问题

为什么混动汽车都是自然吸气,而且发动机功率要比纯燃油自然吸气的发动机功率低?

回答
你这个问题提得很实在,很多人都有同样的疑问。其实混动汽车发动机并非“都是”自然吸气,但确实存在很大一部分混动车型选择自然吸气发动机,并且其功率输出相对于同级别的纯燃油车来说,往往会显得“保守”一些。这背后有几个关键的考量点,并不是简单的好坏之分,而是为了实现混动系统整体的最优平衡。

为什么混动车型偏爱自然吸气发动机?

1. 效率和低转速扭矩:
混动系统最核心的优势在于能效。自然吸气发动机在设计上,更注重在一定转速范围内的燃油经济性和平顺性。它们通常能在较低的转速下提供不错的扭矩,这对于日常走走停停的城市工况非常有利。
电动机会在起步和低速时提供强劲的扭矩,分担了大部分的加速任务。这意味着发动机不需要像纯燃油车那样,为了应对起步和中段加速而将功率调校得很高。它更多的是扮演一个“发电机”和在较高车速下“巡航”的角色。
涡轮增压发动机虽然能在瞬间提供强大的动力,但其涡轮介入的时机和响应速度在混动系统里反而可能成为一个“累赘”。涡轮的响应需要一定的转速积累,而混动系统可以通过电动机快速弥补低转速的动力不足。如果强行引入涡轮增压,可能会增加系统的复杂性,并且在某些工况下,涡轮的介入时机与电动机的输出协同起来并不那么平顺。

2. 可靠性和耐久性:
自然吸气发动机的技术成熟度非常高,结构相对简单,运行的压力和负荷变化不像高功率涡轮增压发动机那么剧烈。
在混动系统中,发动机的工况相对更稳定,它不像纯燃油车那样需要频繁地经历大负荷、高转速的剧烈变化。更平稳的工况有利于延长发动机的寿命和降低故障率。选择一款可靠性高的自然吸气发动机,可以降低后期维护的成本,也更能匹配混动系统整体的低故障率目标。

3. 成本控制:
相对而言,自然吸气发动机的制造成本通常会低于同等排量的涡轮增压发动机。尤其是在混合动力车型上,已经投入了电池、电机、电控等大量的成本,在发动机部分选择相对经济的方案,有助于控制整车售价,使其更具市场竞争力。

4. 与电动机的协同性:
电动机在低速扭矩、响应速度和功率输出方面有天然优势。它可以很好地弥补自然吸气发动机在低转速区间的动力“短板”。
当需要强劲动力时,电动机可以直接提供,而发动机则可以在最佳工况下工作,或者直接停止工作。这种配合使得即使发动机本身的功率不高,整车的加速性能和动力表现依然出色。

为什么混动车型发动机的功率会比纯燃油车低?

1. 电动机的“补充”作用:
这是最核心的原因。混动车的设计理念是让发动机和电动机协同工作,各司其职。电动机可以提供即时且充沛的扭矩,尤其是在起步、加速和爬坡等对动力需求较高的场景。
这意味着发动机只需要负责在车辆行驶的“中间地带”提供动力,或者作为发电机为电池充电,它不需要像纯燃油车那样,一个人包揽所有的动力任务。因此,将其调校得更“温柔”一些,专注于经济性和稳定性,是完全可以的。

2. 运行工况更优化:
在混动系统中,发动机的运行工况可以被控制在燃油效率最高或排放最低的区间内。这是很多“阿特金森循环”或“米勒循环”发动机在混动车型上常见的选择。这些循环发动机相比传统的奥托循环,在低转速和低负荷下的效率更高,但低转速下的扭矩输出会有所牺牲,而这部分正好可以由电动机来弥补。
如果发动机的功率调得很高,那么在很多不需要那么大动力的场景下,它就可能处于低效率区间工作,反而会降低整体的能效。

3. 系统整体的输出:
评判一辆混动车的动力,我们应该看的是系统综合输出功率,而不是仅仅发动机的功率。很多混动车型的系统总功率往往与同级别的纯燃油车相当,甚至更高,但这部分动力是发动机和电动机“合力”达成的。
举个例子,一台100kW的发动机配上一台80kW的电动机,可能就能实现类似一台150kW纯燃油车的加速体验。

4. 追求燃油经济性:
混动汽车的首要目标之一就是降低油耗。降低发动机的峰值功率输出,有助于在日常驾驶中将发动机维持在更省油的工况下,并充分利用电动机的优势。

举个例子来理解:

想象一下你搬重物。纯燃油车就像一个壮汉自己一个人搬。他需要非常大的力气(高功率),而且会感到很吃力,容易累(油耗高)。

混动汽车就像一个壮汉和一个轻巧灵活的小伙子合作。壮汉(发动机)不一定需要使出全身力气,他可以在相对轻松的姿势(最佳工况)下推着一部分,而小伙子(电动机)负责在起步、需要冲刺或者搬运特别重的东西时,快速上前顶一把。这样一来,虽然壮汉本身的力量(发动机功率)可能没有那个单打独斗的壮汉那么大,但两个人配合起来,搬运任务完成得更快、更轻松(油耗低,动力表现同样出色)。

当然,这并不意味着所有混动车都如此:

插电式混合动力(PHEV) 为了在纯电模式下能有更好的续航和动力,其发动机功率可能会相对高一些。
高性能混动车型 比如一些跑车或者强调运动性的混动车,它们会配备更高功率的发动机和更强大的电动机,以实现极致的性能。
一些先进的混动技术 也在不断探索如何将涡轮增压与混动系统更完美地结合,以在保持高效率的同时,也能提供更充沛的动力。

总的来说,混动车型发动机功率相对较低,并且多为自然吸气,是出于实现整车最高效率、最优平顺性、最长耐久性以及合理成本控制的综合考量,并且是建立在电动机强大补充能力基础之上的设计。

网友意见

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丰田的混动发动机是专门优化的阿特金森/米勒循环的发动机,这种发动机从原理上和普通的发动机有一些区别。

目前市面上汽车普遍用的四冲程内燃机采用的是奥托循环,简单地说就是这种发动机一个循环有吸气、压缩、做功、排气四个阶段,这四个阶段活塞的行程都是一样的。

阿特金森/米勒循环是在奥托循环的基础上修改后的一种循环方式,因为采用奥托循环的内燃机刚出现的时候受限于当时的工艺条件,内燃机的压缩比不能做的很大,所以奥托循环的内燃机效率极低。阿特金森为了解决效率低的问题通过一个巧妙的连杆机构让奥托循环内燃机的做功行程大于压缩行程,这样更长的做功行程能够更加有效的利用高压气体,从而提高了效率。

米勒循环和阿特金森循环类似,也是奥托循环的改良,随着工艺的提高发动机的压缩比可以做的比较大,采用奥托循环的内燃机已经在市场上大规模运用了,消费者对经济性的需求越来越高,能提高奥托循环效率的阿特金森循环因为连杆机构比较复杂很难小型化,米勒提出了一个通过修改配气机构的配气相位来实现短压缩行程长做功行程的改良方案,这样一台正常的奥托循环发动机就能够通过简单的修改配气机构成为压缩行程短做功行程长的高效发动机。

很多公司的混动车型的发动机采用的就是米勒循环的发动机,这种发动机标称的排量是做功行程的排量,而计算动力水平的时候应该用压缩行程的排量来计算,简单地说这种发动机如果是1.8L的实际动力会比正常的奥托循环的1.8L更小可能是比如1.6L这样子。

混合动力与涡轮增压本身并不不冲突,但从理念上说这两个完全是相反的,混合动力主要着力于提升经济性,所以多数会采用效率高但动力差的阿特金森/米勒循环发动机。涡轮增压本身侧重于提高动力,省油是一定工况下相对于同动力水平的传统自然吸气而说的,实际上涡轮增压由于缸内温度比自然吸气的更高,压缩比通常都比同技术水平的自然吸气低,效率上看涡轮增压一般是不如自然吸气的。所以涡轮增压一般不太会和混合动力配合,因为一个动力系统不可能既倾向于省油又倾向于动力,除非是并不追求经济性的混动(跑车和赛车上的混动)或者不以内燃机为唯一能量来源的混合动力(插电式或者增程式混动)。

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