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热效率超丰田/马自达 比亚迪 DM-i 1.5L 阿特金森发动机详解
新出行原创 · 文章

你没看错,这的确是一篇关于发动机的解读文章,但你可以放心,新出行依然是专注在新能源车领域。而这次的这个发动机,我相信也将成为新能源车领域、乃至整个中国自主汽车品牌里具有里程碑意义的一款发动机。

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它是比亚迪最新的“骁云-插混专用 1.5L 高效发动机”,也就是比亚迪 DM-I 专用的一款发动机,从明年开始将应用在比亚迪旗下的系列插电式混动车型上。而它也有着比亚迪乃至整个汽车行业量产车中最高热效率。具体这台发动机有哪些亮点技术?未来的应用规划如何,这篇文章我们就来聊聊。

这里也提前做一下预警,这篇文章有一定的阅读门槛,需要你对汽车发动机的基本原理有一定的基础和认识,里面会用到比较多的发动机专业术语,如果你对汽车发动机技术此前没有太多的了解,建议略过第三部分,只看一、二、四几个部分的内容即可。

一、什么是 DM-i?

在讲这台发动机之前,我们先来简单聊聊比亚迪的 DM-i。从今年开始,比亚迪的插电式混动技术路线将分成两个方面,一个是 DM-i、另一个是 DM-p。DM-i 主打节能,DM-p 主打性能。

今天我们要讲的这款 1.5L 自然吸气发动机便是 DM-i 专用,也是比亚迪历时 4 年全新研发的一款发动机,拥有目前所有量产车中最高的热效率,主打极致节能。

比亚迪全新 1.5L 阿特金森发动机

而现有的采用 542 动力系统以及 2021 款唐DM、汉DM 等百公里加速在 5 秒内的插电式混动系统,则属于 DM-p 的技术阵容。主打动力性能,满足“追求更高驾驶乐趣”的用户。

二、发动机动力参数

首先我们先来看看这台发动机的基本信息,内部代号为 BYD472QA,发动机的最大输出功率为 81kW、最大输出扭矩为 135Nm。还有两个比较哇噻的数据是发动机的压缩比高达 15.5、发动机的热效率高达 43%。

对比目前市面上比较高效的两款自然吸气发动机,丰田 1.8L 自然吸气发动机和马自达 1.5L e-创驰蓝天自然吸气发动机,比亚迪这款全新的 1.5L 发动机无论是在热效率还是在动力性能上,都不弱,而且在发动机热效率以及压缩比上还有更大的优势。

马自达最新推出的 2.0L 自然吸气发动机,采用了压燃点火技术之后,才将压缩比推到了 15.1,而比亚迪这款最新发动机 15.5 的压缩比,已经快接近柴油发动机的水平了。

高压缩比能带来动力性能的提升、高热效率能带来节能效果的提升。比亚迪这台全新的发动机在达到 43% 的高热效率基础上,相比目前市面上主流的同排量发动机在动力性能上也不弱,同时另一方面它最大的亮点还在于较低的成本。

三、发动机技术详解

这台发动机可谓是“鱼和熊掌兼得”,它背后运用到哪些技术?工程师又做了哪些创新,下面我们详细来聊聊。

  • 阿特金森循环
  • 15.5 超高压缩比
  • 冷却 ERG 废气再循环
  • 首创分体冷却热管理
  • 电动水泵
  • 双节温器
  • 取消所有轮系
  • 进气 VVT 技术

比亚迪这台发动机尺寸为 575*533*729mm,采用全铝合金材质,重量为 86kg,满足国 6B 的排放标准。由于是应用于插电式混动车型,它从开发之初就是为了节能而来,同时降低成本,所有技术的应用都是为了达到这两个目的。

1、阿特金森循环

目前市面上在售的汽油车都是四冲程的,发动机的一次做功过程中都经历了进气、压缩、膨胀(做功)、排气四个过程。这种四冲程发动机是由一个叫“奥托”的德国人发明的,因此也叫奥拓循环发动机,而这种发动机膨胀比和压缩比是一样的。

阿特金森循环发动机是通过在压缩行程进气门晚关,使得膨胀(做功)行程大于压缩行程,也就是发动机的膨胀比大于压缩比,相当于相同的燃油量推动活塞的行程更长,因此燃油的利用率也更高,提高发动机热效率,降低油耗。

我们在日系混动车上比如丰田凯美瑞双擎、卡罗拉双擎等看到的发动机都是采用阿特金森循环发动机,主要原因就是源于它的节油性更好,但动力性能也会相对较弱一些;当然了,在混动车上,动力削弱的部分还有电机来做补充,DM-i 混动系统也是如此。

2、15.5 超高压缩比

关于 15.5 的压缩比,在上面的对比表格也可以看到,应该是目前市面上量产的汽油发动机中最高的了。简单解释一下什么是压缩比,它衡量的是发动机的混合气被压缩的程度,是发动机在压缩行程中活塞位于上止点时气缸容积和活塞位于下止点时气缸容积的比值。

简单的理解,压缩比越高,混合气被压缩得越厉害,燃烧做功时爆发的动能越高,发动机的动力性能越好。压缩比越低,则发动机的动力性能也越弱。

你可以类比成吹气球,气球越小戳爆时爆炸的声音越小,这个时候你也不会那么怕。但气球最终被完全吹爆时,爆炸的声音也就越大,释放的能量就越高。发动机工作时混合气被压缩就是类似的道理。

发动机的压缩比当然也不是越高越好,越高也会带来一系列的问题,最明显的就是会产生发动机爆震。

爆震是怎么产生的呢?很好理解,混合气被压缩时温度会升高,当升高到混合气的燃点时,此时便会开始燃烧,即提前进入膨胀做功阶段。对于压缩比较高的发动机,此时混合气燃烧时,活塞可能还没运行到上止点,那么这时燃烧所产生的动能推力与活塞行程刚好相反,那么就会引起爆震。

所以提高发动机的压缩比需要解决的第一个问题便是爆震。最好的解决方法便是降低混合气的温度,让混合气延缓燃烧。这个时候就要讲到接下来的一个发动机技术,EGR 废气再循环技术了。

3、EGR 废气再循环

EGR 废气再循环(Exhaust Gas Recirculation)顾名思义就是把发动机排出的废气再次引进入进气系统,重新参与燃烧的过程。它发明早期主要是用于降低柴油发动机排放废气中氮氧化合物含量。而随着排放法规标准的不断提高,慢慢也开始应用到汽油发动机上。

发动机排气系统排出的废气含有大量的碳氧化合物,把部分排气气体重新引入到进气系统和混合气混合,降低混合气氧气的含量以及温度,有效减缓混合气的燃烧,从而避免活塞在运行到上止点之前混合气提前燃烧的情况发生,从而抑制爆震现象的产生。

这是 EGR 废气再循环在比亚迪这台全新 1.5L 自然吸气发动机上发挥的一个重要作用。当然了,它本身降低碳氧化合物提高排放标准的作用也依然还在。

在这台发动机上,工程师还同时采用了高滚流进气道,能让混合气混合更充分,提高混合气的燃烧速度。另一方面也采用了高能点火系统确保燃烧时的稳定性。

总之,简单的理解,这台 1.5L 发动机通过采用阿特金森循环来提高发动机热效率、采用超高压缩比来提高输出动能、利用 EGR 废气再循环降低发动机爆震现象、采用高滚流进气管使得混合气混合更充分从而提高燃烧速度、利用高能点火系统提高燃烧稳定性。

4、首创分体式冷却系统

目前得车辆基本都是采用一套冷却循环系统,工程师在这台全新发动机里面首创的采用了两套循环系统,把缸体和缸盖分开进行冷却。同时也采用了电子和传统的蜡式双节温器,分别应对不同的冷却回路。

在这台发动机上,也采用了目前大部分车都采用的缸盖集成排气歧管设计方案,这种设计可以让冷却系统和废弃实现更好的冷热交换。比如在冷启动时,能够利用排气歧管的温度为冷却液加热,让冷却液快速达到工作温度,减少暖机时间。

5、取消轮系

取消轮系这个设计是这台发动机的另一个大亮点,传统的发动机需要有启动机、空调压缩机、机械水泵、机械真空泵等等。这些零部件通过皮带轮与发动机连接,由发动机来带动进行做功。

在传统的发动机里面,发动机的工作转速覆盖了低中高相对较广的区间,所以可以兼顾带动到这些轮系零部件的工作。

但在比亚迪这台专为插电式混动车开发的发动机中,为了极致的省油以及弥补阿特金森发动机在转速时效率低、扭力较差的缺点,工程师把它的工作转速区间设定在最节能的 2000-3000 转的范围内,这个时候就无法兼顾到低转速下的轮系零部件。

比亚迪这台发动机和传统燃油车发动机工作转速区间对比

因此工程师把这些轮系零部件取消了,转而替换成电能驱动,比如采用了电动真空泵、电动水泵等等。

同时由于这台发动机只应用在插电式混动车上,车辆配备的大容量电池用以驱动这部分零部件,完全时候绰绰有余,在能耗上也不会增加太多,这是一个相对来说比较创新的设计。

在其它的一些技术的应用上,这台发动机也有为成本进行了妥协。比如为了降低成本,采用了岐管喷射技术而没有采用效率更高缸内直喷,不过最终的发动机性能参数已经是很惊人了。工程师也坦言,这台发动机如果还有成本预算的话,热效率还能进一步提升。

四、什么时候能买到 DM-i 的车?

这次仅仅是公布了 DM-i 的这台发动机的技术参数,在接下来官方也将陆续公布 DM-i 系统的传统结构、电机技术等等,最终把整套 DM-i 系统完整的呈现在大众面前。

在这次沟通会上,官方也透露搭载 DM-i 的车辆将在明年推出,会先搭载在秦和宋两个系列上,未来的秦、宋系列将形成燃油、DM-i 插电式混动、DM-p 插电式混动、纯电四种动力车型矩阵,价格也从低到高进行覆盖。

宋Plus EV

总结:这是中国自主品牌第一款专为插电式混动车型开发的发动机,从各项参数指标来看,已经超过了目前丰田那台知名的 1.8L 自然吸气发动机了。这台发动机装车后,将可以大幅拉进插电式混动车和燃油车的价格差距。同时也让自主品牌的车型在面对合资燃油车型时有了更高的竞争力,这是中国自主品牌具有历史性意义的一台发动机。

不过在后续的装车中,我更期待它在亏电时的平顺性表现,特别是与之搭配的变速箱是否还是原来的那台 6 速双离合。在这次沟通会上,官方小小透露了一点,将采用一台 E-CVT 变速箱,这让我有了更多的期待。关于这套 DM-i 系统,更多的信息也将在接下来陆续释放,我们拭目以待。

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