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柴油機發電效率極高,為什麼不用來做增程器?不能吊打現在的?

作者:Hi科普啦

在保證重量和驅動效率不發生重大改變的前提下,要想讓目前的新能源汽車大幅增加續航,内燃機領域成為一條不可忽視的探索路徑。

我們熟知的PHEV(插電混動)和REEV(延程式電動車)專注于汽油機技術,然而,似乎在這個追逐效率的競速中,柴油機的身影被人們遺忘。

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論及工作效率,柴油機可謂在汽油機領域獨領風騷。在燃油車時代,以大衆的TDI和TSI發動機為例,TDI的油耗表現幾乎碾壓TSI。以同款高爾夫為例,柴油版高爾夫的油耗不到5升,而汽油版則在7升左右徘徊。

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這種差距在尺寸更大的車型上更為顯著,以大G為例,柴油版的油耗僅約為10升左右,而汽油版卻穩定在15升以上。

這就讓大夥感到很奇怪了,為何驅動效率如此之高的柴油機,在如今的混動車技術中就變成了小透明?

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柴油機工作原理:擠壓力的奇迹

1897年,德國人魯道夫制造了世界上第一台柴油發動機,20世紀初柴油機開始在船舶、汽車、機車和電力等領域得到廣泛應用。并且,一戰期間柴油機在潛艇上的應用使其在戰争中發揮了重要作用。

可以說柴油機很大程度上推動者現代工業的發展。柴油機的工作就像一個小型的氣壓泵。它的工作過程可以分為四個步驟,我們稱之為"四沖程":吸氣、壓縮、做功和排氣。

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就像我們吸氣一樣,柴油機的活塞在缸内向下移動,形成一個空間,空氣就被吸入這個空間。接着,活塞向上移動,把吸入的空氣壓縮,就像我們用手擠壓一個氣球。這個過程會使空氣變得非常熱。

當空氣被壓縮到一定程度時,柴油被噴射進去。柴油遇到高溫高壓的空氣會自燃,産生大量的熱能,這個熱能推動活塞向下移動,就像氣球被擠壓後突然放開,氣體的膨脹力會推動氣球飛出去。

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這裡主要涉及到了柴油的兩個性質,高壓縮比和自燃特性。

壓縮比是指壓縮前和壓縮後的比值,而高壓縮比意味着柴油機能夠更徹底的進行壓縮以獲得更大的能量,這主要是因為柴油發動機壓縮時隻有空氣在進行壓縮,即便是有很高的壓縮比,也不會産生提前爆燃的情況。

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自燃特性代表着柴油在氣缸中更容易自燃,推動活塞運動,這也是使得柴油機效率高出汽油機15%左右,可達45%的原因。

正因為如此,像大型機動車因為體型巨大,油耗量十分驚人,是以都是用柴油機作為内燃發動機。像拖拉機,或者大貨車這樣的機動車如果使用汽油機的話,那我們的農民伯伯和司機大叔可能就要貸款上班了。

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混動困境:柴油機為何被抛棄?

現在新能源汽車,為了解決續航問題,推出的混動汽車便是在内部配備了内燃機作為增程器,利用燃油和電力混合驅動來增加解決續航焦慮。

如果是為了增加續航,為何抛棄了效率更高的柴油機,反而選擇了汽油機呢?

在過去的兩十年裡,國内汽車市場一直由汽油機主導着發展潮流。我們的技術路線一直圍繞着小排量汽油機的研發和生産展開。

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這使得設計和生産與PHEV以及REEV技術路線比對的小排量汽油機成為了一項相對低成本、難度相對較小的任務。這種技術取向的持續發展使得小排量汽油機成為主流選擇。

相比之下,生産一台可靠、穩定、優秀的柴油機卻面臨着巨大的挑戰。大陸的産業發展方向較少聚焦于适用于家用車的柴油機技術,這使得底層柴油機技術相對欠發展。

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如今的比亞迪,吉利,長城等生産的專用混動汽油機,效率可以達到40%,而且成本極低,主要是我們技術沉澱足夠。

在各大企業眼中,押寶于柴油機技術路線的投入與回報相比存在更高的風險,是以并未受到過多關注。

總體而言,大陸在柴油機技術的基礎研發方面存在不足,同時面臨着加大專注于柴油混動技術的生産壓力。這種技術滞後以及相對較小的市場需求使得柴油機在混動系統中的應用變得更為困難。

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另一方面,柴油機本身就和新能源這幾個字背道而馳,在混動汽車中,内燃機的工作時間本身就十分有限,而柴油機的啟動和停止過程相對較慢,與混動系統快速切換工作模式的需求形成沖突。

其次,柴油機排放的氮氧化物(NOx)和顆粒物等污染物排放問題可能導緻混動系統整體環保性能的下降,與電動汽車的環保理念不符。

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加之,在人們傳統的印象中,柴油機都是什麼拖拉機、大卡車才會配備的内燃機。因其獨特的工作原理,使其運轉時噪聲十分巨大,這在一定程度上降低了駕駛的舒适性。畢竟誰也不想讓自己的陸上巡航艦變成馬路拖拉機吧。

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當然,還有一點十分重要的原因就是柴油的供應問題。由于大部分的大型機動裝置都采用柴油機的緣故,使得柴油變成了重要的戰略資源。

相比于軍事、工業、農業、交通等領域所産出的效益,将大量柴油流向家用汽車就有點大材小用了。

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混動的未來,共存還是淘汰

話說回來,混動汽車作為一種燃油車向純電新能源的過度手段,也并不需要追求柴油機帶來的那多一點的效率,因為大部分的時間裡,内燃機的使用是極其有限的。

雖說是過度手段,但這種優點混合的驅動方式其實可以帶來很多便利。比如,混動汽車的電池容量和電機功率都比純電動汽車小,是以成本和重量也相對較低,同時也降低了對電池技術和電力系統的要求。

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混動汽車可以根據不同的駕駛模式,調節能源的使用比例,以滿足不同的性能和經濟性需求,例如在城市低速行駛時,可以使用純電模式,而在高速公路上,可以使用發動機直驅模式。

是以,混動汽車還是能堅持很長時間的,未來不會被純電完全替代,而是與純電共存互補,形成多元化的新能源汽車市場。

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結語

是以,并不是柴油機作為混動汽車的增程器不好,相反,就效果而言,是完全可以的,但是汽油機更有成本效益。

畢竟終究電力驅動會代替燃油,何必吃力不讨好的攻破柴油機技術。而且未來也許會出現更好的能源替代,連電池技術都可以放在一邊了。

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