为何没有柴油混合动力的汽车丨析技

时间:2019-09-25 来源:www.ican-cintest.com

新车新技术2019.9.5我要分享

记者张一一

主编魏文

在环保时代,传统内燃机的日子变得越来越困难,电动汽车更准确地说是电动汽车。他们还太年轻了。从运输的角度来看,耐力是核心的缺点。因此,Hybrid在当前的政策环境中成为了一个很好的解决方案。

事实上,即使没有政策压力,石油和电力的结合也是一件好事,因为它可以满足每一个需求,发展优势并避免弱点。之前提到过纯电动短板,对于纯燃料汽车来说,效率低下也是一个不可改变的事实。即使在实验室中,传统的活塞式发动机也很难达到50%的热效率。现在我们听到的热效率是最高的热效率。它仅在发动机的某些特殊操作条件下发生。在实际的城市道路中,很难将发动机保持在最高热效率区域。最简单的例子是等待红灯,此时热效率几乎为零。

该图的上半部分是最高热效率区间

一个优秀的混合动力系统可以解决这个问题,以本田的iMMD为例。在低速或停车时,发动机关闭以从电池提供能量;在日常驾驶过程中,电机调节发动机的运行状态,使发动机保持在最高的热效率范围内;当高速行驶时,发动机直接驱动车轮,因为发动机本身处于最大热效率范围内。

可以看出,一个高效的混合动力系统首先必须有一台热效率非常高的发动机,其次是一个优秀的能源管理系统,用于调节油电切换以及发动机的工作转速。但这里也有一个问题。为什么目前的混合动力车型很少使用更高效的柴油发动机?柴油机和高效的混合动力系统结合在一起不是很好。事实上,柴电混合动力车的例子很多,比如火车、潜艇和轮船。在汽车方面,标致和奔驰都尝试过这种混合。没有主流的原因是我认为有三个原因。

标致3008 Hybrid4是一款柴油混合动力车

首先是成本因素。由于结构上的差异,在相同的动力和技术水平下,柴油机比汽油机贵15%左右。主要是由于供油系统和涡轮,柴油机是压燃式的,所以燃油喷射压力可以达到2000巴,而目前汽油机的喷射压力为350巴。另外,柴油的价格也是个问题,欧洲和国内的柴油比汽油便宜,但美国的柴油更贵。

第二,环境问题,这是我认为最重要的原因。在发射之前,仍然需要为柴油发动机的工作铺平道路。所谓的压缩点火实际上并不准确。柴油发动机在压缩冲程期间仅是压缩空气。它只在到达上死点后喷射,然后用高温空气点燃柴油。如果整个燃烧过程被切断,则在燃料喷射之后,高压喷射的柴油不会被点燃(停滞期),因为燃料周围没有足够的氧气。之后,油滴逐渐扩散,并获得足够的氧气开始燃烧(爆炸期),但此时,局部燃料过浓,产生烟尘,这是现在严格的颗粒物质限制。随着燃烧的进行,燃烧室内的温度上升(燃烧后期间),而最外面的氧气没有耗尽,过量的氧气导致产生氮氧化物,这也是非常不友好的产品。

紫色部分是未燃烧的柴油,蓝色和橙色部分产生烟灰,最外面的紫色部分产生氮氧化物

这张照片可以更直观地看到柴油燃烧的过程

简而言之,柴油发动机的燃烧模式是燃烧和燃烧,并且整个过程比汽油发动机的燃烧模式长得多,因此氮氧化物和颗粒物质更难以控制。如果减少氧气,你能控制氮氧化物吗?这不能说是一种解决方案。燃烧不足导致更差的结果,例如增加的燃料消耗,增加的颗粒物质等,并且即使氧含量降低,扩大燃烧的方法也不会阻止氮氧化物的形成。为了解决这些问题,只能找到排气侧。为了中和氮氧化物,可以选择氨NH 3,氨NH 4 OH或尿素(NH 2)2 CO。然而,氨和氨的气味太大,难以接受,因此通常用尿素还原。但尿素不像三元催化剂,它是一种消耗品,需要定期添加。

蓝色的覆盖物是添加尿素的地方

回到混合的话题,如果没有处理柴油机废气,就会违反环保的初衷;如果为环保添加如此大的东西,制造商和消费者即使柴油效率更高也会增加成本,但价格仍然不受欢迎。最后,柴油与混合动力车的匹配问题。电动机的扭矩曲线非常低,并且随着速度的增加逐渐衰减。柴油发动机相似,扭转力小,周转率高,因此实现两者之间的互补关系并不好。柴油发动机的这种特性也是由其结构引起的。还有人说柴油燃烧相对较慢。如果速度持续增加,则燃烧将不足,因此柴油发动机不能使用太高的速度,通常高达4000rpm,并且船中使用的低速柴油发动机可以低至300rpm。另一方面,汽油发动机,其燃烧是追求均匀燃烧。在点燃火花塞后,应首次尽可能多地引入气缸中的混合物。因此它更适合高速运转,自然吸气式发动机的最大扭矩点一般在4000转以上,但低扭矩太弱,但这与电机完全互补。

成本,排放和匹配三个因素决定了柴油混合动力系统尚未成为主流。此外,柴油发动机本身非常省油,并且不需要将其与混合动力系统匹配。这也体现了“如果你不必添加实体”的想法。

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记者张一一

主编魏文

在环保时代,传统内燃机的日子变得越来越困难,电动汽车更准确地说是电动汽车。他们还太年轻了。从运输的角度来看,耐力是核心的缺点。因此,Hybrid在当前的政策环境中成为了一个很好的解决方案。

事实上,即使没有政策压力,石油和电力的结合也是一件好事,因为它可以满足每一个需求,发展优势并避免弱点。之前提到过纯电动短板,对于纯燃料汽车来说,效率低下也是一个不可改变的事实。即使在实验室中,传统的活塞式发动机也很难达到50%的热效率。现在我们听到的热效率是最高的热效率。它仅在发动机的某些特殊操作条件下发生。在实际的城市道路中,很难将发动机保持在最高热效率区域。最简单的例子是等待红灯,此时热效率几乎为零。

该图的上半部分是最高热效率区间

一个优秀的混合动力系统可以解决这个问题,以本田的iMMD为例。在低速或停车时,发动机关闭以从电池提供能量;在日常驾驶过程中,电机调节发动机的运行状态,使发动机保持在最高的热效率范围内;当高速行驶时,发动机直接驱动车轮,因为发动机本身处于最大热效率范围内。

可以看出,高效的混合动力系统必须首先具有非常高的热效率的发动机,其次是用于调节油电转换以及发动机运转速度的优异的能量管理系统。但这里也存在问题。为什么目前的混合动力车型很少使用更高效的柴油发动机?柴油发动机与高效混合动力系统相结合并不是那么好。实际上,有许多柴油 - 电动混合动力车的例子,例如火车,潜艇和船只。在汽车方面,标致和梅赛德斯都尝试过这种混合方式。没有主流的原因是我认为有三个原因。

标致3008 HYbrid4是柴油混合动力汽车

首先是成本因素。由于结构上的差异,在相同的功率和技术水平下,柴油发动机比汽油发动机贵15%左右。主要是由于供油系统和涡轮机,柴油机是压缩燃烧的,因此燃油喷射的压力可以达到2000巴,而目前的汽油发动机喷射压力是350巴。此外,柴油的价格也是一个问题,欧洲和国内的汽油比较便宜,但美国的柴油价格更贵。

其次,环境问题,这是我认为最重要的原因。在发射之前,仍然有必要为柴油机工作铺平道路。所谓的压缩点火实际上是不准确的。柴油机在压缩冲程期间仅是压缩空气。它只有在到达上止点后才喷射,然后使用高温空气点燃柴油。如果整个燃烧过程都被切断,则在燃料喷射之后,由于燃料周围没有足够的氧气,高压喷射的柴油不会被点燃(停滞期)。此后,油滴逐渐散开,并获得了足够的氧气以开始燃烧(爆炸期),但此刻,当地燃料太浓,产生了烟灰,这是现在严格限制的颗粒物限制。随着燃烧的进行,燃烧室内的温度升高(燃烧后的时间),而最外面的氧气没有耗尽,过量的氧气导致产生氮氧化物,这也是一种非常不友好的产品。

紫色部分是未燃烧的柴油,蓝色和橙色部分产生烟灰,最外面的紫色部分产生氮氧化物

这张图片可以更直观地看到柴油的燃烧过程

简而言之,柴油机的燃烧方式是扩散燃烧,整个过程比汽油机长得多,因此氮氧化物和颗粒物更难控制。如果减少氧气,可以控制NOx吗?不能说这是一个解决方案。燃烧不足会导致更坏的结果,例如增加燃料消耗,增加颗粒物等,并且即使氧含量降低,扩大燃烧的方法也不会阻止形成氮氧化物。为了解决这些问题,只能找到排气侧。为了中和氮氧化物,可以选择氨NH 3,氨NH 4 OH或尿素(NH 2)2 CO。但是,氨的气味和氨的气味太大,难以接受,因此通常用尿素将其还原。但是尿素不像三元催化剂,它是一种消耗品,需要定期添加。

蓝色的盖子是添加尿素的地方

回到混合的话题,如果不对柴油机废气进行处理,将违反环境保护的初衷;而且如果增加这么多环保的东西,即使柴油效率更高,制造商和消费者都将增加成本,但是价格仍然不受欢迎。最后是柴油与混合动力汽车的匹配问题。电动机的转矩曲线非常低,并且会随着速度的升高而逐渐消失。柴油发动机是类似的,具有低扭矩和高周转率,因此在两者之间无法实现互补关系是不好的。柴油机的这一特性也由其结构引起。也有人说柴油燃烧比较慢。如果不断提高速度,燃烧将不充分,因此柴油机不能使用太高的速度,通常最高可达4000 rpm,而船上使用的低速柴油机则可以低至300 rpm。另一方面,汽油发动机的燃烧正在追求均质燃烧。火花塞点火后,应在第一时间将气瓶中的混合物尽可能多地引入。因此它更适合于高速行驶,自然吸气发动机的最大扭矩点通常在4000 rpm以上,但是低扭转力太弱,但这恰好是对电动机的补充。

成本,排放和匹配度这三个因素决定了柴油混合动力系统尚未成为主流。此外,柴油发动机本身非常省油,因此无需将其与混合动力系统匹配。这也体现了“如果不必添加实体”的想法。