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        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        蘿卜報告

        眾所周知,5年前國產發動機相比合資發動機在動力、油耗方面均無法匹敵??呻S著近兩年國產品牌紛紛布局混動領域,中國瞬間誕生出了一大批熱效率傲視全球的混動發動機,像是比亞迪DM-i專用的1.5L驍云引擎,熱效率就達到了驚人的43%,完全甩開了此前以41%熱效率見長的日系“雙田”混動引擎!這不禁令人好奇,中國品牌為啥突然就在混動發動機領域實現了彎道超車呢?

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        大眾EA211evo

        首先,中國量產發動機之所以能“瞬間”在發動機熱效率領域實現彎道超車并領先全球,不可否認的一個原因就是這個領域的競爭對手確實很少。這主要是因為發動機的熱效率越高,發動機的峰值功率就會越低。此時如果沒有混動系統通過電池、電機的組合去彌補動力不足,那車輛的動力表現就會很拉胯。這對于結成聯盟、一心鉆研48V“輕混”的歐洲汽車廠商來說肯定是不能接受的,畢竟48V“輕混”的電機只能帶來10幾馬力的微弱動力提升,根本不足以抵消發動機追求頂級熱效率而大幅損失的馬力。所以這也導致歐洲廠商不敢把發動機的熱效率搞的太高,像是大眾搭配48V輕混系統的1.5T EA211evo新款發動機,其熱效率也不過37.5%。


        換句話說,歐洲車企的輕混、插混系統,基本都是在現有的純燃油發動機基礎上,通過增加電機實現的,并沒有針對發動機進行重新設計。至于大眾傳聞中給DHT混動系統設計的41%超高熱效率的1.5T發動機,目前也只是停留在PPT階段,還沒有正式量產。

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        雪佛蘭Volt

        與歐洲車企不同的是,在好萊塢明星人手一輛豐田普銳斯宣揚環保主義的美國,通用集團早在2010年就推出了可以實現串并聯的混動車型雪佛蘭Volt。由于驅動車輛的動力從原本的單個汽油發動機,變成了大功率電動機與汽油機配合工作的動力組合,因此Volt上那臺1.5L發動機就可以放心大膽地專攻熱效率,只保留101馬力的峰值動力了。只可惜,由于Volt推出時間比較早的關系,那時提升熱效率的技術還不夠豐富、成熟,所以即使是2016年發布的第二代Volt車型,其發動機也只做到了36.5%的最高熱效率。

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        “蝙蝠俠”本·阿弗萊克的座駕

        可隨著最近幾年特斯拉的崛起,美國好萊塢明星們又開始青睞購買特斯拉作為自己支持環保主義的象征。畢竟比起普銳斯、雪佛蘭Volt這種毫無性能可言,且還得加油的混動車來說,選擇特斯拉不僅同樣不會被職責“不環?!?,而且還能擁有強勁的性能,以及更智能的駕駛輔助。因此,沒啥銷路的雪佛蘭Volt便于2019年正式停產了,并且此后的美國車企也再沒推出過像樣的混動車,而是都一股腦全面擁抱了電動車的大趨勢。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        在歐洲、美國都放棄強混動路線后,地球上除了石油資源極其匱乏的日本以外,就只剩下石油資源同樣匱乏的中國在狂點混動車技能點了。在目前日本車企中,豐田、本田、日產均有混動車專用的高熱效率發動機。其中熱效率最高的,就是去年日產專為中國市場打造的混動軒逸e-power了。由于混動軒逸采用了增程式混動的思路,其1.2L三缸發動機只負責發電,所以便將最大熱效率毫無顧忌的提升至了43%。至于“兩田”的混動發動機大家應該都很熟悉了,豐田旗下用在混動凱美瑞、漢蘭達上的2.5L發動機,最大熱效率為41%;本田雅閣混動上的2.0L LFB11引擎,最大熱效率為40.6%。由于這兩款發動機都有參與驅動的工況,所以熱效率并不像日產那樣夸張。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        綜上所述可以發現,歐洲車企由于抱團堅定了48V輕混的路線,所以并沒有在混動車型專享的高熱效率發動機上下功夫。而美國由于家用車、混動車市場早已被日系車侵吞,所以美國汽車廠商一方面還在吃大排量自吸發動機的歷史紅利,一方面已經開始跳過混動車全面押注電動車了。所以目前地球上具備工程師研發能力,能將混動發動機研發出來,并且有足夠大市場去消納混動車的,就只剩中國和日本了。相當于全球的混動陣營已經可以簡化為中國(比亞迪+吉利+長城+長安+奇瑞+上汽) VS 日本(豐田+本田+日產)了。至于其他國家那些優秀的汽車研發工程師,心思壓根就沒在混動發動機上,相當于混動發動機這個賽道上一共就沒幾輛車參賽,所以只要你能超過身邊的競爭對手,那基本就能站上“領獎臺”了。

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        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        看到這大家肯定會好奇,既然混動發動機的競爭對手那么少,彎道超車的機會那么大,那為何國產汽車廠商不早一點推出混動車專用的高熱效率發動機,非得趕在最近兩年扎堆推出呢?原因其實很簡單,因為之前國產品牌連像樣的混動系統都沒有,所以即使造出高熱效率的發動機也根本沒有用。要知道,目前混動領域一共就只有兩種方案,一種是由行星齒輪組結構構成的混動系統,是豐田自家的專利,廣泛應用于豐田集團內部的混動車上。另一種則是帶離合器的雙電機串并聯結構混動系統,目前本田i-MMD、比亞迪DM-i,以及長城/奇瑞的DHT混動都是基于這種結構打造的。

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        本田i-MMD混動

        而之所以國產品牌早些年沒能推出帶離合器的雙電機串并聯結構混動系統,其實是因為這個混動結構專利直到2019年才過期......不過這次國產汽車廠商趕在專利過期后一擁而上,也并非是因為這個結構有多牛,終于可以進行抄襲了,反而是因為這個結構十分簡單,早在1999年就被一個以賣專利為生的美國公司給搶注了?!皩@尽贝蠹叶级?,注冊完之后自然是用來收保護費的,傳說某田就是因為交了“保護費”才于2013年推出了這種結構的混動系統?;蛟S是看到了本田i-MMD的成功,于是國產品牌便也開始基于這種混動結構進行了開發,并等到國際公認的“20年專利期限”到期后的2019年才前后腳發布了“大同小異”的混動。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        這種雙電機串并聯結構的混動之所以省油,就是因為發動機在中、低速時只會在最高熱效率點上進行發電,驅動車輛行駛的任務由電機完成,如此一來發動機便規避了此前中、低速直驅車輪的低效工作區間。而到了高速,發動機又能通過離合器與車輪直接相連,進而規避不利于電機能耗的高速工況。至此,在有了高效混動的基礎上,國產汽車廠商只需要為這套混動系統打造出一臺高熱效率發動機,就可以實現超低的油耗了。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        農作物要想長得好,除了有地、有種子、有人照顧這些內在因素外,天氣好壞這個外因也是決定最后糧食能否豐收的關鍵所在。這就像是國產混動車型造出來了,最初消費者大概率不能理解混動比純燃油車貴出的上萬塊差價意義在哪,以至于廠家根本不敢大力去鋪混動,生怕比純燃油車貴出的差價,會導致品牌銷量撲街。如此一來,消費者買單,廠商將利潤再次投入研發提升競爭力,消費者再用同樣價格買到更好產品的工業產品升級循環根本就轉不起來。好在,我國政策的大手正好卡在國內廠家紛紛推出混動車型前的時間點,通過政策的出臺為混動車、電動車鋪平了前方的道路,起到了推波助瀾的效果!

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        2018年4月,我國推出了嚴苛的雙積分政策,該政策根據企業每年銷售車輛的油耗計算積分,如果車輛油耗過高,企業的積分則會變為負數,進而需要繳納罰款、甚至被強制退市。而如果多賣混動車、新能源車,則可以獲取正積分,不僅能夠在一定程度上抵消掉其它高油耗燃油車的負積分,甚至還能將積分賣給其它車企賺取可觀的收入。例如車企每賣出一輛續航500km的純電動車,就可以獲取6.8個積分,賣一輛插電混動車,就可以獲取2個積分。以比亞迪為例,2020年比亞迪靠銷售新能源車獲得了近75萬個新能源正積分,而當時一個積分的行情價可以賣到3000元,相當于如果比亞迪將所有積分都賣出去,就可以獲利約22.5億元!雖然不知道實際比亞迪通過賣積分賺了多少錢,但根據比亞迪的企業年報來看,比亞迪在2019年的企業凈利潤不過16.14億,而2020年企業凈利潤就一下達到了42.34億。所以對于在中國生存的車企來說,降低燃油車油耗、多生產插混、純電車就成為了必須要做的決策。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        除了雙積分政策的“強推”外,最近十幾年中國各大城市推行的搖號限購政策也是國內插混車能得到快速發展的助推劑。畢竟插混車可在除北京以外的大部分城市享受免搖號且免費的上牌政策,同時又沒有電動車的續航焦慮。所以盡管前些年國內的插混車因為沒有強混動系統的加持,不充電油耗就高得嚇人,但依然有不少消費者會在政策的優待下選擇購買插混車,來享受政策福利。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        政策的力量是強大的,混動專利過期的時間點是恰到好處的,同時中國車企也是爭氣的,在經歷了短暫的低效插電混動亂象后,國內的高效混動系統正式迎來了井噴期。2020年底,比亞迪率先推出了DM-i高效插混系統,并靠著先天的插混政策優勢、出色的平順性、以及足以媲美“兩田”混動車的虧電油耗,迅速獲得了消費者的追捧,隨后長城也推出了類似結構的DHT系統。而吉利這邊更是在去年推出了增加3擋變速器的DHT Pro系統,其混動結構、工作邏輯之高超,就連日系“兩田”看了也得自慚形穢。


        看到這大家肯定就會好奇了,對于中國混動來說,專利過期、政策推波助瀾頂多算是天時、地利,那人和這一塊,中國廠商又是如何在混動系統不可或缺的混動發動機領域迎頭趕上的呢?下面我將為大家帶來本文的重頭戲,也就是為啥中國能在混動發動機領域瞬間實現彎道超車!

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        一直以來,國產廠商的汽油發動機之所以無法與合資廠商相媲美,主要就是因為單純供燃油車使用的發動機要同時兼顧動力、油耗、成本、技術,以及開發時間,所以確實非常難造。而其中最難的,就是動力與油耗之間的兼顧,因為它不僅需要較高的研發成本,同時更需要長時間在發動機領域的積淀。畢竟回顧歷史,一款好的發動機,通常都是靠長時間一點一點技術積累堆起來的,網絡爽文中那種英雄橫空出世,直接創造奇跡的故事情節很難在發動機制造領域出現。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        日產HR16引擎

        像是沒啥存在感的家用小能手--日產HR16 1.6L自然吸氣發動機就是一個很好的例子。這臺發動機最早誕生于2006年,在過去十幾年中服務于軒逸、騏達、勁客、陽光等多款入門級車型。這臺1.6L自吸發動機的牛X之處在于,在它發展至如今第3代的16年間,日產只通過對一些細枝末節處進行升級,就使這臺發動機的動力與油耗兼顧能力長期保持在了頂尖水準。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        日產缸壁熔射工藝

        像是第二代HR16就從初代的可變氣門正時升級成了連續可變氣門正時,而三代又升級成了e-VTC智能電動連續可變氣門正時,這種配氣結構的升級就為降低油耗、提升動力提供了很好的基礎。此外,第三代HR16發動機還取消了缸套設計,升級成了跟GT-R發動機一樣的缸壁熔射工藝,可以有效降低活塞運轉的阻力。并且在此基礎上,日產又通過提高壓縮比提升了發動機的燃油經濟性,最終將HR16發動機的峰值馬力,從初代的109馬力提高到了第三代的139馬力,并且隨著發動機的升級換代,軒逸的NEDC油耗也從初代車型的7.2L/100km,降至了第三代車型的4.9L/100km,實現了動力與油耗的雙重提升。


        既然發動機制造如此講求技術積累,那為何國產車又能瞬間在混動發動機領域實現彎道超車呢?

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        通過上面日產HR16發動機的進化路程我們不難發現,要想打造出一臺兼顧動力和油耗的發動機確實不是一朝一夕就能實現的。不過!只要我們抹掉油耗和動力這兩個指標中的任意一個需求,那發動機就會好造很多了。像是改裝廠之所以可以通過刷程序輕易將發動機動力大幅提升,就是因為他們放棄了原廠發動機在設計時必須兼顧油耗排放的要求。反之,如果放棄動力,只抓省油的話,那也是可以輕易將發動機熱效率做高的。而恰巧混動車上的發動機在大部分時間內充當的都是增程器角色,本就不需要什么動力,所以像是目前比亞迪唐DM-i的1.5T發動機,就只有139馬力;本田i-MMD的2.0L發動機也只有146馬力。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        串并聯混動系統之所以不太需要考慮發動機動力,主要還是因為它的運轉模式并不依賴發動機的動力大小。上文提到過,當車輛處在中、低速下的串聯模式時,發動機只會起到發電作用,車輪的驅動力是由驅動電機來提供的,這就意味著發動機的動力并不會對車輛的加速性能造成影響,動力只需要滿足電機的用電量就好。而在高速并聯模式下,雖然車輛保持巡航狀態的動力來源切換為了發動機,但維持車輛巡航并不需要太大的動力。

        例如滿足一輛普通家用緊湊型轎車進行時速120km/h的巡航,大約35馬力就已經足夠了。所以像是1.5L混動凌派這種車型,即使發動機的峰值馬力只有109馬力,也完全可以滿足車輛的巡航動力需求了。至于遇到需要強勁動力輸出的高速超車工況,這類串并聯結構的混動還能調動比發動機馬力更大的驅動電機與發動機一同加速。如此一來,由于全工況都不需要發動機出大力,所以混動發動機就可以盡情舍棄動力,去追求熱效率了。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        在了解了串并聯混動發動機為什么不需要動力后,我們就很好理解為什么一臺不需要考慮動力的高熱效率發動機會很好造了。其中最關鍵的原因就是,研發一臺混動發動機只需要將一個“點”的熱效率做高就足夠了。而普通燃油發動機則需要在整個“面”的范圍內兼顧熱效率和動力。舉個例子,上圖是本田2.0混動發動機(左)與1.5T增壓發動機(右)的“制動比油耗圖”,圖中等高線上的數字代表了該發動機在當前轉速、扭矩輸出狀態下,每一千瓦動力在一小時要消耗多少克汽油,其中某個區域或某個點的數字越小,就意味著發動機熱效率越高、越省油。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        還是以這張圖為例,我們可以看出左側專門為混動車打造的2.0L自吸發動機上的最省油區域為210g/(kW·h),而右側純燃油車使用的1.5T渦輪機的最省油區域為240g/(kW·h),相當于每小時每千瓦動力的耗油量要比混動2.0L自吸多出30g。不過從對比圖中我們也可以看出,1.5T發動機的240g/(kW·h)工作區域,是要遠大于2.0L混動發動機最省油的210g/(kW·h)工作區域面積的,這也就意味著,雖說1.5T在某一個很小的工作范圍內沒有2.0L自吸省油,但卻能將自己240g/(kW·h)的最佳油耗以更強的扭矩覆蓋更廣的區域。這便是只兼顧一個“點”的熱效率,與在一個“面”上兼顧熱效率和動力的區別。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        要知道,如果想讓一臺純燃油發動機在一個很大范圍內兼顧動力和油耗,也就是將“面”做大,是需要把發動機所有工況下的配氣、點火正時、噴油量、甚至是渦輪的起壓狀態都調到極致才行的,這不僅需要付出很大的硬件、時間成本,而且更離不開車企強大的發動機研發能力,如果沒有長期的技術積累是不可能做到的。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        但如果換成打造一臺動力只需滿足電機驅動需求,且只需要將一個“點”熱效率做高的混動專用發動機的話,那難度就要低太多了。像是在硬件層面,由于不需要動力,混動發動機首先可以使用在傳統燃油發動機上會降低動力,但卻能提升熱效率的阿特金森循環,來避免低負荷時的泵氣損失。其次,混動發動機還可以通過大幅提高壓縮比和空燃比,來使發動機達到稀薄燃燒的效果,進一步提升發動機熱效率。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        比亞迪1.5L驍云發動機

        不僅如此,由于混動發動機通常只會在很小的轉速波動范圍內進行發電,不需要裝配適應高低轉速的氣門升程功能,所以配氣機構也就可以省去了,在節省成本的同時,還降低了配氣機構的運轉阻力,對熱效率也有幫助,像是比亞迪的1.5L驍云發動機就取消了排氣門側的氣門調整機構。而在調校方面,由于混動發動機工況十分單一,且結構簡單,所以壓根也不需要廠商具備很強的調校能力和經驗。


        綜上所述大家不難發現,打造一臺省油的混動發動機,確實要比打造一臺動力、油耗兼顧的傳統燃油車發動機簡單太多了

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        現如今國六b嚴苛排放標準的推行,讓不少車企都不得不通過研發新發動機、并加裝顆粒捕捉器的方式來滿足排放政策。要知道,目前汽油發動機的排放難主要是由車輛低速、低負載情況下,油氣混合物燃燒不充分生成的氮氧化合物所導致的。但由于串并聯混動的發動機運轉工況單一,且一工作就會處于2000轉左右的最高熱效率點上,所以發動機并不會存在不利于燃燒的低負載工況,那通過排放法規就成為了一件輕而易舉的事情。并且從目前來看,混動車型上的發動機,無論采用的是自吸還是渦輪增壓,由于其日常工況都非常健康,所以幾乎都不用在排氣上加裝顆粒捕捉器。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        此外,由于負責過濾尾氣的三元催化器只有在14.7:1的空燃比下才能提供最佳凈化能力,而普通燃油車的加速、減速工況又會造成發動機空燃比的波動,所以也容易導致尾氣污染物排放的超標。而對于串并聯混動系統的車型來說,首先就像前面講的,發動機在大多數工況下的輸出功率都是固定的,自然能將14.7:1的空燃比保持的很穩定。其次如果遇到需要發動機和驅動電機同時發力的加速工況,驅動電機也會優先調整輸出功率,來避免發動機出現較大的負載變動,從而保持空燃比的穩定,避免尾氣污染物排放超標。所以混動車型不僅可以輕松通過目前嚴苛的國6b,而且就算未來國7排放繼續加碼,混動車型也依舊可以高枕無憂。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        由于混動發動機和純汽油發動機采用了截然不同的設計思路,所以在本文的最后我們不妨來做一個假設,如果將這些熱效率超高的混動發動機裝在純燃油車的機艙里,那這臺純燃油車開起來會是什么樣的感覺呢?

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        首先,高熱效率發動機較差的峰值功率會導致這臺車的動力十分拉胯。其次,由于混動發動機的高熱效率區間很窄,所以當純燃油車發動機來用的話,油耗還會變得很高。最后,由于混動發動機的最高熱效率普遍在2000轉上下,所以如果自動擋車型按照省油邏輯去將每個擋位匹配到高效的2000轉工作,那這臺車日常開起來便會因為發動機轉速偏高,出現噪音惱人的問題。

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        比亞迪為啥能在混動領域彎道超車?

        如果10年前蹦出來一個人公開放話:不出10年,中國的造車水平將會提升到和歐美、日本一樣高的第一梯隊水平!那這個人大概率會被大家當成“小粉紅”看待???0年后的今天,無論是在代表著未來的電動車領域,還是承擔著過渡角色、駕駛感受遠超純燃油車的混動車領域,中國的某幾款車型都已經完成了真正意義上的“彎道超車”。此時如果你問我未來10年中國造車將會發展到什么水平,我不好說,也不敢說,因為我怕大家看完我的預測,也會將我歸位“小粉紅”的行列。但我可以肯定的是,隨著2022年4月3號比亞迪官宣停產純燃油車,未來國內停產純燃油車的中國品牌一定會越來越多,因為現在大家已經做足了準備,準備好了迎接下一個10年,那個屬于中國造車的高光時刻。

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