混动汽车工作原理(“内燃机的救命稻草”—市面上的混动平台解析)
来源:峰值财经 发布时间:2024-05-20 浏览量:次
文:懂车帝原创 李豪亮
[懂车帝原创 产品] “弯道超车”曾经是国内汽车市场对未来的美好憧憬,被激活的电动“玩家”大量注入,而混动逐渐成了“落伍”的产品。的确燃油车时代已走过120年,如今汽车工业正在发生变革,电动化、智能化以及互联化已经成为不可逆行的发展趋势。但是随着新势力的热度褪去,政策放缓,购买力不足,“弯道超车”被提及的越来越少了,反而国内的厂商也重归“平稳“,曾经看似被弯道超越的“混动技术”再次得到重视。那么今天我们就一起来盘点一下混动车型的分类,以及国内市场上最常见的混动平台。技术没有优劣,但是技术的优缺点我们应该做到,哑巴踢毽子——心中有数。
混动的意义和分类结构
首先,混动的出现源于发动机的天生无法突破的结构劣势,所以需要通过动力混合的形式,让能量的产生与传递更加的高效节能。而混动就是为了避免发动机出现的不利工况。
- 避免发动机转速剧烈变化
- 避免发动机转矩剧烈变化
- 避免发动机工作在低负载工况
- 避免出现制动能量浪费
如何来解决以上问题,就是所有混动的技术的出发点,通过增加另外一种动力源,比如最常见的电机可以实现我们想要达到这种效果。这时我们就要抛出一个新的概念就是“P0-5”。这个概念其实很好理解,它是将电机根据位置的不同而编号,从而无论是技术描述还是实际操作都有了一个潜在的标准。那我们先来解释一下关于各个编号代表的电机位置,和它特点和应用。
- P0 电机布置于发动机前段,核心一般是一台BSG电机,一体化启动/发电机的作用。
(常见的应用为奔驰M264 1.5T发动机-48V轻混系统)
- P1 电机布置于发动机输出端,核心一般是一台ISG电机。同样一体化启动/发电机的作用,电机转子与发动机曲轴相连,比BSG功率更大,功能更多。
(常见的是奔驰 M256 3.0T发动机-48V轻混系统)
- P2 电机布置于发动机与变速箱中间,即发动机输出端,靠变速箱一侧。与发动机和变速器之间都存在离合器,可以实现发动机的单独隔离,也可以实现发动机与电机并联。
(常见的是大众GTE系列的并联混动结构)
- P2.5 电机集成变速箱内部,不需要额外的动力耦合装置,结构简单,成本低。
(常见的是吉利CMA平台7DCT变速器的混合动力结构)
- P3:驱动电机布置在变速器后端,与输出轴直接连接,无法直接启动发动机,效率高,功率大同时体积也较大。
(常见的是比亚迪DM系列的混合动力结构)
- P4:电机布置在前/后桥,单独作为驱动模块输出动力。
(常见的比亚迪/长城 WEY 等电动四驱混动结构)
- P5:将电机装在轮毂内,不经过机械机构传递,直接驱动车轮,结构复杂不好布置。
(常见的是高性能概念车/赛车)
所以P0-5电机各自各自的特点和优劣势,各家厂商也会通过自己的技术偏好以及产品需求采用不同的混动模式。我们就从P0-P5依次说一下现阶段的市面上常见的混动类型以及他们的优缺点。
常见的混动结构
- 奔驰的48V轻混系统
奔驰的48V轻混系统,已经逐步成为最新车型的标准配置,M264(1.5T涡轮增压发动机)以及M256(3.0T 涡轮增压发动机)虽然都有48V轻混系统加持,但是采用的电机布置方法是完全不同的。
M264 发动机,采用的是BSG电机也就是P0电机的布置方案。通过BSG电机整合启发电机功能实现主要包括快速启停、能量回收,发动机转速辅助等作用。
- 优点:结构改动小,成本低,实现降低油耗和有害排放提升发动机效率等作用
- 缺点:对发动机动力及油耗改善有限,属于轻度混合动力
M256 发动机,采用的是ISG电机,也就可以理解成P1电机的布置方案,通过ISG电机转子与发动机曲轴相连,同时可以实现起发电机以及动力辅助的作用,而且ISG可以实现与发动机的分离,实现发动机完全关闭,是比BSG电机功能更加全面的轻混方式。
它可以一方面负责对内燃机启动,一方面在发电模式下为48V锂电池充电。实现对发动机快速启停、发动机助力、滑行、能量回收等功能。值得一提的是,ISG在助力模式下,可以提供最大输出功率为16千瓦,最大扭矩250牛·米的动力;在滑行模式下,可以实现发动机完全关闭,进一步提高能效。
- 优点:包含BSG的功能,且可以实现一定的动力功率扭矩补充,发动机可以完全关闭,能效进一步提升
- 缺点:结构成本更为复杂, 现阶段只搭载在更高水平的发动机上
- 大众的GTE混动结构
首先我们来介绍一下大众GTE混动结构,它采用的是P2单电机加双离合的结构,电机布置与发动机与变速器之间,再加上两个离合器分别与发动机和变速器隔离。
P2表示电机位置,K0为左侧的离合器,断开时与发动机动力隔离,K1(变速器一侧离合器)结合变速器驱动车轮,实现纯电模式行驶。当发动机通过离合器K0连接电机,再通过离合器K1结合变速箱驱动车辆前进,则为混合动力模式。
- 优点:发动机与电机实现纯机械传动,效率高、对动力和油耗优化明显、电机的成本低
- 缺点:无法实现纯发动机工况形式,对电池电量的依赖严重
- 吉利 CMA 插电混合动力结构
吉利CMA平台的PHEV车型,采用的是7DCT双离合混动结构,利用双离合的结构优势,在变速箱内集成一个驱动电机,并联在变速箱的输出端,实现辅助驱动、纯电动行驶与发电三种功能。 其中1/3/5/7 挡位是纯发动机驱动,而2/4/6可以和电机耦合。这样的方法简单只给,虽然很暴力,但是也能充分发挥混合动力的优势。
纯电模式:C1+C2 都断开,由电机单独驱动车轮
混动模式: 1/3/5/7挡位,C1 闭合+C2断开,发动机和电机并联驱动或发动机驱动车轮并给电池充电
2/4/6 挡位,C2闭合,发动机和电机耦合进行混合动力输出
纯发动机:根据工况和档位选择C1或者C2结合
优点:成本低、结构简单、对动力和油耗的优化明显
缺点:传动效率低,平顺性差,城市路况油耗偏高,双离合结构容易老化
- 比亚迪 DM3 三擎四驱混动结构
在比亚迪最新的唐DM,宋Pro DM上都搭载了最新的DM3混合动力结构,也就是三擎四驱的混动结构。这套结构采用了3电机(BSG电机 /P3/后轴 P4)机构,从而实现纯电驱动、HEV串联驱动、HEV并联驱动、纯发动机驱动等多种工况。
比亚迪采用的是以数量取胜的方式,电机数量多,能实现的工况也多,在我们的实测节目中也确是展现出出色的动力和节能效果,但是电机数量导致结构复杂,制造和维修成本自然不低,也有人笑称“技术不够,电机来凑”。而且电量对混动效果的影响也是比较大的,想要保持高性能就要注意对电量的保持。关于比亚迪DM的解详细信息,可以去重温一下我们之前的详细评测节目。《懂车评测 比亚迪宋Pro》
- 丰田和本田的混动结构
先说丰田THS(Toyota Hybrid System)采用的是2.5L自然吸气发动机+ECVT+双电机的结构(MG1:小电机主要用于发电、MG2:大电机主要用来辅助驱动),这套系统很多人的开篇都是,这是一套在熟悉不过的系统。不过到现在为止,他依然是一种世外桃源般的存在,丰田THS重混,是为数不多的采用功率分流型的混动系统,以行星齿轮结构的ECVT变速器是这套混动的核心。
简单来说,就是用行星齿轮结构通过双电机和发动机的耦合,避免发动机的不利工况。电机用来配速的同时可以发电或者驱动,通过一种类似“杠杆“的原理来时发动机尽量保持高效工况,这就是混动系统优势。当然这套系统也有自己的弊端,就是在高速情况下,行星齿轮结构并不能实现发动机的单独工作,而其中主要负责发电的电机需要被迫放电来平衡发动机的转速,进而产生浪费,这就出现了丰田混动高速不如低速省油的结果。
- 优点:行星齿轮结构动力耦合平顺,节能效果出众
- 缺点:行星齿轮结构电机与发动机相互限制,部分工况出现能源浪费,高速的节能效果不如低速
而本田的i-MMD系统,官方称之为Sport Hybrid,2.0L自然吸气发动机+ECVT+单电机的系统结构,驱动电机的最大扭矩达到315牛·米,最大输出功率达到135千瓦,确实比凯美瑞上电机的105千瓦,270牛·米大一些。
但是不同的是本田的发动机和电机不会出现动力耦合,驱动工况在起步和急加速阶段阶段都是电机单驱,发动机来给电机供电,电池也同时给电机供电,特性更接近与增程式混动车。而当高速巡航状态下,发动机会最为主要动力源驱动车辆,而此时电机的作用则是辅助驱动,调节负载。
- 优点:可以实现纯电和纯发动机行驶,ECVT变速箱表现优异
- 缺点:并不以性能见长,2.0L自然吸气发动机高速表现羸弱
当然混动的形式还有很多种,比如最近很火的理想One 采用的增程式混动系统以及发展更早的通用的混动平台等等,这里只是向大家展示了市面上关注度比较高的厂商和平台。混动形式虽然有千万种,但是目的只有一个,就是让汽车的性能更加全面均衡,能源的利用更加高效环保。对于终将到来的新能源时代来说,混动并不应该被定性为“终将被取代的技术”。相反,他不仅是电动化过程实现弯道超车的“捷径”,而且对于内燃机的簇拥者来说,混动技术就像是救命稻草,也许有一天,混动这种共生关系,会成为市场上最理想的终极产物。