点中,除了纯电驾驶质感外,还包括快捷的补能方式、更长的综合续航、更低的综合油耗。即可以用燃油补充续航里程,也可以用电的消耗代替一部分油的消耗。
这一切成立的基础,建立高效率的发动机上。
相较燃油车所用的发动机而言,混动专用发动机并不需要那么的全能。由于仅需要在发电,高速状态下直驱等工况下工作,并且可以借由电机的帮助,直接拉升转速,越过启动时的低效工况。它的高效区间或者较为高效的区域,可以不用覆盖太广的转速、扭矩范围。在插混技术发展的早期,串并联插混系统的架构中,甚至没有发动机直驱工况,发动机仅仅作为续航补充器的存在,发挥着类似于增程式中增程器的作用。高效区间更可以不必过于在意广度,仅需在意高度,也就是追求更高的最高热效率即可。
另一方面,原本发动机前端用来带动传统汽车空调压缩机等部件的轮系,现在有了电池和电机的供电,可以直接取消。设计上可以进行一定的简化,除了缩小体积外,还可以将更多的效率用于发电或驱动车辆。
不用全能,负载的部件又少了,看起来研发一款高效率的混动专用发动机挺简单的。但事实并非如此,难就难在这个高效率上。
就像我们在第一讲中说的,发展了上百年的内燃机,正慢慢接近着理论最高热效率水平去,就像显卡一样,性能上的进步已经开始挤牙膏了。大体上都是通过各种措施,减少摩擦、排气、泵气和冷却损失。最终导向的结果,可能是发动机热效率相比上一代足足提升了1%。
上一次工程师们想出来的可以大幅度提升发动机热效率的方法,叫米勒循环或阿特金森循环。二者有细微差别,但原理基本一致。就是在四冲程发动机做功过程中,通过控制气门关闭时间,实现膨胀冲程大于压缩冲程的效果,达成提升压缩比的目的。简单来说就是燃烧更少的汽油空气混合物,获得更大的膨胀体积,以提高发动机效率。
比如,马自达采用进气门早关的方法,配合机械增压,达成的米勒循环。马自达代表性的发动机技术,除了转子发动机,就是应用了奥托、米勒双循环的创驰蓝天发动机。它的前身是1993年马自达第一台应用米勒循环的KJ-ZEM六缸发动机,这台发动机被搭载首先搭载在马自达Millenia上。说句题外话,这车的名字发音也挺像中文米勒的。
丰田则在混动车型发动机上,采用进气门延迟关闭的方法,达成同样的效果,为了区别于马自达的方法,也问为了规避被马自达注册的名称,用了个阿特金森循环的称呼。
广汽取得的突破之一,就是掌握了1.5L ATK阿特金森发动机技术。
ATK即Atkinson的简称,在当时这台发动机是国内唯一实现量产,且具备完全知识产权的阿特金森发动机,压缩比高达13:1,与采取奥托循环的发动机相比,节油10%。配合广汽自主研发的GCCS燃烧控制专利技术,再度提升22%的燃烧速度,油耗降低15%。
在此基础上,广汽开发了第一代机电耦合系统。同期,比亚迪与上汽也在插混技术方面有了新的突破,而在此之前,市面上仅有大众的P2电机方案、本田的i-MMD、丰田的THS、上汽的EDU等少数可将电机系统、传动系统、离合器集成于一体的动力分配系统。
有意思的是,也正是因为这款高效发动机的存在,广汽的机电耦合系统G-MC 1.0与自主品牌当时另一套插混系统上汽EDU在结构上走上了截然不同的路径。关于这一点,我们放在下一次来讲。