代表当今混合动力巅峰技术的车型是哪款?相信不少车迷朋友都会在保时捷918、迈凯轮P1、法拉利LaFerrari这三款神车当中摇摆不定。它们是目前民用跑车当中的最强者,也是很多人的终极梦想。但是说到混合动力的巅峰,即使是神车,在WEC三巨头保时捷919Hybrid、奥迪R18e-tronquattro、丰田TS050面前,也要甘拜下风。
什么是WEC?
WEC即World Endurance Championship,世界耐力锦标赛。WEC是FIA(国际汽联)继F1、WRC、WTCC之后推出的第四项世界级别赛事。和F1这种冲刺赛不同,WEC比的是在规定时间内行驶的距离,对赛车的可靠性有相当高的要求。WEC2016赛季的比赛包括了8场6小时耐力赛和一场24小时耐力赛,其中这场24小时耐力赛就是著名的勒芒24小时耐力赛。
WEC分为LMP1、LMP2、LMGTEPro、LMGTEAm四个组别,其中LMP1(Le Mans Prototype,原型车组)代表了该项赛事的最高水平。WEC的参赛车队分为厂队和私人车队,厂队无疑又有着更高的水平。现在LMP1组别有4支厂队参加,分别是奥迪、丰田、保时捷,以及日产。
奥迪是WEC赛事上最成功的车队之一,13座勒芒24小时耐力赛冠军奖杯说明了一切。丰田虽然没有赢得过勒芒的冠军,但在2014年拿到了WEC赛季车手和车队双料总冠军。保时捷在勒芒曾有过辉煌的战绩,在上世纪70~90年代拿下了16个冠军,2014年保时捷厂队回归WECLMP1组,并在第二年就包揽了了勒芒24小时耐力赛冠军、WEC赛季车手总冠军、WEC赛季车队总冠军。日产在WEC上的历史成绩一般,2015年重返WEC的日产带来了前驱的GT-RLM Nismo,不过这辆车暂时不具备竞争力。
2016年的新趋势:小排量涡轮增压、8MJ混动系统、锂电池
在2015年,保时捷车队是最大的赢家。相比竞争对手,保时捷的冠军赛车919 Hybrid的特点是采用小排量涡轮发动机、8MJ的混动系统,以锂电池作为储能设备。而这些特点也被竞争对手学习,成为了2016年WECLMP1组赛车的新趋势。
小排量涡轮增压发动机
在2015年,丰田TS040的发动机是一台3.7LV8自然吸气发动机,奥迪R18e-tron搭载的是一台4.0LV6TDI涡轮增压柴油发动机。保时捷919 Hybrid的排量则只有竞争对手的一半,它搭载的是一台2.0LV4双涡轮增压发动机。
以小博大的保时捷笑到了最后,它的理念也给了丰田启发。在新车TS050上,丰田换用了一台2.4LV6双涡轮增压发动机。
对此,丰田车队的经理Pascal Vasselon表示,丰田完全可以造出一台即省油又有竞争力的自然吸气,但问题是它的最优区间很窄,当环境(温度和海拔等因素)发生变化时,它就没那么强劲了。涡轮增压发动机就要好很多,能够在更广泛的工作区间里获得理想的动力和燃效。所以把自然吸气发动机换成小排量涡轮增压发动机的最大好处就是更大的工作区间。
新趋势:更强的混动系统、锂电池
8MJ混动系统
LMP1组又分为LMP1-H和LMP1-L两个组,前者用的是混合动力系统,现在厂队的赛车都属于LMP1-H组。
混动系统如何发挥作用?在入弯前,赛车减速回收能量,出弯时,电机全力输出,帮助赛车尽快提速。所以,在LMP1赛车的混动系统中,电机都相当强劲,比如在2016款919 Hybrid上,发动机的最大功率为500Ps,电机的最大功率也达到了400Ps。电机功率这么大,当然工作的时间越长越好,这就需要回收的能量尽可能多。
LMP1-H的混动系统又分为4个级别,分别是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,相当于2.2kWh。但是在919Hybrid面世之前,并没有哪款车采用8MJ的混动系统。
这是因为,勒芒赛道一圈是13.629km,WEC其它站的赛道还要短一些。在这么短的距离内,要回收2.2kWh的能量,并不容易。而8MJ系统的体积和重量都会比4MJ、6MJ系统要大一些,如果回收不到足够的能量,反而会令速度有所损失。
保时捷是如何做到的呢?除了常见的制动能量回收装置(MGU-K),还有一套涡轮能量回收装置(MGU-H)。在一般车辆上,当涡轮增压器压力过大时,就会打开旁通阀,这一部分气体的能量就浪费了。MGU-H是在涡轮轴上接上了一台电机,涡轮压力过大时,涡轮会带动电机发电,在涡轮转速不足时,电机又可带动涡轮转动。
MGU-H的加入让能量回收的效率大幅提高,也让8MJ混动系统变得实用起来。丰田今年的新车TS050升级为了8MJ级别的混动系统,不过TS050并没有搭载涡轮能量回收装置(MGU-H),因为丰田的设计是在前后轴各搭载1套制动能量回收装置(MGU-K),而赛会规定一台车上最多能装2套能量回收装置。通过优化效率,TS050也能够在一圈之内回收8MJ的能量。
储能设备:锂电池
在2016年,奥迪从4MJ升级到6MJ,丰田从6MJ升级到8MJ,都对储能设备提出了更高的要求。在此之前,奥迪采用的是飞轮电池,丰田采用的则是超级电容电池,而在新车上,它们不约而同地把储能设备换为锂离子电池。
飞轮电池不同于传统的化学电池,它是一种物理电池。飞轮电池的基本构成是电机和飞轮。在充电时,在外电源的驱动下,电机带动飞轮高速旋转,飞轮以告诉旋转的形式储存能量;放电时,电机则以发电机状态运转,在飞轮的带动下对外输出电能,完成机械能动能到电能的转换。
飞轮的转速可以高达60000r/min,所以飞轮电池对材料和制造工艺要求很高。飞轮一般由碳纤维材料制造,配合磁悬浮轴承,在真空环境中运转。飞轮电池的能量密度大,能量转换效率高。不过,升级到6MJ系统后,飞轮电池在车内狭小的空间内不好布置,相信这是奥迪转投锂电池的一个主要原因。
超级电容电池同样不属于传统的化学电池,是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源。它的优点是功率密度大,充放电都非常迅速,这一特点让超级电容电池非常适合用在能量回收系统里。
但是,目前最好的超级电容的能量密度只有锂离子电池30%左右,同样的电量,超级电容电池的体积是锂电池的三倍多。电池容量小的话,问题不大,当时达到8MJ的级别之后,电池组的体积就会影响到车辆的整体布置了。所以,超级电容电池被丰田所抛弃也就不奇怪了。
飞轮电池和超级电容电池都有其优点,但它们的发展没有锂电池成熟。锂电池作为目前在汽车动力电池领域应用最广的一种电池,综合性能还是值得肯定的。
编辑点评:赛车技术虽然和普通消费者关系不大,但赛车极大地推动了各种技术的发展,从而让民用车从中获益。相信用不了多久,我们就能在市售车型上看到涡轮能量回收装置和新一代的电池。
(审核编辑: 沧海一土)