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这项黑科技能省油20%！为何没人拿来做混动？

原创 电动车公社 2024-10-04 23:58
如何应对供应风险和挑战，在行业竞争中赢得先机？ 精密双向电流感应放大器设计方案

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十一假期已经过半，不知道大家有没有出远门，玩得还开心吗？
相信大家也看到了，这几天有不少商圈、公园的露天小广场，都在办摆摊集市。
仔细观察会发现这些集市旁边，通常会伴随出现“应急发电车”，给集市商户或是小舞台什么的临时供电用。
而越靠近应急发电车，柴油（的尾气）味就会越浓烈。
显然，这些应急发电车的供电方式，就是利用柴油发动机，把柴油转化成电能，相当于是个柴油增程器。
现场，我也问了一位发电车的管理员：“为什么选择烧柴油、不烧汽油？”
我本以为是因为柴油便宜、汽油贵，能省下一笔费用。但这位工作人员却给出了不同的答案：“柴油机发电多，比汽油机省油多了！”
确实，在很多人的刻板印象里，柴油机就是让大卡车的尾巴冒黑烟的罪魁祸首。这种“傻大黑粗”连环保都谈不上，更别说能省油了。
但现在的柴油机，却有一项指标能够完全吊打汽油机——就是热效率，也是发动机能量转化效率最直观的体现。
我们先来看看汽油发动机这边。
以节油率为傲的日系量产发动机，热效率能到41-43%就顶天了，还得说是峰值的最高热效率。这两年新出的国产混动专用发动机，最高点的热效率基本能到43-45%。
今年惊世骇俗的比亚迪第五代DM发动机，热效率达到了46%以上，这已经代表了现阶段汽油发动机热效率的最高水平：
我们再来看看柴油发动机这边。
早在2018年以前，一线柴油机的热效率水平，就已经能达到如今内燃机的天花板——45%了。
而在4年前的9月份，潍柴动力就发布了全球首款热效率突破50%的柴油发动机，和实验室里的汽油机一个水平；
到了今年的世界内燃机大会，潍柴动力再一次刷新了柴油机热效率极限，本体突破了53%。
这相比汽油机，就是省油20%以上的天顶星科技，能让秦L的NEDC馈电油耗低于2.5L/100km，续航能接近3000km！简直想都不敢想！
而柴油机这么强的最高热效率，如果拿来当做增程器发电，高速油耗能直接从8L/100km变成6L/100km，岂不美哉？为什么车企要选用热效率更低的汽油机呢?
这就要先和大家简单聊聊柴油机的发展历程了。
1876年，德国工程师奥托成功制造出了人类历史上第一台四冲程内燃机，这恰恰是人类工业史从蒸汽机时代向内燃机时代进化的关键转折点。
得益于内燃机噪音震动小、排放污染低等等优势，内燃机迅速在欧洲各地普及开来，代替蒸汽机的呼声空前高涨。
不过这时，有些人发现了内燃机的弊端，功率普遍比较小，在干农耕、重型货运等 “重活”时，特别容易扛不住就熄火，很多极端场景依然需要靠蒸汽机去扛大梁。
于是，科学家们就开始着手研发“能干重活”的内燃机。
功夫不负有心人，在首款汽油内燃机问世后的16年，德国人鲁道夫·狄塞尔(Diesel)研发出了人类历史上首款柴油内燃机，他也被后人誉为“柴油机之父”。
汽油机和柴油机，一个烧汽油一个烧柴油，虽然都是“烧”，但由于燃料本身性质的不同，导致了其运行原理存在本质上的不同。
汽油和柴油，都是通过石油原油蒸馏加工出来的产物。
汽油的主要成分是含有8-10个碳原子的碳氢化合物，由于分子量较轻，所以挥发性比较强，容易与空气混合被点燃。
所以汽油发动机的气缸运动，都是靠点燃混合气体来推动做功的。
柴油则完全不同，主要成分是12-15个碳原子组成的碳氢化合物，由于分子量较重，所以相对汽油没那么容易挥发，不容易被点燃，且其燃烧速率较为均匀，很难出现像汽油那样的爆燃现象。
但也正是因为柴油分子量比汽油大的优势，所以燃烧热值要更高一些，这也是同排量柴油机比汽油机“劲大”的原因之一。
狄塞尔在经过大量试验后发现，想让柴油出现爆燃推动活塞做功，就必须给柴油空气的混合气体施加更大的压力才行。
虽然柴油难以发生爆燃，但柴油的燃点只有220℃，是远低于汽油的400℃以上的。
顺着这一思路鲁道夫发现，高温的柴油空气混合气体，只要给足了压力，根本不需要主动点火，自己就能发生燃烧。
这就是汽油机和柴油机最本质的差异，前者是点燃式，而后者是压燃式。
虽然后来狄塞尔发明柴油机后，供货量不算少。
但可惜的是，在几年之后，这些流入市场的柴油机大面积的出现了故障率高的问题，始终得不到解决，导致大量客户退货和订单流失，用户对柴油机的信任度开始消退。
最终，狄塞尔因为濒临破产走投无路，选择了在英吉利海峡乘坐渡轮投海自尽，柴油机之父就此陨落。
至于早期柴油机故障率高的原因，主要是因为材料强度不足导致的。
毕竟柴油机压缩比通常需要达到20:1以上，而汽油机压缩比仅需8:1，这是一把双刃剑：
优点是柴油机热效率可以做到远高于汽油机，但缺点是压缩比越高，意味着气缸压力越大，就更容易导致气缸曲轴（发动机内的零部件）发生断裂。
狄塞尔去世后，柴油机也随之沉沦了一段时间。
直到一战时期，德国把柴油机图纸重新翻出来，用强度更高的材料制造，让柴油机的可靠性大幅增加，把柴油机放进了潜艇里应用。
相比汽油机潜艇，柴油机潜艇在续航和稳定性上均有了大幅提升，顿时成了德军在海上战场中大杀四方的存在，让盟军海军舰队闻风丧胆。
柴油机凭借潜艇一炮而红，随后越来越多的军队开始在舰船上使用柴油机，以至于到了现在，大部分大型游轮、运输船等等，都是采用柴油机作为动力来源的。
再接着，就是柴油机越来越多的开始出现在重型货运、农用机械等领域，很快就代替了烧煤的蒸汽机。
1936年，喜欢整花活的奔驰，首次尝试把柴油机装进了乘用车奔驰E级260 D（W138）里，算是柴油机里程碑式的跨越。
可尽管如此，在乘用车领域，柴油机却一直都没能得到广泛应用，主要还是因为柴油机动静大、冒黑烟等等，观感上没那么容易让人接受。
柴油机排放远高于汽油机，主要是因为柴油碳含量高，容易燃烧不充分导致的。
解决问题的关键，在于如何精准控制柴油和空气的混合比例。
后来，大名鼎鼎的博世，把汽油机上的电控喷油泵技术放到了柴油机上进行改良，使得柴油机的喷油精确度得到了大幅提升。
再后来，博世又专门为柴油机研发了高压共轨系统，让柴油机喷油压力大幅增加，且保证了每个气缸的压力均衡，大幅提高了柴油机的可靠性。
博世改良后的柴油机，在大众高尔夫上一炮而红。不仅百公里油耗比汽油版低了整整2L之多，更是战胜了一众汽油车型，荣获了当年德国“低排放车型”称号。
甚至有传言称，柴油版高尔夫环游欧洲时跑出过3.7L/100km的超低油耗。
再到后来就更离谱了，大众在1999年推出了名为XL1的柴油概念车，靠着极低的风阻系数和轻量化的车身，油耗仅为0.99L/100km，成为了世界上最省油的车。
进入2000年以后，解决了排放问题的柴油机，凭借同排量下比汽油机更猛的前段加速，开始在欧洲乘用车市场大杀四方。
大部分欧洲厂商，也趁势推出了柴油车型：普通汽油车加满一箱油能跑600-700公里，而柴油车加满一箱油续航往往能到1000公里以上，开起来也更加方便。
在2010年前后的一项统计数据显示，柴油车在欧洲的家庭用车中占比高达60%，而一些地区的出租车柴油机的比例甚至高达80%，路上也经常出现柴油车的身影。
尤其是像法国这样山路较多、高低起伏较大的国家，柴油车格外受欢迎：
但好景不长，随着欧洲排放法规日趋严格，柴油机的排放越来越难以满足法规标准。
柴油燃烧时，会难以避免的排放更多颗粒物和氮氧化物，想要中和掉这部分排放，就必须在尾气端用尿素、催化剂什么的去中和，流程非常繁琐复杂，这间接增加了柴油乘用车的制造成本和使用成本。
根据欧洲汽车制造商协会统计，2023年柴油车占市场总销量的比重，已经下滑到了仅14%，取而代之的是汽油轻混、纯电动、插电混动车比例的大幅提升。
那么问题来了，在电动化愈发普及的时代，汽油混动为何会比柴油混动更香呢？
个人认为，柴油机和电动机，二者的优势点是相似的，都是低转速就能输出较高的扭矩，体感上动力很强，而且能耗也都并不算高。
但柴油机很难做到高转速，一般4000-5000转就是极限了，因此输出功率（转速×扭矩）无法和动辄6000-8000转的汽油机媲美，也就是后段没劲儿。
因此柴油机+电动机做带直驱混动（PHEV/HEV），无法像汽油机+电动机一样，形成“低速用电、高速/急加速用油”的优势互补。
柴油机，也不适合作为增程器出现。柴油机的体积偏大，放到车头的机舱里，无疑会侵占一部分原本属于乘员舱的空间；
还有最主要的一点，就是柴油机真的太吵了，发电时的噪音几乎无法忍受，而大量堆隔音不仅效果没有那么明显，还会增加车身重量、以及车企制造的成本。
再叠加柴油机需要添加尿素使用，和乘用车追求便利的理念背道而驰，也就让省油的柴油机几乎彻底无缘混动。



 写在最后‍‍‍‍



既然如此，柴油增程的未来就一定会被判死刑吗？
我想未必，毕竟曾接连被喷技术落后的增程技术，如今也同样火起来了。
而柴油机的发展历程，何尝也不是如此？从起步时的坎坷，再到被潜艇挖掘，再到火遍欧洲，再到因为排放法规落寞……
还是那句话，技术本身并无先进与落后，适应时代方可生存。



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