未来十年,发动机50%热效率能否实现

来源:蜀锦传媒时间:2019-12-18

大排量发动机终究会成为过往

在2019年,传统车企在电动车领域的布局已经逐渐的展现出来,特别是大众集团带来的全面覆盖的电动化平台,让大家意识到传统车企在新能源汽车上的布局已经如此完备,基本上构建出了未来很多年电动车的架构。除此之外奔驰、宝马这样具有强大财力以及研发实力的车企也是如此,对于未来的新能源时代,已经做好了充足的准备。

这就会让人产生一种燃油车大势已去的错觉,再加上众多发达国家陆续制定的燃油车禁售时间表,更是加深了吃瓜群众的这一认知。但事实并非如此,内燃机依然会在未来相当长的一段时间内在汽车领域占据非常重要的作用。虽然作用可能不仅仅是纯粹的提供动力,但是距离内燃机彻底退出汽车领域还有较长的时间。


很多人把禁止销售传统燃油车这句话妖魔化了,因为传统燃油车仅仅指的是依靠纯粹燃油来提供动力的车型,而MHEV(轻混)、HEV(油电混动)、PHEV(插电混动)和REEV(增程式)这些车型都拥有内燃机,但都不是传统意义上的燃油车,尤其是后三者。

本田插电混动

但是后三者对于燃油消耗的降低是显而易见的,同时还能够明显的增强车辆的动力,因此未来这三类车型将会成为具有内燃机的非传统燃油车,并且成为新能源汽车当中的绝对主力。电动车在很长的一段时间内是作为辅助车型而出现,至于电动车完全取代搭载内燃机的车型,无法预测还需要多少年。

而且从目前人类电能产生的途径来看,电动车的整个生产以及使用环节的碳排放并不少,因为很多发电厂依然在使用化石燃料发电。化石燃料的燃烧本来就有巨大的碳排放,再加上带动燃气轮机转动还要衰减一次,同样有着巨大的能量损耗。同时电能的传递过程依然有着不小的损耗,所以火力发电所产生的电能并不算严格意义的清洁能源。

所以广大的消费者大可不必担心电动车时代突然的到来,别被一些妖魔化的说法给唬住了。

比如目前ZF的双离合以及AT变速箱都可以很好的整合电机,比如保时捷Panamera混动版以及宝马混动版都是采用了这样的变速箱,插电混动又将会是未来众多新能源汽车当中的主力。再比如丰田,官方说法是到2030年电动化车型占比50%。但是实际上丰田的电动化车型并非单指纯电动,而是包括插电式混合动力,届时仍有约90%的丰田汽车需要使用发动机。


兼容插电混动系统的PDK变速箱


其实内燃机并不是一类效率很高的热机,自身活塞、连杆以及曲轴运动的时候会消耗不小的能量,而燃油燃烧的热量又会通过缸体散失一部分,所以内燃机发展了上百年,民用领域的热效率也仅仅突破了40%,并且进展非常的缓慢。

这其中不停的强调自己发动机热效率高的是日系车企,特别是丰田和本田,但是在面对大众的同排量甚至技术更老旧的涡轮增压发动机的时候并没有展示出来,甚至油耗还更高。因为热效率只是影响汽车燃油消耗的原因之一,除此之外风阻、变速箱传递效率、车重等对于油耗都有着明显的影响。

还有一个重要的原因不能忽略,内燃机的热效率测定都是在这台内燃机的最佳运转条件下测定的。所以日系品牌并非数据作弊,而是可能发动机的最佳运转区间比较窄而已,相对的德系车最佳能耗的运转区间更为宽泛。所以参数仅仅是一个方面,具体还得看实际的表现。

最近二十年左右的时间,日本车企的发动机热效率大致从37%增长到了目前的41%,所以这一过程其实是非常缓慢的,哪怕是提升0.1%都要付出巨大的努力。这就像是短跑运动员成绩提升一样,0.1秒的提升都要付出巨大的代价,甚至永远也达不到。

比如1997年普锐斯上搭载的混动专用发动机(1NZ-FXE)热效率为37.6%,今天丰田TNGA平台下混合动力专用发动机达到41%,未来丰田希望通过均质稀燃技术实现46%,通过超级稀燃(空燃比非常大的缸内燃烧,可以联想柴油机)技术达到48%。马自达近期宣布在实验室中实现了汽油机56%的热效率指标,比目前马自达已经量产的压燃汽油机的热效率还要高出不少。


其实这就像是目前手机或者是电脑的中央处理器一样,都是在“挤牙膏”,进展非常缓慢。很多时候还得看供应商的技术以及良品率是否跟上,否则很多时候就只能在实验室看到这些数据。

目前阶段主要推广阿特金森循环/米勒循环、高压缩比13:1、350bar直喷系统、高能点火、EGR、热管理技术、低粘度机油(XW-20)等。

中期推广深度阿特金森循环/米勒循环、高压缩比15:1、500bar直喷系统、可变压缩比、稀薄燃烧及稀薄燃烧后处理、点火辅助压燃、AI与智能控制、高能点火、附件电气化、热管理技术、低粘度机油(XW-16)、碳中性燃料等。

后期实施压燃、超级稀燃、超高压缩比、1000bar直喷系统、智能燃烧反馈控制、氧气燃料、压燃燃料、零排放后处理、低粘度机油(XW-8)、绝热技术、余热回收技术等。

到了后期阶段,基本上热效率就能够突破50%,也就是说在目前工业制造的基础上,提升热效率依然和20年前一样的困难,并没有一个突破性的技术。

蜀锦畅言

其实大家对于燃油车什么时候禁售不用过于敏感,制定时间表的几乎都是一些人口数量较低的发达国家,对于人口庞大或者是发展中的国家来说,时间依然是遥遥无期的。在未来相当长的一段时间内,即便是发达国家,占据大多数的也将是插电混动车型,国内也是如此。所以目前可以看到很多传统燃油车品牌在推出电动车的同时,也可以看到相当多的插电混动车型也在同时推出。但是纯电动车对于限购地区来说,依然是有着非常大的吸引力的。

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