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Less is more! 传统能源的节能暗物质
来自:电动邦
作者:段彬
2015-04-08 07:58:00

 

可以确信的是,新能源已经成为拯救汽车未来的靠谱方案,但在未来十年内让烧汽油的车就此歇菜走入“历史”既不现实也更浪费。而短期内能源革命的本质是逐渐减少人类对传统能源的过度依赖,而不是完全替代。续航与充电时间的技术瓶颈还是让大家看到内燃机存在的必要,电动车动辄拖着200斤左右的电池,其实也增加了自身的内耗。本着存在即合理的原则相信和我一样,大部分人都还是不能接受发动机的金属轰鸣被电机独有的转子声替代,这种驱动人类速度走向闻名的内燃机结构毕竟存在了一个多世纪。

其实,就算是电动车保有量突破了百万,但他们对于环境矛盾的解决还是显得有些捉襟见肘,马路上的霸主毋庸置疑依然是内燃机。优化和解决内燃机的能耗才能大幅降低二氧化碳的排放,毕竟内燃机是驱动车辆目前最广泛的方式也是最庞大的基数,只有将基数的消耗降低下去,才能更加凸显那几百万辆电动车对环境所做的贡献。今天我们就来聊聊,除了电动与混动以外的内燃机节能暗物质!

蚂蚁搬家式节能——纠正驾驶习惯

内燃机的消耗除了车辆本身的设计诉求,会造成它在油耗上的差异,其实还有关乎于驾驶者的驾车习惯。对于这类人群,很多厂商都通过在车内设定了一个“节能模式”ECON,来帮助驾驶者减少不必要的能源消耗,这在很多日系厂商的车型中都普遍存在。当你开启ECON模式后整个动力都会变得钝化,对油门踏板的响应更加滞后,ECU通过这个模式对发动机的空燃比、节气门开度、喷油量进行控制,甚至有些车型还会控制换挡逻辑来较少不必要的消耗。根据一项调查证明,在极为拥堵的城市路况驾驶,拥堵的时间越长驾驶对车辆精确控制的能力与耐心就越低、越急躁。我们经常会看到很多驾驶者在拥堵的道路环境中,大脚油门大脚急刹的情形,这种情况下油耗也会陡然增加,这个时候有ECON模式拯救,最起码能减少一小部分燃油的消耗,而在经常拥堵的驾驶环境中,这个ECON模式带来的蚂蚁搬家式效应优点就会积少成多的显现。

这种模式的痛点在于对燃油的消耗没有本质的减少,它通过“将错就错“的方式驾驶者既然喜欢踩踏板,ECON模式就将整个动力的反应滞后采取歼敌一千损兵八百的措施。并且拥有ECON模式的车型,都会在能源消耗统计中清晰的记录驾驶者的开启模式后“增加”的续航里程,或者称为“里程奖励“,这犹如我们玩游戏练级在心里上给予驾驶者成就感!当驾驶者对于在拥堵环境下,通过ECON获得的奖励产生兴趣与依赖的时候,他自然会养成良好的驾驶习惯。当然,对于高速巡航来说,ECON模式的开启与否效果并不明显。

除了自废一半内功的方式,日产与英菲尼迪还推出了一个被称为“Eco pedal “的功能。相比减少发动机的输出它的奥妙在于和驾驶者的“脚”展开斗争!早在2008年8月的时候日产汽车就开发了全球第一款配有节能油门踏板的车型——这个节能油门踏板的精妙之处在于驾驶者过度踩深油门时施加反作用力,帮助驾驶达到低油耗的目的。

日产在节能油门踏板(ECO Pedal)的机械结构上,增加了可以产生反弹力的微动马达、踏板移动滑轮和传感器。通过ECU控制以及位于转速表内的ECO-P提示灯(绿色代表当前驾驶方式很节能)帮助驾驶者实现节能驾驶方式。理论上装备这些技术的车型可以节省5%至10%的油耗以及二氧化碳排放。在大部分英菲尼迪车型都已经装备主动式踏板,它不仅能相对的减少不良驾驶习惯还增加了驾驶的趣味性,时刻像一位挑剔的管家纠正驾驶者开车的行为。在我们试驾的Q50以及Q70L混动车型上已经体验到这项技术在驾驶中的工作状态,如果不合理的给油主动式踏板的反制力还是很强的。

除了以上提到的驾驶节能方式,还有通过装备“自动启停”Stop&Start功能来提升燃油经济性的措施。当我们在长时间堵车与等红灯的过程中,最纠结什么?就是空转的发动机。但为什么我们不关闭发动机,原因在于这样做减少了我们对车辆控制的“机动性”,所以很少有人愿意频繁的关闭启动发动机这也是一件极为痛苦的事情,有时候还会因为失去动力产生不必要的紧张,比如在坡路上。自动启停的优势在于用极快的速度帮助我们开启或者关闭发动机,就是这几秒的主动关闭发动机,也能在频繁的拥堵路段减少燃油消耗,如果装配启停的车型还拥有ECO或者ECON模式,那么对于燃油的减少起到双管齐下的作用。

而在大部分启停系统都是通过电机与蓄电池实现的时候,马自达通过“i-Stop”智能停机以及“i-ELOOP”超级电容的方式再一次改变了人们对这个功能的使用体验。传统的智能启停的弊端在于启动震动大,并且憋气的时间不是很长,几分钟后车内的空调就会停止运转。i-Stop并不是依靠电动启动机来重新启动发动机,而是世界首次采用预先控制活塞停止位置的电控技术,在发动机重新点火的初始阶段即通过燃料喷射进行燃烧来重新启动发动机的节能技术。i-Stop系统的ECU会切断供油,使得发动机怠速降为零,这个时候它就会根据四组活塞静止时的状态,选定其中一个活塞角度最理想的气缸备用——由于活塞最理想的相位角是90度,因此该气缸内活塞的相位角必须介于40度至100度之间。系统会打开这个气缸的节气门,让新鲜空气进入气缸内,将缸内废气完全排出。一旦驾车者松开刹车,“i-Stop”系统就会立即通过引擎控制系统发出指令,对刚才选定的气缸喷油并点火(用这个位置最理想的气缸活塞带动发动机运转),从而在起步瞬间榨取最大扭矩。由于在此过程中,蓄电池的功能仅仅是点火,因此,“i-Stop”系统不会对蓄电池的寿命造成不良影响。

而在i-Stop启动的过程中,车内相关设备的主要能源依赖于电容的电能,它与目前主流的制动能量回收系统将能量储存在蓄电池不同,它通过电容来存放回收的能量具有启动速度快的优势,还减少传统启停系统对蓄电池的损耗。

 

积少成多式节能——优化细节少即是多

除了在发动机上做文章,其实我们的车辆在行驶过程中的风阻、轮胎滚动阻力、发动机热车时间都会对燃油经济性产生影响,而德系厂商更愿意通过这些综合细节的优化,来整体提升传统内燃机的高效性。典型的代表就是宝马的BMW EfficientDynamics高效动力战略,还有奔驰的BlueEFFICIENCY蓝色效能,以及以大众为代表的BlueMotion蓝驱科技。这三套具有代表性的内燃机节能方案的共同点在于都使用了四项措施:1.低滚动阻力节能轮胎;2.底盘风阻系数优化;3.发动机启停功能Stop&Start;4.制动能量回收。

BMW EfficientDynamics这套的系统的亮点在于,增加了“ECO PRO”节能模式。当你通过车内的模式选择按钮选择ECO PRO功能后,车辆会利用“惯性滑行功能”在满足当前行驶速度的前提下,尽量的减少发动机的动力输出。惯性滑行功能使动力传动系统与发动机相分离,车辆在没有动力传输的情况下依靠惯性行驶。当驾驶者在50-160公里/小时车速范围内松开油门踏板、不踩压制动系统且前方路线辅助不调节车速时,车辆随之进入“惯性滑行”状态。还通过在车体的轻量化方面提升燃油水平,宝马的大部分车型车辆前部和底盘都采用了铝、车身采用的高强度钢以及最新型塑料和镁。

BlueEFFICIENCY是奔驰针对内燃机的综合节能技术从2009年起广泛使用,装备这种技术的车型都会在侧翼子板都贴有“BlueEFFICIENCY”铭牌,后期车型虽然没铭牌但也拥有该技术。在这项综合技术里,核心是装配的汽油以及柴油发动机都搭载有BlueDIRECT(第三代缸内直喷)技术。在国外这项技术在柴油车上搭载的最为普遍,同时通过车上专用的加注口添加AdBlue液态尿素溶液,大幅减低90%的氮氧化物颗粒排放物。在国内最早采用这项技术的车型是奔驰C与E级,代号为M271的1.8T涡轮增压器直喷汽油发动机,使得E级长轴距版车型在日常驾驶拥有百公里10L的综合油耗表现。不过以M271发动机为主的动力并没有搭载Stop&Start启停功能,在后期采用M274系列发动机中增了此项功能近一步降低怠速油耗。

BlueEFFICIENCY除了采用高压缸内直喷技术,还采用其它方面的优化措施这其中包含了:1.采用低阻力的空气动力学设计外后视镜;2.电子式空调压缩机按需启动;3.使用电子动力转向泵减少对发动机的消耗;4.采用低空气阻力的智能格栅,在寒冷地区冷车状态下通过关闭格栅使水温迅速上升,在高速行驶状态通过调整散热格栅减少行驶阻力。奔驰的技术相比宝马在逻辑上大同小异,但宝马的发动机拥有巡航滑行模式降低油耗,这在后期的奔驰车型中也加入了这项功能。

大众的BlueMotion蓝驱科技,都已经搭载在国产的高尔夫、速腾、迈腾、帕萨特车型。它的亮点不多但优点在于花最少的钱在拥有TSI与DSG动力的前提下,拥有四项前面提及的基本节能措施。 

瘦身式节能——节能的根本从体量入手

还有那些措施能间接的减少内燃机的消耗呢?答案就是“瘦身”从自身降低胃口减少体重。这里面典型的代表有福特的1.0GTDi三缸直喷涡轮增压发动机,它搭载有Ti-VTC双可变气门正时采用全铝缸体,在单缸不足一瓶易拉罐可乐容积的前提下,实现了最大可输出125马力和170牛米的扭矩,并且减少一个气缸也对发动机整体重量降低起到关键作用。大众的1.2TSI虽然采用四缸,但是小胃口也成就了较低的燃油消耗。而在三缸发动机中,以PSA集团的1.2T最为突出,在实现以上既有优点的同时,还是同级别动力最强劲的发动机,拥有最大136马力与230牛米的动力参数。而它的马力已经超越很多1.8L发动机,扭矩让2.0L发动机也有些望其顶背。

而日系厂商中,最具代表性的技术当属“技术君”本田所有。本田飞度装配了L系列的1.3L发动机。在1.3排量发动机上,早期使用了“i-DSI”智能双火花塞顺序点火技术。从名称就可以看出这是一套在火花塞上做文章的节能技术,通常情况下很少有发动机在排气门增加火花塞。而拥有i-DSI技术的1.3L发动机进排气仅有8个气门,这台发动机在怠速以及全力输出动力的时候两枚火花塞会同时工作,增加点火能量使燃烧更充分。并且通过火花塞的提前与迟延点火来提升低速工况下的燃烧效率。

而1.3L发动机在后期还为了提升动力与效率,结构变为16气门使用了本田独有的VTEC-E技术,在巡航状态下每个气缸将有一个气门处于闭合状态变为12气门运转,每缸闭合一个进气门可以减少泵气损失取得稀薄燃烧效果,使空燃比达到20:1或者25:1,接近空燃比的理想值藉此实现更高效率的燃烧。

小而智能——最迷你的车配最迷你的混动                

Smart Micro Hybrid Drive(MHD微型混合驱动),它是由发动机与电动机以及底部的离子锂电池组成的微型混合动力。采用自动启动与刹车原则,当车辆接近等候红灯的时候,一旦车速低于8公里/小时,Micro Hybrid的行车计算机一律采用强制“熄火”,因此只要停止车辆发动机便会完全静止以节省燃油,但当刹车踏板松开后引擎会在零点几秒瞬间立即启动,平均油耗较一般Smart降低9%的水平。

电动邦小结:以上五花八门的内燃机节能技术,通过“强制”改变驾驶者习惯、主动关闭发动机、降低行驶风阻、轮胎滚动阻力、小排量增压等技术在一定程度上实现了减少内燃机在非必要工况下的燃油消耗。对于占有很大比重的内燃机车辆来说,增加的这些技术对燃油的以及排放的降低并不明显,当将这些节能技术广泛普及,星星之火的效应便会显著起来。它们相比电动以及混合动力,优势在于不大幅增加动力系统复杂性与车辆自重的前提下,实现了榨取现有传统内燃机的节能潜力。

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