新闻是有分量的

未来汽车的动力系统会如何发展

2018-04-06 14:37栏目:聚焦

这一篇我们来谈谈未来汽车动力总成会如何发展汽车已经发展了一百多年了,主要的动力还是内燃机,分为汽油机、柴油机、燃气机等。这些动力系统在不同的领域扮演着多种角色。汽油机主要用于乘用车,就是大家平时开的轿车、SUV等等,具有重量轻、噪音低等特点。柴油机用途广泛,从乘用车(欧洲为主)、商用车(牵引车、货车等)到游艇、轮船、发电机、农用机械等等工业领域都有它的身影。柴油机的特点是扭矩大、马力大、重量大、噪音大、排量也可以很大。大排量柴油机可以有几千马力,几百上千升的排量,用于推动巨轮前行。燃气机在商用行业也占有一席之地。

当我们聚焦到汽车领域,则可以发现近五年来,各种形式的动力系统被不断地推向市场。究其原因是排放法规不断加严,能耗要求不断提高,使发动机不但要更清洁,而且要更高效,从而逼迫发动机不断地提升热效率。汽油机的热效率已经突破40%了,这个数字已经是量产技术可以做到的极限。柴油机则不断接近50%,也是现有量产技术能做到的极限。马自达宣称新一代的创驰蓝天汽油发动机有望突破50%,百公里油耗低至3.5升,这是个令人振奋的消息,让我们拭目以待。

我们国家内燃机工业起步晚,零部件产业链技术落后,在传统内燃机业务上想要接近直至超越老牌内燃机对手,可能还需要几十年的磨练。国家考虑推广新能源汽车,期望在基本相近的起跑线上,实现弯道超车。当然国家能源安全也是推广新能源车的考虑因素之一。有了新能源车的加入,汽车的动力总成就丰富了起来。发动机也迎来了新一轮的变革。我们从电气化介入的深度,由浅至深地说。

在很长的时间内,发动机都是自然吸气的。所以那时候的发动机排量大,功率小,四升排量的发动机甚至达不到现在2.0T发动机的功率。所以到现在,涡轮增压发动机(带T的发动机)已经大幅代替了传统的自然吸气发动机。得益于涡轮增压系统,发动机可以做到很小的排量输出较大的功率,在某些工况下,油耗也会进一步得到下降。发动机的上一轮变化是增压化。在新能源的趋势下,我认为发动机的下一次变革是电气化。就像现在大家习惯于说到发动机就说是不是涡轮增压的,未来大家说到发动机就会说是不是带电的。

发动机的电气化有不同的深度,根据电气化深度的不同也叫做混合动力类型的不同。其实最轻微的发动机电气化(微混Micro Hybrid)大家已经在使用了,就是发动机起停系统(start-stop)。这是基于原有发动机的电压(乘用车一般是12V),利用启动电机或蓄能器在等红灯或短时间停车时将发动机熄火,以达到节油目的的技术。当然,马自达的起停是另一种原理,此处暂不详述。由于电压不高,启动功率不大,蓄电池容量也不大,所以大家会发现发动机停止的时间并不长,而且做得不好的话启动过程还挺恼人的。

汽车零部件,汽车动力系统,汽车发动机


为了进一步降低油耗,使发动机停止时间更长,欧洲厂商于2013年开始开发了48V轻混系统(Mild Hybird)。48V轻混系统最核心的意义在于其增加的成本不高,大多只有几千元,而节约燃油多于微混,约6-15%。由于48V系统的最高电压54V低于欧洲ECE R100法规的直流电压60V的规定,故不需要做额外的防护措施。并且整车布置改动较小,主要集中在发动机上,研发成本较低,是一个性价比较高的方案。提高的电压可以带动更大功率的起动机,可以用容量更大的电池(1kwh以内,远小于新能源车的动力电池容量),零部件供应商开发了BSG和ISG,分别可以装在发动机前端和后端,用来启动和助力发动机。其助力扭矩范围为40Nm到250Nm。受限于电压,其持续时间并不长,功率不高。说到这里,48V系统的作用也就说了大半了。

总结一下,48V有以下作用:

1、提高发动机启动速度(0.2-0.4S,普通发动机为0.5-1s),延长发动机熄火时间。可以在车速20Km/h以下就熄火滑行,甚至在高速公路下坡的时候挂空挡熄火滑行。普通发动机千万不要这么做,因为发动机熄火后,转向、刹车均处于失效状态。但是48V发动机启动非常快,所以在需要的时候发动机会瞬间启动,提供刹车的真空度。48V的车辆转向机也是电动助力的,如果需要转向,在发动机熄火期间由蓄电池提供足够的电量来帮助转向。