为何没有柴油混合动力的汽车丨析技

记者丨张一弛

责编丨魏   文

在环保至上的时代，传统内燃机汽车的日子越来越难过，而电动车更准确的说是电池车，依然过于稚嫩，从交通工具的角度看，续航能力是其最核心的短板。于是混合动力就变成了目前政策环境下一个不错的解决方案。

其实即便没有政策压力，油电结合也是件好事，因为它能各取所需、扬长避短。之前说了纯电动的短板，而对于纯燃油车来说，效率低下也是一个无法改变的事实。即使在实验室中，传统的活塞式引擎也很难达到50%的热效率。而且现在我们听到的热效率都是最高热效率，它只会出现在引擎的某些特殊工况条件下，实际的城市道路中很难让引擎保持在最高热效率区。最简单的例子就是等红灯，此刻热效率几乎为零。

图中山顶部分为最高热效率区间

而一套优秀的混合动力系统就可以解决这个问题，拿本田的iMMD来举例。低速或者停车时，引擎关闭由电池来提供能量；日常行驶时，电机来调整引擎的运转工况，尽可能让引擎运行在最高热效率区间；高速行驶时，由引擎直接驱动车轮，因为此时引擎本身就处于最大热效率区间。

由此可以看出一套高效的混动系统，首先要拥有一台拥有很高热效率的引擎，其次需要一套优秀的能量管理系统来调控油、电切换，以及引擎运行转速。不过这里也有个问题，为什么现在的混动车型都很少使用效率更高的柴油引擎呢？柴油引擎加上高效的混动系统，如此强强联手岂不是更好。

事实上柴电混动的例子有不少，比如火车、潜艇、船舶。汽车方面，标致、奔驰都曾尝试过这类混动，之所以没有形成主流，我想大概有三点原因。

标致3008 HYbrid4就是一款柴油混动车

其一，是成本因素，柴油引擎由于结构的差异，同等动力、技术水平下要比汽油引擎贵15%左右。主要因为供油系统和涡轮，柴油引擎是压燃做工的，所以喷油的压力都很高能达到2000bar左右，而现在的汽油引擎喷油压力也就350bar。此外，柴油的价格也是问题，欧洲和国内是要比汽油便宜，但美国是柴油更贵的。

其二，环保问题，这也是我认为最重要的原因。在展开之前，还是有必要铺垫一下柴油引擎的工作原理。所谓的压燃，其实并不准确，柴油引擎在压缩冲程中仅仅是压缩空气，到达上止点之后才喷油，然后利用高温空气将柴油引燃。

如果把整个燃烧过程切开来看，高压喷射的柴油在刚刚喷油的时候并没被点燃（滞燃期），因为燃油周围没有足够的氧气。之后，油滴逐渐扩散开来，获得了足够的氧气开始燃烧（急燃期），但此刻局部燃油还是过浓，就会产生碳烟，这也就是现在要严格限制的颗粒物。

随着燃烧的进行，燃烧室内温度不断上升（后燃期），而最外侧氧气还没有耗尽，氧气过量就会导致氮氧化物的产生，这也是对环境非常不友好的产物。

紫色部分是尚未燃烧的柴油，蓝色和橙色部分会产生碳烟，最外层紫色部分会产生氮氧化物

这张图能更直观的看到柴油燃烧的过程

总之，柴油引擎的燃烧方式是扩撒燃烧，整个过程要比汽油引擎要长很多，所以导致氮氧化物和颗粒物更加难以控制。如果减少氧气，不就可以控氮氧化物了么？这不能说是个解决方案，不充分燃烧会带来更坏的结果，比如油耗增加、颗粒物增加等等，而且扩撒燃烧的方式即使减少氧含量也无法避免氮氧化物的生成。

要解决这些问题，只能在排气端想办法，为了中和氮氧化物可以选择氨气NH3、氨水NH4OH或者尿素(NH2)2CO。只不过氨气和氨水的味道太大，实在难以让人接受，所以一般会用尿素来还原。但是尿素不像三元催化器，它是一个消耗品，需要定期添加。

蓝色的盖子就是加尿素的地方

回到混动话题上来，如果柴油混动的排气不加处理，那就违背了环保的初衷；而如果为了环保添加这么一大套东西，无论对厂商还是消费者都会增加成本，即使柴油效率更高，但价格高了还是不会受到欢迎的。

最后是柴油和混合动力的匹配问题。电动机的扭矩曲线是低转很强，随着转速的攀升会逐渐的衰落。而柴油引擎也与之相似，低扭强劲，高转不足，如此一来二者之间就不好达到一个互补的关系。

柴油引擎这种特性也是它结构造成的，前面也说过了柴油燃烧是相对缓慢的。如果转速不断攀升就会导致燃烧不充分，所以柴油机不可能用太高的转速，一般最高都在4000rpm左右，而船舶使用的低速柴油机转速可以低至300rpm以下。

反观汽油引擎，它的燃烧追求的是均质燃烧，火花塞点火后要尽可能的在第一时间内引燃气缸内的混合气。如此它更加适合高转速，自然吸气引擎的最大扭矩点一般在4000rpm以上，但是低扭却显得过于羸弱，不过这样正好与电动机形成了互补。

 成本、排放、匹配这三大因素决定了柴油混合动力系统没有成为当下的主流。另外柴油引擎本身就非常的省油，没有太大必要为它再匹配一套混合动力系统，这也体现了“如非必须勿增实体”的工程是思维。