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大众玩混动,干得过丰田、本田吗?

 景雅图书馆 2022-05-08 发布于江西省
一说到混动,大多数人首先想到的一定是将混动发扬光大的丰田,以及后来居上的本田,甚至是近两年的国产混动代表比亚迪。
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保时捷全球首款混动车
可实际上,混动车早在1900年就由时年25岁的保时捷创始人--费迪南德·波尔舍和他的伙伴路德维希·洛纳联合打造出来了,这款车名叫Lohner-Porsche Semper Vivus,采用了两个前轮轮毂电机驱动,配以一台3.5马力的汽油机负责发电,并且也有用来储存多余电量的铅酸电池,最高时速可达35km/h,续航里程为200km。即使用今天的眼光来看,这辆车的设计理念也是极为先进的,这也让Lohner-Porsche Semper Vivus成为了业内公认的世界上第一辆混动汽车。由此可见,真正的混动鼻祖实则出自德国,而非很多人认为的日本。
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不过由于市场环境,以及技术发展规划等原因,德国车企并没有持续重视混动技术的发展,而在日本车企坚持不懈的攻关下,早在20年前就已经掌握了混动领域的绝对话语权。但这是否意味着德国车企造的混动就不行呢?今天,我们就从大众未来即将量产装车的DHT混动系统来看看,当大众开始决心加入混动阵营后,能否打得过丰田本田!
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大家看到大众DHT混动系统中的“DHT”字眼后,是否直接联想到了长城这两年刚开始推广的DHT混动呢?事实上,DHT并非像丰田THS混动系统(Toyota hybrid system)那样特指某个品牌、形式的混动系统,这是因为DHT的全称是“Dedicated Hybrid Transmission”,也就是混动专用变速箱的意思。由于变速箱直接决定着混动系统的工作方式,因此不少人也将混动变速箱等同于混动系统,并以变速箱的名字来命名混动系统。这也是“DHT”字眼出现在不止一家混动系统名字中的原因。
在结构设计和工作逻辑上,大众的DHT混动系统其实与本田i-MMD没有太大区别,都是串联+直驱的结构。在60km/h以下,发动机带动发电机发电,将电能输送给驱动电机来驱动车辆,多余的电能则储存在电池组内;在减速刹车、下坡等工况下,发动机熄火,电机进行动能回收,把回收产生的电量储存在电池组内;在时速60km/h以上时,发动机通过一组离合器与驱动轴直接相连,此时转变为发动机直驱模式。
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TQ250双电机DHT变速箱
在大众DHT混动系统中,燃油机是一台1.5T四缸发动机,与之匹配的是一台代号为TQ250的双电机DHT变速箱。这台变速箱是由大众和德国知名汽车零部件供应商舍弗勒联合研发的产品,内部集成了一台发电机,一台驱动电机,以及电源管理系统、直流-交流转换系统。当然啦,其实这套结构在本质上与本田的i-MMD没有太多区别,也算是目前最为主流高效的一套混动结构了。
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图源@pkpk1
从参数来看,TQ250变速箱的发电机功率为110kW(150马力),而驱动电机的峰值功率为125kW(170马力)、峰值扭矩310N·m,动力水平与大众纯电动车ID.3相仿。不过受限于电机散热,以及发电机功率、电池容量等限制,所以驱动电机维持峰值动力输出的时间只有60秒,也就是我们俗称的“真男人时间”,更多是用于日常偶发的急加速情况。而在更多的时间内,驱动电机则会以102马力、200N·m的动力稳定输出,基本等同于一台1.4T低功率发动机。
我们这里拿本田的1.5L i-MMD混动系统做一个对比。本田的驱动电机参数为131马力、267N·m,相比处于“真男人时间”的大众混动要略低一些;但比起普通状态下大众混动的102马力、200N·m,本田的混动系统反而有着动力上的优势。当然啦,由于大众的混动系统有60秒的短暂爆发,所以理论上0-100km/h加速能力应该是不差的。但从参数和结构也可以看出,大众的DHT系统并非性能取向,而是像日系混动技术一样主打平顺性和效率表现。
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除了TQ250双电机变速器外,大众还为这套混动系统打造了一台热效率高达41.8%的1.5T混动专用发动机,它也是决定这套DHT混动系统省不省油的核心部件。其实早在高尔夫8海外发布的时候,我们就曾经为大家详细介绍过大众1.5T EA211Evo发动机了。而大众的1.5T EA211Evo发动机又分为低功率和高功率两个版本。此次DHT混动系统专用的1.5T发动机,则是在低功率EA211Evo的基础上改造而来。
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在介绍混动专用1.5T发动机之前,我们先来聊聊非混动版的低功率1.5T发动机都有哪些亮点技术。首先,低功率1.5T采用了奥托循环+米勒循环的双循环设计。奥托循环其实就是最普通的四冲程发动机工作状态,即发动机的压缩比=膨胀比。
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而大众低功率1.5T的米勒循环则是在发动机的进气冲程时提前关闭进气门,来减少发动机的进气量,并在随后将少量的空气膨胀为更大的体积,让发动机运转时的膨胀比大于压缩比。此时,稀薄的空气配合着稀薄的喷油量,最终就能实现降低油耗,提升热效率的目的了。
在这个运转逻辑下,混动版1.5T将发动机的压缩比从原本低功率版的12.5:1进一步提升至了15:1。这是一个非常惊人的数字,要知道如今压缩比超过14:1的汽油发动机,除了大众这台,就只有马自达的压燃发动机了!
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如果你对膨胀比是如何大于压缩比的不太了解,我们可以展开讲一下。简单来说就是,发动机的机械结构压缩比为15:1,可由于发动机在进气过程中提前关闭了进气门,所以发动机没有吸入足够的空气,这里假设从原本15份空气减少到了10份,同时直喷系统向缸内喷油。
随后在压缩冲程中,10份空气混合着汽油被压缩成了1份(压缩比为10:1),而在接下来的做功冲程中,这1份高压混合气体被火花塞点燃,并向下推动活塞运动至下止点后,被膨胀成了15份的体积(膨胀比为15:1)。由于此时发动机的膨胀比为15:1,而压缩比为10:1,膨胀比>压缩比,所以就是俗称的米勒循环了。受到物理热力学定律的影响,当膨胀比大于压缩比的时候,燃烧效率就会增加,也就提升了发动机的热效率。
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不过超高压缩比的米勒循环会带来一个问题,那就是发动机的动力表现,尤其是低扭会变差。但对于大众DHT混动而言,由于在中低速区间是由驱动电机来驱动车辆,发动机在这个阶段只负责发电,所以正好规避了发动机切换到米勒循环后,动力不够强劲的问题。
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同时,大众的1.5T发动机全系搭载目前主流的350bar缸内直喷技术,相比在售1.4T的200bar具备更高的喷油压力和雾化效果,也可以更精准地控制喷油时机,让燃油和空气混合的更加均匀,从而提升燃烧效率。
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此外,EA211Evo发动机还加入了来自保时捷911的VTG可变截面涡轮,这项技术主要是为了弥补米勒循环低转速扭矩不足的问题。电控系统可以通过调整涡轮增压器叶片角度的方式,来达到调整涡轮增压器管径的目的,从而提升增压器的响应速度,降低涡轮迟滞,达到提升低扭的目的。
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需要注意的是,普通1.5T低功率发动机的ACT停缸技术,在混动版1.5T上被取消掉了。毕竟在中低速工况中,混动系统主要是依靠电机驱动的,发动机并不会像普通燃油车那样随着车速和负载的变化出现太大的转速波动,而是始终可以运转在相对最高的热效率转速区间发电。在这种情况下,就不太需要停缸技术来降低油耗了,所以不如取消掉停缸技术,来平衡整套动力系统的成本。
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此外,作为混动车型,车辆的电气设备自然是要由电池和发电机来供电,而非普通燃油车要靠发动机皮带驱动发电机供电。同时,发动机的启动也可以由混动系统的电机直接带动,不再需要启动马达。所以在混动专用1.5T发动机上,大众取消了传统的启动马达,并且空调压缩机也从原本的发动机皮带驱动,改成了电机驱动空调,这样在发动机熄火状态下,车辆的电气系统也能正常工作。其实这个操作在混动车里算是标配,而且诸如全新一代奔驰C级这种采用1.5T发动机配ISG电机轻混系统的燃油车,也都取消了传统皮带结构。
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在一些细节设计上,混动版的1.5T发动机优化了凸轮轴的升程和正时系统,以匹配超高压缩比的米勒循环;同时在活塞、燃烧室造型上也进行了优化设计,以保证发动机具备更好的油气混合效果和燃烧稳定性。
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简单总结一下就是,大众为了适配混动系统,在原本1.5T低功率EA211Evo的基础上,将压缩比从12.5:1提升到了15:1,并且取消了高成本的ACT停缸技术,将原本由皮带传动的电气设备全部改成了电池驱动,并且优化了诸多细节设计。最终,大众将这台1.5T发动机的理论热效率从原本的38.5%,提升到了41.8%。要知道,作为混动系统的标杆产品,丰田的2.5L混动发动机热效率为41%,本田的2.0L混动发动机为40.6%,都要略低于大众的1.5T混动发动机。所以如果未来这台发动机的正式量产版真的可以达到这个水平,那这台1.5T可就是涡轮增压机里的顶尖水准了!
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就像丰田的THS、本田i-MMD,甚至是长城的DHT一样,大众的DHT混动同样可以适配普通HEV,以及插电PHEV两种能源形式。而且得益于DHT结构的存在,所以插电混动版本即使在完全不充电的情况下,也可以做到非常优秀的亏电油耗表现。这一点在丰田、本田、比亚迪等混动系统上都已经得到验证了。
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而对于大众来说,除了这套全新的DHT混动外,还有一套目前在售PHEV车型采用的传统发动机+混动专用双离合变速箱的插电混动系统。像是国产的途观L PHEV、帕萨特PHEV等车型采用的就是这套结构。它的特色是可以在现有纯燃油车的基础上直接通过更换混动专用变速箱(DQ400e),以及增加电池组、充电接口、电控系统,用相对简单和低成本的方式,将传统燃油车升级为插电混动车型。虽然在亏电油耗方面并不能发挥出混动的优势,但得益于传统变速箱的存在,所以车辆的驾驶乐趣是非常不错的,而且动力性也可以得到保证。
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例如大众途观L的插电混动系统,汽油机就是大家熟悉的1.4T EA211发动机,最大功率150马力,最大扭矩250N·m,但得益于116马力、330N·m驱动电机的存在,整套系统的综合功率达到了211马力,综合扭矩达到了400N·m,甚至可以媲美搭载2.0T高功率发动机(220马力、350N·m)的纯燃油版车型了!在这种情况下,PHEV车型还可以提供绿牌“身份证”,对于有充电条件的用户,55km的纯电续航满足一天的短途上下班也足够了。
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而全新的大众DHT混动系统则更加注重效率,没有传统挡位的变速箱结构让它拥有了更好的平顺性,但也在一定程度上牺牲了换挡时的节奏感和驾驶乐趣。未来,这两套系统大概率会共存,以适配给不同需求的用户。要知道,目前比亚迪DM系统采取的就是这样的产品规划:拥有传统变速箱的DM,注重性能和加速表现;取消传统挡位变速箱的DM-i,注重油耗和平顺性。
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不过这里要注意的是,目前大众的1.5T混动系统驱动电机稳定功率只有102马力,扭矩200N·m,甚至比大众1.4T低功率汽油机还低一些。所以我们推测这样的动力水平只能应用于Polo、高尔夫、T-Roc等尺寸较小的车型上。不过目前来看,大众这套混动系统的电机功率还是有不小提升空间的,这是因为通常情况下,混动车辆的驱动电机功率都会略高于发电机。
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例如本田的2.0L i-MMD混动系统,它的汽油机最大只有146马力,但驱动电机却有184马力。当驱动电机需要全力输出时,汽油机和电池一同供电也能满足驱动电机的电力需求。而在中低速匀速行驶时,驱动电机并不需要太高的功率,所以马力较低的发电机也完全可以满足电力需求。至于高速行驶时,又是以发动机直驱为主,同样没有大功率发电的需求。
此时再看回大众的1.5T混动系统,它显然是在驱动电机层面预留了足够的余量,毕竟大众1.5T发动机的150马力要大于本田2.0L发动机的146马力,所以发电量自然更大,此时如果再搭配电池的辅助供电,理论上应对200马力的驱动电机是没什么问题的。所以如果未来迈腾、途观这个级别的车也有混动需求,那只需为现在大众这套DHT换上马力更大的驱动电机就能应对了。如果是匹配PHEV插电混动系统,在外接高功率大电池的帮助下,这套混动甚至可以做到更高的动力输出,这就要看大众集团未来的产品规划了。
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大众搞这套主打省油的DHT混动系统,主要还是为了以后能从容应对日益严苛的排放、 油耗法规。虽然最近欧盟宣布将禁售燃油车的时间从2050年提前到了2035年,但距离当下依然还有14年的时间,未来包括中国、欧洲等市场势必还会针对排放、油耗法规进行加码。考虑到大众此前已经明确表示不会再推出全新的内燃机,所以在现有发动机的基础上搞高效混动就成为了最简单、直接的办法。而在目前国际主流的混动系统里,本田的i-MMD结构简单,平顺性好,自然也就成为了无数车企竞相模仿的对象。
有了全新的DHT混动系统后,大众、斯柯达、奥迪等品牌的中低端车型就都可以应用这套混动系统,进而大幅降低大众集团的油耗和排放压力了。
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图源@pkpk1
看了这么多大众DHT的不俗之处后,是否意味着这套系统很快就能帮助大众像本田一样,在混动界来个后来者居上呢?目前来看并不是很乐观......要知道,大众这台1.5T混动专用发动机的概念是在2018年前后提出的,如今快四年时间过去了,还没有看到正式量产的机器出现。也仅仅是在2021年9月的德国慕尼黑车展上,舍弗勒展出了那台代号TQ250的双电机混动变速器。
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由于最近几年大众集团的重心都放在了MEB纯电平台车型的研发上,所以DHT混动项目能够获得的研发投入也比较少,根据相关信息透露的时间来看,大众这套DHT混动系统大概率要等到2025年才能实现大规模量产。可到那个时候,无论是日本的丰田、本田混动,还是中国的比亚迪、吉利、长城、广汽等品牌的混动,肯定都迎来了进一步的升级,大众显然来得有些太晚了......
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一番盘点分析下来可以看出,大众的DHT混动虽然以当下的标准来看技术指标尚可,但如果真的等到2025年才量产装车,恐怕到时候已经没有太强的竞争力了。此前很多人都说日系厂家死磕混动是因为错判了电动车的普及程度和普及时间。可如今看来,越来越多的厂家开始推出高效混动系统,是否也是因为错判了燃油车和纯电动之间的过渡期有多长呢?作为用户,我们自然是愿意看到新技术诞生的,只是对于曾经的全球销量冠军大众集团来说,要想在混动领域分一杯羹,恐怕现在的速度有点太慢了。

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