柴油動(dòng)力汽車使用體驗(yàn)較差·節(jié)油優(yōu)勢正在被取代
似乎柴油動(dòng)力汽車在乘用車型中非常罕見,只有營運(yùn)客車與載貨汽車更偏向這種機(jī)型;但大部分司機(jī)都說柴油車會(huì)更省油,明知其優(yōu)勢而不選,這是不是顯得有些矛盾?其實(shí)這是個(gè)很正常的現(xiàn)象,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是一種瑜不掩瑕的內(nèi)燃機(jī),兩個(gè)突出的缺點(diǎn)以及一種更節(jié)能的技術(shù)基本決定了這種機(jī)型的終結(jié)。
下面就來看一看這種機(jī)型的缺點(diǎn)吧。

性能&NVH
都說柴油機(jī)加速迅猛動(dòng)力強(qiáng)勁,這種說法并不客觀。以≤3.0T的柴油機(jī)為參考(柴油機(jī)99.99%均為廢氣渦輪增壓技術(shù)),合資汽車陣營中的2.5-3.0T的最大功率普遍為110kw左右,最大扭矩低至平均300N·m出頭;只有少數(shù)的國產(chǎn)優(yōu)秀2.0T增壓機(jī)可以達(dá)到≥400N·m以上的標(biāo)準(zhǔn),這是什么水平呢?
優(yōu)秀的2.0T汽油增壓機(jī)現(xiàn)階段的平均最大扭矩在375N·m左右,高標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型同樣可以達(dá)到400N·m;扭矩直接決定性能,因?yàn)椤概ぞ亍赁D(zhuǎn)速÷9549×1.36=馬力」,從這個(gè)角度分析則說明柴油機(jī)并沒有性能的優(yōu)勢,如果從“轉(zhuǎn)速限制”的節(jié)油設(shè)定分析則柴油車性能更差。

上文說明了馬力高低的決定因素是扭矩或轉(zhuǎn)速,兩者是相乘的關(guān)系;那么假設(shè)2.0T的汽柴油機(jī)的扭矩都是400N·m,裝備于同款車上的性能誰更強(qiáng)呢?如果在轉(zhuǎn)速一致的前提下則沒有區(qū)別,然而柴油機(jī)為了省油而對轉(zhuǎn)速進(jìn)行了嚴(yán)格限制。
汽車裝備的四沖程內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速指曲軸每分鐘的旋轉(zhuǎn)次數(shù),轉(zhuǎn)兩次就會(huì)噴油做功一次;轉(zhuǎn)速越低則單位時(shí)間的噴油頻率越低,所以只要限制了轉(zhuǎn)速就等于限制了耗油量。

柴油機(jī)的極限轉(zhuǎn)速平均在≤4000rpm的范圍內(nèi),而汽油機(jī)可以達(dá)到≤7000rpm的范圍;汽油機(jī)每個(gè)前進(jìn)擋都能把轉(zhuǎn)速拉升到7000轉(zhuǎn),每個(gè)前進(jìn)擋輸出的馬力都要大于柴油機(jī),所以真實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)是相同參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的汽油車加速肯定比柴油車強(qiáng)!
這是個(gè)不需要爭論的問題,參考最大扭矩400N·m的H9,其破百成績十秒開外;反之390N·m的的GS8破百只需要8秒,整備質(zhì)量的懸殊很小。其次470N·m的福特柴油動(dòng)力Ranger加速12秒左右,相同標(biāo)準(zhǔn)的汽油皮卡加速可以達(dá)到7秒左右,這就是限制轉(zhuǎn)速對性能的影響。

「NVH·噪音/振動(dòng)/聲振粗糙度」是評價(jià)汽車品質(zhì)的重要參考,駕駛過程中能感覺到明顯共振和過大噪音的車輛,對于駕乘感受很顯然會(huì)有較為嚴(yán)重的影響。而柴油機(jī)的問題正在于NVH水平差,因其點(diǎn)火方式是偏向節(jié)油的設(shè)定。
壓燃點(diǎn)火是柴油機(jī)的點(diǎn)火方式,概念是通過壓縮沖程活塞以超高的壓縮比,以極大的行程壓縮空氣;空氣在壓縮過程中會(huì)因分子碰撞產(chǎn)生高溫,只要壓縮程度大則會(huì)產(chǎn)生超過柴油自燃點(diǎn)的溫度。于是柴油就這樣被引燃了,重點(diǎn)是點(diǎn)火瞬間是活塞將將達(dá)到上止點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn),活塞受到的沖擊力較大且不會(huì)規(guī)則,隨著而來的就是比較嚴(yán)重的振動(dòng),空氣隨之共振則會(huì)產(chǎn)生聲波(噪音)。

汽油機(jī)采用的火花塞點(diǎn)火的方式,機(jī)器以較低的壓縮比實(shí)現(xiàn)壓縮溫度低于汽油自燃點(diǎn),能實(shí)現(xiàn)的是混合油氣只蒸發(fā)而不自燃;蒸發(fā)后在做功沖程中由火花塞電出電弧,混合油氣隨著被點(diǎn)燃而開始燃燒做功。
點(diǎn)火角度也會(huì)比較特殊,往往是在活塞開始下行的初級點(diǎn)做功并產(chǎn)生推力;這種設(shè)計(jì)雖然會(huì)比柴油機(jī)多損耗一些動(dòng)力,但也做到了減少活塞與機(jī)體的振動(dòng)強(qiáng)度。所以汽油機(jī)不僅有性能的優(yōu)勢,同時(shí)有使用體驗(yàn)的優(yōu)勢;家用汽車的用戶追求的車輛的高品質(zhì),這就是柴油代步車很少見的原因。

柴油機(jī)會(huì)被取代
柴油機(jī)的核心缺點(diǎn):NOx氮氧化物與顆粒物!
高壓縮比和柴油自身的特點(diǎn),決定了燃燒后的產(chǎn)物主要是這兩種物質(zhì)。顆粒物會(huì)影響空氣質(zhì)量應(yīng)當(dāng)無需解釋,對于PM2.5有些概念的話就會(huì)懂得應(yīng)當(dāng)控制顆粒物的排放;而氮氧化物是造成雨水偏酸性的第二酸分,酸雨會(huì)對農(nóng)田和農(nóng)作物造成相當(dāng)程度的影響。
所以控制這兩種物質(zhì)的排放是很重要的,SCR尿素系統(tǒng)就是用于分解氮氧化物,DPF顆粒物捕捉器也成為柴油車的標(biāo)配。這兩套系統(tǒng)不僅提高了柴油車的制造成本,也讓用車的便利性變差了一些;重點(diǎn)是仍舊不能很理想的處理尾氣物質(zhì),于是停產(chǎn)柴油機(jī)則成為各大汽車大國的話題。

歐盟多國已經(jīng)制定出了柴油機(jī)停產(chǎn)時(shí)間表,北美乘用車以汽油機(jī)為主,只是商用車型用柴油機(jī);這點(diǎn)是與國內(nèi)相同的, 所以目前還沒有制定出轉(zhuǎn)型規(guī)劃。但是插電混動(dòng)技術(shù)和增程式技術(shù),這兩種技術(shù)可以讓柴油乘用車失去價(jià)值,商用車也有轉(zhuǎn)型的儲(chǔ)備了。
混動(dòng)汽車參考并聯(lián)式插電混動(dòng)的唐DM,此車以2.4噸的整備質(zhì)量、全時(shí)四驅(qū)和超高的加速性能,實(shí)現(xiàn)了8-10L/100km的油耗。綜合性能與其接近的柴油動(dòng)力SUV,百公里油耗也得在15-20L之間,然而這臺(tái)車的內(nèi)燃機(jī)是2.0T直噴汽油機(jī),為什么可以這么低呢?答案在于主要用電驅(qū)動(dòng),內(nèi)燃機(jī)只是作為輔助的存在而已。

知識(shí)點(diǎn):
1、內(nèi)燃機(jī)的平均熱效率有35%?就算是這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)吧,但是最佳標(biāo)準(zhǔn)往往只能在幾百轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn),比如2000-2300轉(zhuǎn),低于或超過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的熱效率會(huì)低很多。所以燃油汽車的平均熱效率能達(dá)到30%左右就算不錯(cuò),柴油機(jī)就算高一些也不過是40%上下。
但是主流的永磁同步電機(jī)可以達(dá)到95%以上,也就是轉(zhuǎn)化動(dòng)力的過程中只損耗個(gè)位數(shù)的能量;所以用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的能耗會(huì)很低,按照一升汽油等于3kwh(度)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算,電驅(qū)可以降低?甚至更高的能耗。所以內(nèi)燃機(jī)主要用于發(fā)電,偶爾輔助驅(qū)動(dòng),以增程和油電混合模式運(yùn)行必然更省油——兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的綜合效率是遠(yuǎn)高于柴油機(jī)的。

2、電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常有意思,因其轉(zhuǎn)化動(dòng)能的方式是電磁場與永磁體磁極互斥,定子和轉(zhuǎn)子不需要接觸即可進(jìn)行動(dòng)力轉(zhuǎn)化。沒有接觸當(dāng)然也就沒有振動(dòng)、噪音和磨損,所以電機(jī)要比汽柴油機(jī)都要安靜太多;同時(shí)沒有磨損則可以實(shí)現(xiàn)很高的轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速高則功率高,功率高則加速能力強(qiáng)。
然而電機(jī)并不是只有能達(dá)到1.5-2.0萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速優(yōu)勢,低轉(zhuǎn)速扭矩爆發(fā)力也是要超過柴油機(jī)的;因?yàn)椴裼蜋C(jī)提升扭矩需要提高進(jìn)氣量和噴油量,進(jìn)氣量的提升需要拉升轉(zhuǎn)速,這個(gè)過程需要時(shí)間。而動(dòng)力電池組往電機(jī)繞組輸入電流形成電磁場的速度,這是僅次于光速的,也就是說電機(jī)起步第一轉(zhuǎn)即可爆發(fā)最大扭矩,柴油機(jī)做得到嗎?

總結(jié):柴油機(jī)曾經(jīng)的優(yōu)勢只有節(jié)油,節(jié)油的基礎(chǔ)是通過轉(zhuǎn)速限制和柴油自身的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn),但同時(shí)也帶來了很多的問題。所以這種機(jī)器只適合用于追求低行駛成本的商用車,對于家用汽車用戶而言并不理想。
在乘用車陣營中,目前插電混動(dòng)和增程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了性能和油耗表現(xiàn)超越柴油車,這種技術(shù)基本沒有再應(yīng)用的價(jià)值;至于商用車也只是需要克服動(dòng)力電池制造成本的問題,之后同樣也會(huì)淘汰柴油動(dòng)力。要知道高鐵、地鐵、云軌、輕軌,以及很多船舶艦艇都是電驅(qū),電機(jī)是種潛能很大的發(fā)動(dòng)機(jī)。

編輯:天和Auto-汽車科學(xué)島
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