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电动车与燃油车的差异不仅体现在动力和能量层面,还直接反映在整车零部件的构成与数量上。目前,行业内广泛流传“电动车零部件数量远少于燃油车”的说法,其主要是根据是电动车以结构相对简单的电驱动总成替代了燃油车结构较为复杂的内燃机总成。然而,这一说法是否严谨?零部件数量差异具体体现在哪几个方面?如果进一步细分,两者的数量差距究竟有多大?
“电动车零部件数量远少于燃油车”的说法基于整车层面的粗略统计,存在基础零件、核心单元、系统总成等多个层级的数量差异。因此,这一说法并不完全准确。
例如,一套主流的永磁同步电驱动总成,最重要的包含电机、减速器、控制器,似乎仅包含三个主要部件。然而,这种计算方式未涉及电机转子、定子的硅钢片、磁极、线圈等基础零件。而燃油车的动力总成,如直列四缸发动机,在计算零件时,通常涉及核心部件乃至微观零件,如曲柄连杆机构、配气机构、点火系统,甚至细分到某个密封圈、活塞环等。两者的对比缺乏对核心动力总成的精细化拆分。在电动车方面,未深入拆解电机转子、定子的硅钢片、磁极、线圈等基础零件;在燃油车方面,也未对内燃机全系统零件做全面量化对比。
为解答以上问题,我们以电动车电驱动总成与燃油车内燃机总成为对象,通过拆分两者的组成结构,从系统总成到核心单元,再到基础零件,逐一统计零件数量,着重关注电机与内燃机的零件数量差异,为广大购买的人提供参考。
电动车电驱动总成的核心功能是将动力电池储存的电能转换为机械能,驱动车辆行驶,同时承担能量回收、转速调节等辅助功能。与燃油车内燃机总成相比,电驱动总成具有结构紧密相连、集成度高、运动部件少等特点。
目前主流的电动车电驱动总成多采用“三合一”集成设计,即集成驱动电机、减速器、电控(逆变器)三大核心部件,进一步简化结构、减少零件数量。此外,还包括冷却系统等辅助部件。
其中,驱动电机内部结构(转子、定子)的零件数量直接影响电驱动总成的整体零件规模;减速器负责将电机的转速扭矩转换为车辆行驶所需的转速扭矩;逆变器负责将动力电池的直流电转换为电机所需的交流电,并调节电机的转速与扭矩。此外,冷却系统等辅助部件的零件数量相对较少。
定子由定子铁芯、定子绕组、绝缘部件、定子机座等组成。定子铁芯包括硅钢片、定子磁轭、定子齿、定子槽等。定子绕组包括U、V、W三相线圈、绝缘铜导线、绝缘材料等。每相绕组由若干线圈组成,线圈的数量与定子铁心的槽数相关。定子机座支撑定子铁芯,集成冷却水道等。
转子模块由转子铁芯、永磁体磁极、转轴、平衡块等组成,其宏观结构相对比较简单,微观结构较为复杂。转子铁芯由数百张硅钢片、铁芯压圈等组成,内嵌永磁体。端盖和轴承负责支撑、固定及密封转子模块。辅助模块包括各类线束、温度监测、旋转变压器、冷却系统等。根据上述拆分数据,一个驱动电机单元的总零件数量约为1000个以上,不一样的功率等级、不同厂家的电机零件数会有差异。
减速器单元其实是电动车的“变速器”,由于电机的转速范围广(0-20000r/min),一般无需多挡位,仅通过单速齿轮组就能覆盖大部分日常工况,实现减速增扭,部分高端车型则采用双速减速器。减速器单元主要由壳体、输入轴、输出轴、主动/被动减速齿轮、差速器、密封件等组成,零件数量远少于燃油车的多挡位变速箱。根据上述拆分数据,主流电动车单速减速器单元的总零件数量约在40-60个左右。
目前主流的电动车逆变器采用碳化硅(SiC)功率模块,具有效率高、体积小、功耗低等优势,集成度高,零件数量相对较少。其结构最重要的包含功率模块、控制板、电容、电阻、散热系统、接线端子等部件。据不完全统计,目前市面上主流电控零件数约在100-200个。
电驱动总成的冷却系统用于给电机、逆变器、减速器散热,采用水冷循环方式,最重要的包含冷却液泵、冷却管路、冷却液壶、节温器等部件。
结合上述拆分数据,电驱动总成的总零件数量大致在1250个左右。需要说明的是,这一数量仅针对电驱动总成,为基础零件数量,不一样的功率等级、不同集成度的电驱动总成,零件数量存在差异。
燃油车内燃机总成是将燃油(汽油、柴油)的化学能转换为机械能,驱动车辆行驶。与电动车电驱动总成相比,内燃机总成结构较为复杂,运动部件多,零件数量庞大,主要由曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统、排气系统等七大模块组成。我们以目前市场主流的四缸汽油机为样本,与电动车电驱动总成的零件数量进行对应对比。
曲柄连杆机构将活塞的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动,输出机械能。其结构较为复杂,运动部件多,零件数量占内燃机总成总零件数量的40%以上,主要由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三大部件组成。
机体组是内燃机的基础部件,用于固定、支撑各部件,形成燃烧空间,最重要的包含气缸体、气缸盖、气缸垫、油底壳、气缸盖罩等部件,数量约为60-100个。
四缸汽油机有4个气缸,每个气缸对应1套活塞连杆组;曲轴用于传递扭矩,飞轮用于储存能量,为1个整体零件。此外,曲轴上每个主轴颈配备2个曲轴轴承;四缸汽油机通常配备2根平衡轴,其他固定零件还包括曲轴螺栓、螺母、锁片、止推垫片等。
配气机构结构较为复杂,零件数量较多,主要由气门组、气门传动组两大部件组成。目前主流汽油机采用顶置凸轮轴式配气机构(DOHC,双顶置凸轮轴)。气门组每缸4气门,为2进2排,共16个气门,每个气门的气门导管、气门油封、气门弹簧、气门弹簧座以及气门锁夹。气门组的总零件数理论上为72个。
气门传动用于驱动气门开启和关闭,控制气门的开启时间与升程,最重要的包含凸轮轴、摇臂、挺柱、推杆、正时链条/皮带、张紧器等部件。总零件数约为70个。
燃油供给系统负责将燃油从油箱输送至气缸,雾化燃烧,由燃油泵、燃油滤清器、喷油器、燃油管、燃油轨等组成。
冷却系统负责维持发动机正常工作时候的温度,防止过热,由水泵、散热器、节温器、冷却水管、风扇、水箱盖等组成。
润滑系统负责为发动机运动部件提供润滑油,减少摩擦磨损,由机油泵、机油滤清器、油底壳、机油管、机油传感器等组成。
排气系统负责排出发动机燃烧废气,净化降噪,由排气歧管、三元催化器、排气管、消声器、氧传感器等组成。
点火系统负责在规定时刻产生电火花,点燃气缸内混合气,由火花塞、点火线圈、高压线、点火模块、曲轴位置传感器等组成。
附件系统由发动机皮带驱动,负责发电、空调制冷、转向助力等,由发电机、空调压缩机、转向助力泵、皮带、皮带轮、张紧轮等组成。此外,发动机的附件系统还包括发电机、空调压缩机、转向助力泵、皮带、皮带轮、张紧轮、惰轮等。
综上,四缸汽油发动机总成的主要大件约50-100个,算上所有的小零件数量约为1000个。
通过对电驱总成以及内燃机总成的初步对比发现,如在微观层面上对比两者,其零件数量相差不大。然而,从整车层面来看,新能源汽车的中央控制架构和燃油车的分布式控制架构存在很明显代差。此外,新能源汽车多采用压铸工艺,大幅度减少了零件数量。因此,涉及整车零件数量对比时,同级别的燃油车的复杂度和零件数量依然明显多于新能源汽车。
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