发布时间:2015-07-09 来源:盖世汽车网
在法国南部米拉马斯汽车试验场举行一次活动中,宝马汽车公司发布了一系列的未来驱动技术,其中包括搭载插电式混合动力系统的2系Active Tourer原型车。该插电式混合动力系统由前部横置内燃机、高压发生器以及安装在后轴上的电动机组成。
宝马公司还展示了如何通过直接喷射蒸馏水,来提高发动机在大功率动力输出条件下的效能,同时在主要的行车工况下,有效降低燃油消耗和尾气排放。最后宝马公司带来了一款氢燃料电池驱动系统,该技术也是宝马电力驱动系统的未来重点研究方向。虽然于四月在底特律举行的美国汽车工程师学会世界大会上,这项技术不被专家看好,但是宝马氢燃料电池能够实现纯电动模式,行驶里程也相对较长,并且添加氢燃料的时间非常短。宝马现在已经和丰田汽车展开合作,促进燃料电池系统的研发进程。
2系PHEV原型车
宝马电力驱动系统技术最初是为i系车型打造的,相关产品自由度非常高,可以应用在各种不同概念的车辆上。宝马2系插电式混合动力Active Tourer原型车选用了一台三缸汽油发动机来驱动车辆前轴,后轴则由电动机提供动力。这种设计造就了与道路相关联的四轮驱动系统,与i8插电式混合动力跑车很类似,不过电动机和内燃机的位置进行了对调。
宝马2系Active Tourer插电式混合动力车型将进一步扩大宝马电力驱动系统产品在市场的占有份额,而宝马第一款插电式混合动力车型X5 xDrive40e在近期内就会正式发布。宝马3系插电式混合动力车型在去年举行的创新日活动中以原型车的形式公布,更多的相关产品也将陆续增加到核心系列车型中。
宝马公司迄今为止研发的所有插电式混合动力车型,都利用了特殊的结构设计,把电动机和内燃机完美地结合在一起,宝马电力驱动系统的性能更是值得称赞。效能:相比于传统内燃机汽车,大幅度降低了燃油消耗和尾气排放量,并且性能表现没有降低,输出动力甚至更强劲。电驱移动性:城市工况下上下班和其他出行,纯电动模式保证尾气零排放。驱动动力学:得益于电动机的推动效应,高负载下的动力输出瞬间就可以达到最大。灵活性:高压电池组可以利用普通家庭电源插座、宝马i Wallbox设备或者公共充电站直接充电。不受限制的长距行驶能力:智能化动力系统管理装置控制着电动机和发动机的运转时机,使得行驶里程最大化。
宝马2系Active Tourer插电式混合动力原型车在发动机前驱的基础上,把电力驱动部件和特别设计的传动系统集成在了一起。根据3系插电式混合动力原型车搭载四缸汽油发动机的经验,2系Active Tourer选用了前部横置三缸汽油发动机,该动力单元来自于全新的Efficient Dynamics发动机系列,首次成为插电式混合动力系统的组成部分。
这款1.5升单涡轮双涡管增压发动机最大输出功率100千瓦,峰值扭矩220牛米,配合Steptronic六速自动变速箱把动力传递给前轮。额外安装在前轴上的高压发生器主要有三个作用:短时间内提高发动机动力,车辆静止时可提供15千瓦和150牛米的附加动力;车辆运行时可生成电能,并直接流入高压电池组中;相比于传统起动机,更大的输出功率让发动机启动和关闭更加平顺。
电动机安装在车辆后轴上,与一个两速变速器和电力电子设备相搭配,最大输出功率65千瓦,峰值扭矩165牛米,动能传输到车辆后轮。高压电池组充分利用了空间,布置在了后排座椅下方。电力电子元件包括充电发电机,放置在了电动机的上方附近区域。与道路相关联的四轮驱动系统根据需求差异,可以把动力输送到前轮、后轮或者全部四个车轮。与宝马i8一样,2系Active Tourer插电式混合动力原型车采用了智能化驱动单元管理系统和动态稳定控制系统,确保行车安全和操控特性的同时,优化了牵引力大小、动态加速和转向性能、效能等。
宝马2系Active Tourer插电式混合动力原型车从静止到100公里/小时的加速时间在6.5秒左右,插电式混合动力车型欧洲测试循环下的平均燃油消耗量大约为每百公里2升,相当于每公里的二氧化碳排放量低于50克;纯电动模式下,行驶里程为38公里。宝马公司目前还没有对2系Active Tourer插电式混合动力车型进行定价,但是公司声称最终发布价格与同等动力特性的传统内燃机产品相当,例如之前定价的X5和3系车型。
宝马2系Active Tourer插电式混合动力原型车使用了和传统车型相同的驾驶体验控制开关,舒适与运动设定以及节能模式可以通过按钮激活。各种模式不仅影响加速踏板响应和底盘性能,还会调解Steptronic变速箱的换档时机。如果节能模式发挥作用,车辆很多情况下都会以滑行方式前进,并关闭空气调节系统、座椅加热系统和玻璃加热系统等舒适便捷设备,来进一步提高能量利用效率。
驾驶者可以通过中央控制台上的Drive电力驱动按钮,对驱动系统进行控制,主要包括三种模式选择。自动电力模式:该驱动模式是舒适行车模式的默认设置,正常负载条件下,车辆首先以纯电动模式起步,一旦车速超过80公里/小时或者需要强加速度的时候,发动机则开始介入。如果路线引导功能被激活,系统能够自主评估如何让电动机和内燃机的能量利用效率达到最大,并优先选择纯电动模式。舒适行车模式下,高压发生器自动给高压电池组充电,充电率在15%左右。
电力最大化模式:车辆仅由电动机驱动,最高行车速度限制在130公里/小时以下,纯电动模式的行驶里程为38公里。节电模式:储存在电池组中的能量始终保持在一定等级,或者低于某一量级时自动充电。电能来自于发动机的运转以及回收动能,储存能量可用于旅途其他阶段的纯电动模式,比如从高速公路转向城市道路。
当选择了运动模式,内燃机和电动机将同时工作,带来非常动感的行车体验。发动机在低转速下,高压发生器起到推进作用;其他状况下,发生器产生电能输送到高压电池组中,充电率在50%左右。如果驾驶者需要特别强劲的驱动力(例如瞬间超车),则可以选择另一种专用模式。变速箱的档位杆调整到S档,电动机和内燃机同时发挥效用,车辆可以瞬间获得最大的输出功率。与运动模式相比较,高压电池组充电率可以达到80%。驾驶体验控制模式和电力驱动设置相搭配,可以形成多种组合,这样驾驶者根据自己的个人喜好,选择出最为合适的驱动系统控制和车辆配置模式。
宝马2系Active Tourer插电式混合动力原型车在导航系统中,添加了混动专用的能量管理模块,使得车辆可以综合路线地形、速度限制和交通状况等信息后,参考当前高压电池组的可用电量,选择出最理想的驱动系统管理策略。
向发动机汽缸中直接喷射可精确控制的水,产生冷却效果有助于提高功率和扭矩输出;特别是高负载下节气门全开的状态,还可以同时降低燃油消耗,以及减少尾气排放。水雾喷射系统最早应用在MotoGP比赛安全车M4的发动机上,该动力单元是高转速单涡轮双涡管直列六缸发动机的改良产品,基本款最大输出功率317千瓦,峰值扭矩550牛米,综合工况下的燃油消耗量8.3到8.8升/百公里,二氧化碳排放量194到204克/公里。水雾喷射技术额外增加了输出功率、扭矩和效能,保证M4完全满足比赛安全车的要求。
2015年宝马创新日活动上,水雾喷射技术被证实应用在新一代三缸汽油发动机中。现在的水雾喷射系统把绝大部分水都直接喷射到燃烧室中,而不是之前的进气歧管中;在该系统的帮助下,车辆驾驶乐趣和燃油经济性得到了一个完美平衡。水雾直接喷射系统让涡轮增压的潜能得到更高效的发挥,水以非常精细的雾状形态喷射到进气歧管增压室中,蒸发过程吸收周围的热量,发动机内的燃烧温度可以降低25摄氏度。2015年宝马创新日活动上,水雾喷射技术被证实应用在新一代三缸汽油发动机中。现在的水雾喷射系统把绝大部分水都直接喷射到燃烧室中,而不是之前的进气歧管中;在该系统的帮助下,车辆驾驶乐趣和燃油经济性得到了一个完美平衡。水雾直接喷射系统让涡轮增压的潜能得到更高效的发挥,水以非常精细的雾状形态喷射到进气歧管增压室中,蒸发过程吸收周围的热量,发动机内的燃烧温度可以降低25摄氏度。
全油门状态下,水雾冷却效应能够有效改善发动机效能,同时还帮助改良燃烧动态过程。效能:冷却效应充分降低了温度,避免了在节气门完全打开状态下,需要更多的喷射燃料;提高了燃油空气混合物的均匀程度,高负载工况下的燃油经济性最大提高8%。尾气排放:燃烧温度降低导致排放量减少。敲缸现象:更低的温度降低了不可控燃烧(敲缸)出现的概率。燃气压缩比:减少的敲缸风险允许三缸发动机的燃气压缩比从9.5/1提高到11.0/1,优化了较小和中等节气门开度下的燃油效能。
动力性能:提前的点火时刻和更高的压力提高了10%左右的功率和扭矩,冷却后的空气氧含量更高,也有助于增大动力。燃油兼容性:测试显示以低辛烷值的汽油作为燃料,动力性能得到提升,因此应用水雾直接喷射技术的涡轮增压发动机可以在世界上任何地方使用。热负荷:冷却效应降低了活塞、阀门、催化转化器和涡轮增压机的热负荷状况。
水雾直接喷射技术的优势在很多地方都可以得到体现,根据车辆和发动机种类的不同,既可以用来提高动力输出,也能够帮助降低燃油消耗量。MotoGP M4安全车使用的水雾直接喷射单元与一个5升容量的水箱相连接,在残酷的比赛工况下,车辆有很长时间都维持全油门状态,因此车辆在每次补充燃料的时候,也要同时加满水箱。
氢燃料电池车
相比之下,未来量产车型应用的水雾直接喷射系统完全不需要每天都加水,除非经常在极端的天气状况下工作,因为凭借车载水回收系统,系统可以自己补充一部分水资源。空气调节系统产生的凝结水就能够持续补充水箱,另外每次发动机关闭之后,管道中的水也会排入水箱。管道水用于防止系统组件在超低温环境下结冰,以及减轻发动机的腐蚀作用。水箱当然也被设计在车辆上那些免受霜冻影响的位置。
作为长期以来动力系统技术研发的一部分,宝马公司把氢气用作能量源的历史超过了30年。2006年第一款搭载氢气内燃机的高端轿车发布,命名为宝马Hydrogen 7。15年之前宝马公司就已经开始研发氢燃料电池驱动系统,这种创新系统满足能量效率、动力性能、日常实用性等多方面的要求。
宝马通过5系Gran Turismo车型,展示了氢燃料电池技术。180千瓦的电动机电力电子元件和临时储存电能的高压电池组来自于宝马eDrive电动车和混动车技术,氢气储存在车辆前后轴之间的燃料箱中,采用了工业标准的700巴压力容器技术和低温压力容器技术,保证车辆行驶里程超过500公里。
宝马公司与丰田公司合作开发燃料电池电动汽车技术,目前已经有燃料电池和辅助系统等多款产品。宝马公司认为,这次的战略性合作为燃料电池技术的发展提供了强大推动力,他们希望在2020年之前制造出能够得到广泛认可的创新产品。燃料电池电动汽车是否能够成功引入,很大程度上取决于市场上氢气基础设施的发展。两家汽车制造厂商通过共同创建技术标准,推动氢气技术的进步,从而让燃料电池汽车更容易推广和被人们接受。
氢气燃料电池原型车的行驶里程超过500公里,宝马公司的目标是氢气燃料电池技术成为公司长期高效能战略的一个重要标志。宝马公司打算创造一个灵活度极高的驱动系统数据库,具体配置可以根据车辆类型、消费者需求、法规要求实时调整,涉及的动力系统包括:使用单涡轮双涡管增压技术的高效能内燃机;应用eDrive技术的智能可控插电式混合动力系统,实现低尾气排放;高压电池组供能的纯电动汽车,实现本地零排放;集成氢燃料电池技术和eDrive电力驱动技术的燃料电池系统。