新能源汽车冲击,发动机就前途暗淡了?

http://www.qipei.hc360.com2017年09月30日08:49 来源:雅斯顿T|T

    【慧聪汽车配件网】近年来,随着混合动力、插电混合动力、纯电动以及燃料电池车概念的发酵,让人们认为新能源将会是未来的核心,前途光明,也因此有人因而抛弃传统发动机,认为“发动机是熟透了的技术”,在新一代汽车(新能源)的冲击下,发动机前途暗淡,仿佛发动机就要进入“冰河期”一般。

新能源汽车,发动机

    这其实是一个严重的误解,在美国的某些发动机开发部门甚至流传着一个完全相反的笑话,ICEAGE的确会来,但不是冰河期,而是“内燃机时代”,ICE其实是InternalCombustionEngine的缩写。

    传统发动机尚未“熟透”

    更多新型发动机的诞生,比如大发、马自达、通用等企业相继开发出更小排量更新技术,燃效相比以往至少提升22%以上,即便扣除自启停带来的油耗优势,也能看出传统发动机其实还有很大的挖掘潜力,可以继续茁壮成长。

    根据今年的数据统计,全球汽车经济性在过去1999年到2012年期间,油耗提升了7.9%,当然这其中包含了混合动力车型,比如普锐斯、沃蓝达,但其实混合动力的真正爆发点是2008年,所以整量上影响并不大。

    代表发动机进步的一个指标是尾气损失、冷却损失,如今很多传统发动机尾气温度大概在600℃左右,但是新型追求燃效的发动机已经可以降低到接近500℃,并且发动机排气歧管、缸壁表面也几乎不会出现温度升高的情况,这也就意味着大部分能量都用于驱动车辆了。

    在传统动力上,马自达运用高压缩比在第一阶段达到了与弱混相当的燃效,第二阶段可以达到强混相当的燃效。这其中发展的核心点就在于单纯利用发动机实现稀薄燃烧,最终希望内燃机可以在2030年将70%的内燃机汽车二氧化碳排放量相比1990年降低80%。

    关于发动机前途暗淡的讨论,我们虽然能看到中国政府在鼓励PHEV、EV甚至FCEV的发展,并且希望这些车型能快速提高份额,但实际上这种提高其实是政府一直在主观引导,而在全球市场看来,一旦2020年放开补贴,那么全球市场的发展绝不仅仅是消费者希望的那样。

    富士CHIMERA综研关于2020年世界需求的预测中表示,新能源汽车(含HEV\EV\FCV)由2010年的1.4%增长到2015年的4.4%,2030年将达到8.6%,也就是说即便到了2030年,依然是传统内燃机的天下。这主要是因为未来汽车市场增长点主要在发展中国家,又以中国、泰国、印度、巴西、俄罗斯、墨西哥等为甚。

    新兴市场国家消费者通常比较保守,他们特别抗拒可靠性比较差的产品,加上购买高等级汽车的阶层有限,所以预算不足以购买新能源车型,当他们预算充足了,这些国家也会更愿意购买后驱车型。另外,新兴国家大都行驶距离更长,并不像日本这些国家,单纯EV拥有100-200km的续航即可。

    当然,HEV混合动力其实也是搭载传统发动机的汽车,并不能完全归于新能源汽车,所以发动机依然可以在高压缩比、燃效方面继续发展。

    欧美狂热追求燃效涡轮

    涡轮增压已经不是新生事物了,而且也经过了一段时间的发展,现在它的角色正在发生转变,大有接过内燃机燃效继续深挖的潜质。

    过去涡轮增压发动机往往着眼于输出功率,即在原有排量之上增加涡轮,提高动力,而现在涡轮则更多转变成减少20%-50%的排量,利用涡轮增压器彻底增高压力,这就是燃效涡轮发动机了。

    不得不说,燃效涡轮发动机在全球范围内,主要由欧美推动,日本要保守很多,几乎没有任何动作,除了丰田推出了一款添加97#汽油的2.0T以及英菲尼迪利用可变压缩比概念推出的2.0T发动机。

    犹记得当初福特和本田发布的1.0T发动机,共同采购自德国FEV,通用则自己发布了1.0T和1.3T小排量涡轮增压发动机。可以说,目前在小排量发动机领域,直接对垒的其实就只有FEV和通用两家,而后面还有大众陆续加入,这些企业其实都在卯足力量争夺世界汽车销量冠军。

    这种燃效涡轮和输出涡轮不同,不求最大输出功率,只求和原本发动机保持相同程度即可,因此可以减少排量,“小型化发动机”(Downsizing)也正是由此而来。比如,通用推出的1.0T发动机最大功率92kW最大扭矩170Nm,显而易见是要代替目前在服役的1.5L自然吸气发动机,以匹配竞品的1.6L或者1.8L发动机。

    通用推出的1.3T则更进一步,最大功率120kW最大扭矩230Nm,完全是在匹配竞品的2.0-2.4L发动机,如此一来,两款发动机至少可以带来5%-10%的燃效提升。

    毕竟减少了排量,相应的可以缩小所有部件,降低摩擦阻力,缸径和冲程都变小的话,活塞和气缸摩擦的面积以及摩擦的冲程都会变小,泵气损失也会减少,在负载较小,增压不发挥作用的时候,燃效涡轮就相当于一台小排量发动机,所以相比较自然吸气发动机,节气门会微微打开,这样一来泵气损失就减少了。加之,小排量在涡轮作用前和作用后,动力悬殊并不大,所以动力上也不会严峻。

    如今看来,小排量三缸涡轮发动机的主要问题就是震动和NVH了,但显然目前也有了一些改进方法,暂且不提。

    从全球市场看,德国博世曾经预测,小排量涡轮增压发动机至少可以提高22%的燃效,现在已经有很多发动机超过了25%,未来可能达到29%,小排涡轮和HEV的差距会进一步缩小。此外的优势是,小排涡轮更容易减重,通用1.0T比1.5L减轻24公斤,1.3T也比1.4T减重25公斤,减幅20%,新能源配备电池、马达和逆变器之后,车重至少100kg以上,小排量也就更容易开发节能车。

    小排涡轮增压未来的规律

    从此前FEV供应的1.0T发动机,结合通用本次推出的1.0T引擎和1.3T引擎,我们在其中可以看到未来一些小排量涡轮增压发动机的趋势。

    首先,目前大多数三缸小排量涡轮增压发动机大存在抖动、噪音等问题,其中又以宝马1.5T三缸机为甚。为了抑制噪音和抖动,多数车企在发动机悬置方面进行了大量的功课。通用这次在1.3T发动机上把传统系统中安装在发动机和变速箱之间的刚性飞轮“一分为二”,通过一个弹簧减震连接,这样可以吸收部分发动机扭转振动。

    其次,低摩擦会是未来所有发动机的研究方向,比如DLC涂层。DLC涂层比钢材的硬度、耐磨性都要更高,相比过去的PVD涂层,硬度提升一倍,耐磨性提升八成,如此一来,小排量涡轮增压引擎机油消耗量只要同级别的三分之一,降低了摩擦损失。这种涂层也会有越来越多发动机采用。

    第三,越来越多的电子设备开始进入发动机,在紧凑的体积内提供更加丰富和准确的操作,这也是小排量发动机跨越式发展中最至关重要的一环。比如,通用为了让1.3T引擎的涡轮增压器更快提供正压,不仅使用了低惯量涡轮还采用了电子涡轮。

    最后,模块化会是小排量发动机的核心。从1.3T发动机上我们可以看到通用其他发动机比如1.0T的特点,因为这些发动机基本都是在模块化基础下开发出来,摆脱了过去某几款发动机作为一个整体开发的概念,通过设计一个比较优秀的发动机单缸,然后将这些单缸发动机组合得到不同排量的发动机。

    当然,这种研发模式导致集成化越来越高。其实从最早缸盖集成技术,我们就已经可以看到这种迹象。随之而来的是,车企耐久性可靠性的测试强度会比过往增强许多,以避免单一问题造成更大损失,另外一点是,高集成会大幅减重,比如采用更加紧凑的设计、更加高级别的材料等等。

    从最终结果上看,我们不难理解,通用、福特、大众这些国际大厂,在新能源如日中天时依然下注于小排量涡轮发动机,其实也恰恰是依然看好传统引擎的发展前景。这其中通用还宣称“未来没有通用不涉及的动力总成”,据说通用准备了不止一款小排量涡轮增压发动机。至少在通用看来,未来小排量发动机会在集成化、电气化以及降低摩擦方面会有更多的进步,而且从通用对于小排量发动机的构想上,我们已经能看到未来发动机的发展趋势。

责任编辑:师洋洋

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