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晨枫小苑

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晨枫  

西西河水浪打浪,一浪打到网易上。我本是喜欢纸上谈兵的一介草民,在西西河那边开了一个小铺子,这是海外华人的一个精神家园。我是一个一坐下来就不动窝的懒人,但架不住友人的邀请,到网易也开了一个茶摊。阿庆嫂是怎么说来着:来的都是客。希望您能喜欢我这小号。来来来,先握一个手! 当然,主有主规,客有客道。请勿随地吐痰,喧哗扰众,或者乱贴小广告。不欢迎指桑骂槐,更不准恶语伤人。

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电动:中国汽车的新契机  

2015-01-06 04:17:38|  分类: 香车宝马 |  标签: |举报 |字号 订阅

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2008年经济危机前夜,世界石油价格暴涨到140美元以上,随后的经济危机像海啸一样冲击美欧汽车工业,一时间,人人都在谈论电动汽车,似乎这是走出死 胡同的捷径。几年下来,电动汽车(包括混动、插电)都取得了重大进展,但在整体上,内燃机汽车依然占绝对主导,而且在未来10年内不像有动摇的样子。但电动不光是电驱动行驶,其他电动技术大有可为,而且对汽车的性能、节油有实质性的作用,并为未来电动汽车打基础。

内燃机大体有奥托循环的汽油机和狄塞尔循环的柴油机两大类,前者是用火花塞点燃的,后者是压燃的。两者都大量采用电子控制,并且在燃烧技术上继续快速发 展。新一代贫燃汽油机的油耗已经很接近柴油机,新一代柴油机的运转平顺性和排烟也十分接近汽油机。但两者都可得益于新一代的电动技术。

在二战年代,涡轮增压曾经是美国秘而不宣的机密技术,采用涡轮增压使得美国战斗机发动机的高空性能领先于德国和日本,但德国、日本无法掌握美国的涡轮增压 技术,只能采用机械增压技术。不管是汽油机还是柴油机,排气依然具有较高温度和相当的动能。涡轮增压利用排气的能量驱动压缩机,增加进气压力,大大增加了 同等体积气缸内的空气密度,可以增加供油量,提高单位气缸容积的出力。提高进气压力还提高了气缸压力的起点,毕竟燃烧的作用就是膨胀增压,起点高而需要同 等出力的话,就可以减少需要的燃油燃烧。同时,涡轮增压通常极大地提高扭力,不仅最大扭力提高,扭力“平顶”覆盖非常大的转速范围,形成高原,而不是传统 的山尖,极大地改善了动力特性,发动机特别“有劲”。传统上,涡轮增压主要用于提高马力和扭力,但现在涡轮增压也大量用于改善油耗。另外,涡轮增压的四缸 发动机可以达到过去非增压6缸的马力,而四缸的摩擦损耗显著低于6缸,加上涡轮增压的的压力起点增加的作用,节油效果显著。同理,涡轮增压的V6可以代替 非增压V8,涡轮增压V8可以代替非增压V12。

但涡轮增压的问题是本质滞后。涡轮需要发动机排气驱动,所以发动机在低转速、低出力时,涡轮增压也是懒洋洋的,需要快速加速就很恼人。瑞典萨伯是较早采用 涡轮增压的厂家,德国保时捷911也是一样,早期产品的涡轮滞后是传奇式的,有经验的人可以计算好提前量,提前一脚踩下去,等到涡轮终于发力的时候,正好 是需要动力快速增加的时候;没有经验的人则会被吓一跳,被涡轮滞后弄乱了手脚,甚至出事故。为了降低涡轮滞后,工程师们想了很多办法。双涡轮采用两个较小 的涡轮代替一个较大的涡轮,小涡轮的转动惯量小,起动快,滞后小。两个涡轮还可以通过分流控制,低需求时只用一个涡轮,高需求时才开通两个涡轮,进一步保 证足够的可用排气能量。还有一个办法是用可变气门控制排气背压,同样可以保证足够的可用排气能量,不过可变气门本身造成压降损失,这对提高马力有用,但对 降低油耗好是反作用,在追求节油的现在已经很少用了。但不管怎么做,涡轮增压具有本质滞后,不可能消除。

机械增压开始得比涡轮增压更早,这是用机械驱动的压缩机对进气增压。发动机通过皮带或者齿轮驱动压缩机,所以只要发动机在转动,压缩机就在转动,没有滞后。机械增压的缺点也在此:不需要增压的时候,或者压缩机还没有到最优工况的时候,发动机也在驱动压缩机,增加油耗。

为此,把机械增压与涡轮增压相结合,可以用低出力的机械增压解决低转速时的增压问题,然后在高出力时过渡到涡轮增压。问题是,低出力时可以停止涡轮增压的工作(排气走旁通管),高出力是不大好停止机械增压的工作,除非搞一套复杂的离合器。这就是电动增压的好处了。

Audi在RS5 TDI概念车上展示了全新的电动增压,采用电动机械增压,在250毫秒内就可以把转速上升到7万转/分,提供低端增压;在高出力时,自动关停,由传统的双 涡轮担任增压。3.0升双涡轮柴油机可以在1250转/分就达到553磅-英尺的扭力,奔驰S550的4.7升双涡轮汽油机也不过这点水平。不过这个7千 瓦电动增压不能用普通的车用12伏直流电系统驱动,要用全新的48伏直流电系统,这有望成为新一代汽车电力的标准。48伏系统也可以使用较细的导线,减轻 重量,降低成本。据说导线重量可望降低70%。这还将为电动汽车打下基础,电动汽车还用12伏就不行了。大功率车载电力系统还有利于刹车回馈充电,现有系 统的峰值太低,很大一部分回馈充电都只能浪费掉,48伏系统就没有这个问题。12伏系统还将保留,用于低耗电的小电器,尤其是像手机充电口等。

电动增压只是开始,电动泵是下一个。发动机的冷却水泵是机械传统的,通常是用皮带。发动机一转动,水泵就转动。但发动机刚启动时,其实没有什么冷却要求, 加速发动机暖机其实有助于降低油耗、降低排放。电动水泵很容易实现,在温度控制下,直到需要冷却的时候才启动,不仅节油,也加速暖机。事实上,发动机的风 扇本来也是皮带传动的,改用电风扇已经很多年了,一样的道理,只是现在轮到水泵了。别小看电动水泵,这可以实现2%的节油。

奔驰S系和Audi TT已经开始采用大屏LCD显示取代传统的机电仪表了。经过100年的演进,机械仪表的形制已经大体定型。低档汽车只有一个速度表,在公共道路上行驶,按 照合法速度驾驶是最重要的。高档一点通常是左面速度表、右面转速表,不仅可以看到速度,还可以保持转速,榨取最大性能,或者达到最大节油。但赛车只有一个 转速表,速度反正是越高越好,但转速只有保持在最优点,才能榨出最大马力和扭力。现代汽车还多了一大堆别的仪表:水温表、电压表、油量表、时钟,有的还有 轮胎压力、机油压力等等。所有仪表统统放上去,不仅杂乱无章,而且增加成本。但有的时候还就需要读取特定数据,还就需要这些仪表。更新的 infotainment(信息-娱乐综合显示)对显示要求更高,电台、曲目、卫星地图甚至谷歌地球那样的3D图景显示都可以有。用LCD大屏显示可以提 供多种预设组态,也可以让用户自行组态,灵活调用不同显示模式,但在硬件上成本并不高。不过这对电力要求提高了,传统12伏有点不够劲,也需要48伏。

动力转向是另一个电动项目。无助力转向现在比较少了,液压助力需要液压泵总是工作,即使在直线行驶不需要助力的时候,液压系统也在消耗功率。电动助力转向 就没有这个问题,只在需要的时候消耗功率。这3千瓦的功率也不能小看了。另外,电动助力转向容易实现可变助力,在不同速度和不同转向角度提供不同助力水 平,比如在低速是提供较大助力,在高速是提供较少甚至无助力,液压助力就不容易实现这样的功能。电力助力也容易和自动规避、自动驾驶相整合。

现代城市交通经常有开开停停的事情,为了在停车等待的时候减少空转耗油,很多新一代汽车配备了stop start功能,车速完全停下来时自动关掉发动机,一踩油门准备起步时自动重启。采用48伏后,启动机功率更大,自动重启更可靠、更平顺。但保时捷已经更 进一步,在溜车的时候也自动关掉发动机,只有到速度跌到下限时才自动重启发动机,据说在高速公路上可以节油10%。这还需要电动离合器,而不是传统的液压 离合器。

空调是又一个电动的好地方。现有车用空调是像水泵一样机械连接到发动机上的,启动空调只是开通制冷循环,关闭空调时,空调机还是在转动,并没有离合器与发 动机脱开。家用空调都是电动的,但车用12伏系统拖不动空调,48伏就不一样了。电动空调可以节油6%,尤其是在不需要常年空调的地方。

刹车也是液压驱动的,与液压助力转向一样,不用的时候也要消耗功率。电动刹车可以节油,这只有48伏系统才能做到。避震也可以电动,由电力控制磁流体的可 压缩度,改变悬挂硬度和长度。这可以大大简化现在的机械悬挂(机械悬挂可不止避震筒,还有各式各样的连杆、弹簧),减轻重量,还可以实时改变硬度,改善避 震。同样,这也只有48伏系统才能驱动。

40伏系统不仅是发电机和导线问题,也是电池问题。铅酸电池会被较轻、充电快、容量大的锂电池取代。当然,LED灯已经是很现成的技术,不包括驾驶仪表的中央infotainment显示用LED甚至触屏也是现成的技术,都是低成本、高功能的机会,尤其对消费电子已经成为强项的中国来说。

汽车的发展不能光盯着发动机、悬挂、车身等老牌问题,电动系统已经成为越来越大的一块,这可以成为中国汽车弯道超车的好机会。
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