中国乘用车发动机小排量化探讨

引子：随着石油能源的逐渐枯竭和气候变暖问题的日益严重，发动机小排量化开始逐渐在中国市场显山露水，众多企业纷纷启动小发动机项目。2009年6月盖世汽车网对发动机专业人士进行的调研发现，有近60%的企业未来三年的产品规划中，小排量（小于1.6升）的产品占到30%以上，其中更有20%的企业的小排量产品规划甚至高达70%。而在中央政府制定的汽车振兴计划明确地提出了1.5升以下的乘用车占到总销量40%，其中1升以下要占到15%。而在2009年初，政府更是将1.6升以下的乘用车购置税减半。可以说，中央政府站在其独特的位置从其独特的视角，在提振国民经济的同时，前瞻性地认识到了能源和气候的问题。

1． 什么是小排量？

回答：从技术角度讲，发动机的小排量化有两种类型：1）发动机排量减小，例如，用1.4升的发动机取代2.0升而保持相似的功率扭矩等技术特性；2）发动机排量不变，而提高输出功率。两者的直接效果都将导致发动机功率密度（或升功率，千瓦/升）的增加。

2． 中国的现状怎样？

回答：从中国过去5年的历史情况来看，我们可以发现小于1.5升的乘用车实际上反而逐渐减少。尤其是排量小于1.0升的乘用车市场份额下滑非常明显。

另一方面，从乘用车汽油机的升功率来看，归功于新型发动机的引进和本地开发，我国国产发动机的水平得到一定的进步。但相比进口发动机，我们仍然处于国外5年以前的水平。毋庸讳言，中国汽车消费者对于节能环保的自觉性认识程度依然不高。所以导致了目前仍然需要经济手段和政府政策来主导汽车消费结构的改善。种种迹象表明，我国发动机的小排量化仍然任重道远。

中国乘用汽油机升功率变化(数据来源：IHS Global Insight)

3． 为什么要小排量？

回答：小排量化的意义在哪里呢？首先，通过减小燃烧腔的容积，小排量化能直接减少发动机的燃油消耗。更为重要的是，小型化在还能减少发动机本身的重量，并降低发动机体积，这样使发动机舱的布置能更加灵活，从而能使一台外部尺寸较小的车型提供和大车同等的乘员空间，这样能进一步减轻车辆车身的重量。而根据我们之前的研究发现，车重的减轻对汽车油耗降低的效果要远远大于发动机排量的减小。这样双管齐下，汽车的燃油经济性能得到极大的提高。

燃油经济性的提高不仅有节能的功效，同时也能降低二氧化碳等温室气体的排放。理论上来说，油耗和二氧化碳排放有直接关系。根据2008年美国北卡州立大学发布的研究报告（M. Oliver-Hoyo, and G. Pinto, Using the Relationship Between Vehicle Fuel Consumption and CO2 Emissions to Illustrate Chemical Principles, Journal of Chemical Education 85(2008) 219-220），考虑C8H18作为汽油的主要成分, 可以得到这样的化学当量关系：C8H18 12.5 O2 ® 8CO­2 9H2O

根据理论计算，如果假设汽油的密度在0.78千克/升，燃油消耗和二氧化碳排放之间的关系为2410克二氧化碳/每升汽油。而对于柴油(密度为0.99千克/升)来说，燃油消耗和二氧化碳排放之间的关系为3070克二氧化碳/每升柴油。在他们的研究报告中，该理论计算已经得到了实际数据很好的验证。

另外，小排量化在客观上也顺应了新能源汽车的发展趋势。例如，对于混合动力汽车来说，由于有电池电机系统的同时存在，小排量发动机在汽车起步阶段扭矩不足的劣势能得到很好的弥补。而对于最新一代的串联式混合动力系统，如比亚迪的F3DM双模汽车或通用的Volt，一台较小的发动机足以满足发电的需求。

4． 怎样小排量？

回答：但汽车毕竟是一个以消费者为中心的产品，这就决定了在降低排量的同时，小型化发动机不能牺牲汽车本身的驾驶性能为代价。目前从全球范围来看，通行的解决方案包括涡轮增压（或机械增压），缸内直喷，可变气门技术，全铝化等。特别是在日系发动机上，可变气门技术基本上已经成为一种标准配置。而最早应用于航空工业的增压技术已经越来越受到整车厂的青睐。增压小发动机尽管在常规情况下与大发动机相比仍有一定差距，但相比自然吸气的小发动机，增压器能在整个转速范围有效提高扭矩从而大大地提高汽车的动力表现。

但同时，和几乎所有高新技术产品一样，涡轮增压器也会带来成本的增加，维护的复杂，对外部运行环境的挑剔等制约因素。例如，以上海汽车荣威750为例，其1.8升涡轮增压版本从市场售价上并不低于其2.5升的V6自然吸气发动机。但我们也理解任何工程产品在过去，现在和将来都一定是各方面因素妥协的产物。只要我们认准产业的发展方向，技术上的难题和成本上的问题应该会得到逐步解决。

另外，我们认为在发动机小排量化过程中更为重要不应该是发动机本身，而更应该充分利用发动机小排量化的市场动量，想方设法的降低汽车的质量，即整车轻量化。只有降低了汽车本身的重量，我们才能在提高功率（Power）和车重(Weight)的比例的同时，也提高承载(Load)和车重(Weight)的比例。这样，我们既能提高燃油经济性，也可得到较好的整车动力性。

5． 对中国市场的建议？

回答：回到中国市场, 在过去的十年，我们已经注意到了乘用车市场黄金排量从“老三样”时代的1.8升到“新三样”时代的1.6升。但同时我们也遗憾的看到，我国的汽车工业在整车轻量化方面作得并不够，例如，1.8升的桑塔纳志俊整备质量为1220公斤, 而1.6升的郎逸反而为1245公斤。随着现在全国上下“T”(涡轮增压)渐成风潮，我们可以预期黄金排量将会进一步减小到1.4升甚至更小。但同时我们认识到，汽车的轻量化对于节能减排来说意义更加重大。与此同时，从国家法规（例如燃油消耗限值）的制定角度，要注意不要政策上变相鼓励重量大的车型，可以参考欧洲标准，同时考虑车辆占路面积（footprint Area）。

（文章来源：盖世汽车网）