代表當(dāng)今混合動力巔峰技術(shù)的車型是哪款?相信不少車迷朋友都會在保時捷918、邁凱輪P1、法拉利LaFerrari這三款神車當(dāng)中搖擺不定。它們是目前民用跑車當(dāng)中的最強者,也是很多人的終極夢想。但是說到混合動力的巔峰,即使是神車,在WEC三巨頭保時捷919Hybrid、奧迪R18e-tronquattro、豐田TS050面前,也要甘拜下風(fēng)。
什么是WEC?
WEC即World Endurance Championship,世界耐力錦標(biāo)賽。WEC是FIA(國際汽聯(lián))繼F1、WRC、WTCC之后推出的第四項世界級別賽事。和F1這種沖刺賽不同,WEC比的是在規(guī)定時間內(nèi)行駛的距離,對賽車的可靠性有相當(dāng)高的要求。WEC2016賽季的比賽包括了8場6小時耐力賽和一場24小時耐力賽,其中這場24小時耐力賽就是著名的勒芒24小時耐力賽。
WEC分為LMP1、LMP2、LMGTEPro、LMGTEAm四個組別,其中LMP1(Le Mans Prototype,原型車組)代表了該項賽事的最高水平。WEC的參賽車隊分為廠隊和私人車隊,廠隊無疑又有著更高的水平。現(xiàn)在LMP1組別有4支廠隊參加,分別是奧迪、豐田、保時捷,以及日產(chǎn)。
奧迪是WEC賽事上最成功的車隊之一,13座勒芒24小時耐力賽冠軍獎杯說明了一切。豐田雖然沒有贏得過勒芒的冠軍,但在2014年拿到了WEC賽季車手和車隊雙料總冠軍。保時捷在勒芒曾有過輝煌的戰(zhàn)績,在上世紀(jì)70~90年代拿下了16個冠軍,2014年保時捷廠隊回歸WECLMP1組,并在第二年就包攬了了勒芒24小時耐力賽冠軍、WEC賽季車手總冠軍、WEC賽季車隊總冠軍。日產(chǎn)在WEC上的歷史成績一般,2015年重返WEC的日產(chǎn)帶來了前驅(qū)的GT-RLM Nismo,不過這輛車暫時不具備競爭力。
2016年的新趨勢:小排量渦輪增壓、8MJ混動系統(tǒng)、鋰電池
在2015年,保時捷車隊是最大的贏家。相比競爭對手,保時捷的冠軍賽車919 Hybrid的特點是采用小排量渦輪發(fā)動機、8MJ的混動系統(tǒng),以鋰電池作為儲能設(shè)備。而這些特點也被競爭對手學(xué)習(xí),成為了2016年WECLMP1組賽車的新趨勢。
小排量渦輪增壓發(fā)動機
在2015年,豐田TS040的發(fā)動機是一臺3.7LV8自然吸氣發(fā)動機,奧迪R18e-tron搭載的是一臺4.0LV6TDI渦輪增壓柴油發(fā)動機。保時捷919 Hybrid的排量則只有競爭對手的一半,它搭載的是一臺2.0LV4雙渦輪增壓發(fā)動機。
以小博大的保時捷笑到了最后,它的理念也給了豐田啟發(fā)。在新車TS050上,豐田換用了一臺2.4LV6雙渦輪增壓發(fā)動機。
對此,豐田車隊的經(jīng)理Pascal Vasselon表示,豐田完全可以造出一臺即省油又有競爭力的自然吸氣,但問題是它的最優(yōu)區(qū)間很窄,當(dāng)環(huán)境(溫度和海拔等因素)發(fā)生變化時,它就沒那么強勁了。渦輪增壓發(fā)動機就要好很多,能夠在更廣泛的工作區(qū)間里獲得理想的動力和燃效。所以把自然吸氣發(fā)動機換成小排量渦輪增壓發(fā)動機的最大好處就是更大的工作區(qū)間。
新趨勢:更強的混動系統(tǒng)、鋰電池
8MJ混動系統(tǒng)
LMP1組又分為LMP1-H和LMP1-L兩個組,前者用的是混合動力系統(tǒng),現(xiàn)在廠隊的賽車都屬于LMP1-H組。
混動系統(tǒng)如何發(fā)揮作用?在入彎前,賽車減速回收能量,出彎時,電機全力輸出,幫助賽車盡快提速。所以,在LMP1賽車的混動系統(tǒng)中,電機都相當(dāng)強勁,比如在2016款919 Hybrid上,發(fā)動機的最大功率為500Ps,電機的最大功率也達到了400Ps。電機功率這么大,當(dāng)然工作的時間越長越好,這就需要回收的能量盡可能多。
LMP1-H的混動系統(tǒng)又分為4個級別,分別是2MJ、4MJ、6MJ、8MJ,代表了每一圈所能回收的能量的上限,8MJ即8兆焦,相當(dāng)于2.2kWh。但是在919Hybrid面世之前,并沒有哪款車采用8MJ的混動系統(tǒng)。
這是因為,勒芒賽道一圈是13.629km,WEC其它站的賽道還要短一些。在這么短的距離內(nèi),要回收2.2kWh的能量,并不容易。而8MJ系統(tǒng)的體積和重量都會比4MJ、6MJ系統(tǒng)要大一些,如果回收不到足夠的能量,反而會令速度有所損失。
保時捷是如何做到的呢?除了常見的制動能量回收裝置(MGU-K),還有一套渦輪能量回收裝置(MGU-H)。在一般車輛上,當(dāng)渦輪增壓器壓力過大時,就會打開旁通閥,這一部分氣體的能量就浪費了。MGU-H是在渦輪軸上接上了一臺電機,渦輪壓力過大時,渦輪會帶動電機發(fā)電,在渦輪轉(zhuǎn)速不足時,電機又可帶動渦輪轉(zhuǎn)動。
MGU-H的加入讓能量回收的效率大幅提高,也讓8MJ混動系統(tǒng)變得實用起來。豐田今年的新車TS050升級為了8MJ級別的混動系統(tǒng),不過TS050并沒有搭載渦輪能量回收裝置(MGU-H),因為豐田的設(shè)計是在前后軸各搭載1套制動能量回收裝置(MGU-K),而賽會規(guī)定一臺車上最多能裝2套能量回收裝置。通過優(yōu)化效率,TS050也能夠在一圈之內(nèi)回收8MJ的能量。
儲能設(shè)備:鋰電池
在2016年,奧迪從4MJ升級到6MJ,豐田從6MJ升級到8MJ,都對儲能設(shè)備提出了更高的要求。在此之前,奧迪采用的是飛輪電池,豐田采用的則是超級電容電池,而在新車上,它們不約而同地把儲能設(shè)備換為鋰離子電池。
飛輪電池不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電池,它是一種物理電池。飛輪電池的基本構(gòu)成是電機和飛輪。在充電時,在外電源的驅(qū)動下,電機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn),飛輪以告訴旋轉(zhuǎn)的形式儲存能量;放電時,電機則以發(fā)電機狀態(tài)運轉(zhuǎn),在飛輪的帶動下對外輸出電能,完成機械能動能到電能的轉(zhuǎn)換。
飛輪的轉(zhuǎn)速可以高達60000r/min,所以飛輪電池對材料和制造工藝要求很高。飛輪一般由碳纖維材料制造,配合磁懸浮軸承,在真空環(huán)境中運轉(zhuǎn)。飛輪電池的能量密度大,能量轉(zhuǎn)換效率高。不過,升級到6MJ系統(tǒng)后,飛輪電池在車內(nèi)狹小的空間內(nèi)不好布置,相信這是奧迪轉(zhuǎn)投鋰電池的一個主要原因。
超級電容電池同樣不屬于傳統(tǒng)的化學(xué)電池,是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源。它的優(yōu)點是功率密度大,充放電都非常迅速,這一特點讓超級電容電池非常適合用在能量回收系統(tǒng)里。
但是,目前最好的超級電容的能量密度只有鋰離子電池30%左右,同樣的電量,超級電容電池的體積是鋰電池的三倍多。電池容量小的話,問題不大,當(dāng)時達到8MJ的級別之后,電池組的體積就會影響到車輛的整體布置了。所以,超級電容電池被豐田所拋棄也就不奇怪了。
飛輪電池和超級電容電池都有其優(yōu)點,但它們的發(fā)展沒有鋰電池成熟。鋰電池作為目前在汽車動力電池領(lǐng)域應(yīng)用最廣的一種電池,綜合性能還是值得肯定的。
編輯點評:賽車技術(shù)雖然和普通消費者關(guān)系不大,但賽車極大地推動了各種技術(shù)的發(fā)展,從而讓民用車從中獲益。相信用不了多久,我們就能在市售車型上看到渦輪能量回收裝置和新一代的電池。
(審核編輯: 滄海一土)
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