就在6号晚上,丰田发布了全新一代的动力总成系列的相关信息,新的2.5L四缸发动机的热效率已经达到了41%。虽然全球目前对纯电动汽车呼声一片,但是,汽车内燃机真就走到了末路吗?不对,它们未来十年的地位仍旧无法撼动。
要说汽车动力总成的生命值表达式是什么,那无非就是效率了,对于内燃机来说就是热效率(转化燃料的热效率),对于纯电动汽车来说就是电动机的效率。显然,目前内燃机普遍36%左右的热效率相比纯电动车的电动机动辄85%以上深受非对称因素的打击。
即使未来丰田开始推进热销40%的内燃机,那相对电动机来说还是不在一个量级。不过少废话,你是纯电动车要充电或者换电池啊。内燃机喝油就可以了啊,这个问题我们不过多的讨论,包括目前中国的国家发电结构以及发电效率问题我们也不深入纠缠。
也正是因此,国际社会在环保以及能源的双重重压下开始导向了纯电动车,但未来充电以及电池效能、能量密度发展存在技术突破的不确定性(意思就是在等待不知道什么时候会来的技术革命爆发期),由此大部分人虽然认为未来纯电动车必然成为地球的陆地交通的最佳终结者。可目前的汽车集团巨头们还没有一个放弃了对于内燃机的开发与改进,不论是戴姆勒、BMW、PSA,还是FCA、丰田、本田、日产、GM等都在不遗余力的继续着给汽车用内燃机带来更多的可能性与希望。
通过在诸多技术层面的持续发力,当内燃机进入到热效率50%的年代时,相比纯电动车中介一切的论点可能就十分的站不住脚了。说到底热效率对于汽车用内燃机来说就是它的一切,如果它有了生命那一定是他的生命值。追求热销在发动机领域就是无可替代的正义(热效率提升的同时不仅燃料消耗率明显降低,同时排放也将更低,所以就是正义)!
首先我们要从大的逻辑层面知道三个未来内燃机提升自己的方向:
1、采用阿特金森/米勒循环,在热力学上做努力。
2、继续加强EGR以及提高涡轮的能力(包括48V电气系统加持下的电子涡轮以及VTG可变截面涡轮等技术),以及无凸轮轴等降低机械磨损的方面。
3、像HCCI/PCCI,也就是低温燃烧/预混合压然,这个方向目前据笔者得到的实验室信息来看已经可以逼近或者在不久突破50%热效这个天花板,也就是玩转燃烧学。
下面呢我们分别找到目前在这三个方向上给您带来三个最有代表性同时也是最新的技术结晶代表。
热效率层面:
当热力学从三代目的普锐斯38%,然后很快就有了38.5%的皇冠混动版(CROWN HYBRID),再到39%的雅阁混动,紧接着是去年的四代目普锐斯的40%,直到今天的41%(丰田全新的2.5L直列四缸发动机匹配混动系统的机种热效率为41%,纯内燃机版本为40%),基本上总结起来采用了阿特金森以及米勒循环可以在原循环的基础上提高整体机型2-3%的热效率。
虽然英国内燃机研究所(BICERI)早在1952年便开始了VCR(variable compression rotio)的研究,瑞典的萨博(SAAB)、法国FEV发动机公司以及日产都曾不遗余力的推出了相关产品,但是都并没有走到大规模正式量产应用的地步。2016巴黎车展上英菲尼迪有些许想摆脱戴姆勒AG动力总成的帽子的感觉,推出了未来将量产应用的VC-T 2.0T可变压缩比发动机。
疯狂添补EGR以及提升涡轮性能方向:
EGR(废气再循环)以及48V电气系统+电子涡轮增压等都是在涡轮增压上做文章,考虑到目前缸内直喷已经成为主流的燃料供给方式,故这里我们更多的讨论涡轮。梅赛德斯最新的M256是48V电气系统加持下的电子涡轮增压器辅助的最新机种,不久前的奥迪推出的SQ7上那台4.0L V8柴油涡轮增压发动机也配备了EPC(electric powered compressor电子涡轮增压器)。而VTG这样保时捷的看家汽油涡轮增压发动机技术目前也将下放到大众高尔夫第七代车型的最新版本中。
这些都是汽车厂商在发动机上不遗余力的努力结晶,当然了还有诸如前些日子奇瑞和科尼赛克一起研发的无凸轮轴技术,这个技术不仅降低了机械磨损,一定程度上也提升了热效率,同时还能做到气门无级调节,这样一综合大概又有4%左右的热效率出来了。
有些人急不可耐的拍手叫好,我们把这些技术都整合在一起不就无敌了吗?笔者需要解释几点:
第一、这些技术基本上都会属于行业内的专利,基本上都是绕不开的,关于专利的授权这是一个大问题,就像本田的雅阁混动绕开丰田的THS里重要的ECVT专利那样。
第二、这些很多技术是无法叠加使用的,比如用了VTG就没有必要再用电子涡轮。
所以,这些技术即使有整合的可能性还的经过厂家之间不断的技术交流以及调制解调才可能成为量产机种的技术。不过这些技术都可以作为未来发动机的通用技术形式。
PCCI/HCCI承载了发动机工程师们太多的梦想:
不仅是热力学可以深入挖掘发动机热效率的提升,作为内燃机燃烧上必然也是大有可为的,笔者这里只能表示PCCI/HCCI这样的新型燃烧方式目前只是在实验室阶段,不过据我目前可以得到的情报显示超过50%的燃效并不是梦想。
但是,同样这种预混合压然的新型燃烧方式必然也存在很多缺点以待解决。不过正是存在较大的潜力挖掘空间,而且在基本理论上存在可能性,这也使得不少的技术型工程师为之着迷的研究着。
说了这么多无非是告诉大家,内燃机远不止眼前的苟且,还有诗和远方的田野。当然了既然大家都说纯电动多么得终结一切,那么最后我们说两句纯电动的问题。
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