【汽车与环境】天津大学内燃机燃烧国家重点实验室副主任姚春德：从中国心到十佳发动机评选看中国市场发动机发展趋势

天津大学机械工程学院教授、天津大学内燃机燃烧国家重点实验室副主任 姚春德

首先非常感谢第五届汽车与环境创新论坛的邀请，很荣幸参加这个会议，我的报告跟前面的报告都不一样，因为那些报告都是在预测，2025年发动机应该怎么样？我们来看看今天的发动机达到了什么样的水平，主要分为这样几个方面：

内燃机是主力，这个是毫无疑问的，虽然是电动车，但是发展的速度非常快，可以说是100%的增加，但是从量上还是比较少的，去年中国的电动车50.7万辆，去年汽车产销2800万辆，2016年电动车仅占汽车产销量的1.78%，政府很多资金可以支持。

燃油发动机支撑着我们汽车的市场，内燃机的电气化得到全面的普及，昨天很多专家的报告都说的很清楚。前不久在天津滨海泰达论坛上面有一个领导人说了，“我们中国政府正在研究和制订停止生产停止销售传统内燃机的进程。”这个话说的不是很准确，在2000年的时候我们就停止了汽油式内燃机的生产，现在都是电喷的，包括昨天和今天上午专家都说了，传统的内燃机早就在淘汰，内燃机是一个很有活力的东西，正在不断的用新技术更新完善自己。动力总成的复合化和能源的多样化正在成为趋势。

2002年我们国家的汽车产业在井喷式的发展，2006年以后每4年组织一次活动，本人也是里面的专家之一，这些专家都是来自高校和研究院所，没有企业，这样就没有偏见的看待发动机的发展情况，工信部发布的燃油消耗标准和目标。

怎么来评这个发动机呢？我们采用当今流行的技术，包括缸内直喷、增压、高压缩比等，可变的东西多了，可变正时和可变压缩比，今天上午也有专家介绍，上汽也在做这方面的工作，东风也在做可变压缩比，包括米勒等等，包括自动启停，发动机轻量化、铝合金缸体，润滑合理性、可变水泵等。  

这次一共有19辆车，基本上是涵盖了国内前10名以上的生产企业，我们把这些技术做了一个归纳，第一位是可变正时，国内的车100%都采用可变正时，它是液压驱动的，控制有一个三维自动阀，用电来驱动的，什么时候开？什么时候关？什么时候来运行？这个完全是电控的，内燃机就是机电一体化的。

增压、自动启停、缸内直喷等等，我们在应用的比例上做了一个统计，大家可以看到100%用的是可变正时，增压94.7%，我们知道辛总作为一个节省的企业，这个企业就是做增压器的，增压器的运用也是非常多的。

关于这些发动机的核心技术，我们大概是这么认识的。一个就是可变，大家都知道可变正时这一块，主要就是左上角的，进气门双侧可变，大大扩展了正时的变化范围，使发动机性能得到进一步优化。

增压，今天上午我们也有专家专门讲了增压，增压现在我们要注意到，除了一个废弃涡轮增压，复合增压也在用，一种是机械，奥迪有一个螺旋压缩机，还有一个就是用电动增压，刚刚才兴起来的，这是复合增压，用这种办法来克服增压在加速过程当中，特别是急加速过程当中的现象。

汽油直喷，有将近80%的比例，绝大部分都是增压的，也有个别不增压的，增压、缸内直喷这个大家都很清楚，我们把燃油在气缸里面气化、吸热，用比较高的压缩比来获得我们高的热效率，我们国家的解放牌的，那个时候压缩比7.2，之前侧门制的6.2，现在都是9.5以上，缸内直喷给我们带来很大的好处。

缸内直喷中置喷油器，上汽就是这种，缸盖有4个气门，还要有一个火花塞，上汽还有好几家都做到了，为什么有中置？主要是减少颗粒物的排放，吗到国6A国6B，中置喷有机比较好的，能够把这些问题解决掉。

节能里面有一块现在在车上应用很广泛的，也有将近80%的比例，就是自动启停，6年前工信部在讨论，要不要用？很多企业反对用自动启停的，因为装了这套装置会增加很多的麻烦，现在因为油耗的压力还是要用，国内的企业不管是在这儿生产的是合资的、外资的，大家都一致认为要用自动启停，自动启停确实给我们带来很大的好处。十佳发动机在现场评价的环节，各种各样的车过来以后，每个人都开一个，每辆车要开，自己的体验，自主品牌自动启停做的非常不错，反而一些外资品牌自动启停不如中国做的好。

自动启停这个技术不是简单的把发动机停掉了，它需要做很多的事，一个就是你停的位置要很讲究，正好是在膨胀的下行的位置，发动机要停在这儿，要识别这个，当你一松掉刹车，一踩油门，马上给油，一点火，启动键拨一下马上就可以走，响应非常快。我们的车在高速行驶过程当中，发动机的机温很高，如果让它停下来，热管理，也要动很多的脑筋，热启停看起来很简单的技术，其实很考虑人的智慧，国内国外的企业都可以装车了，这个问题已经解决了。

燃烧方面的改进，高滚流比，缸内直喷的汽油机要用高滚流来实现混合器在点火前的均匀化，提高它的燃烧速率。

阿特金森/米勒循环，上午大家都听到这个报告，米勒循环和阿特金森循环是异曲同工的方式，都是减少压缩比增加膨胀比，在技术的实现上面是相反的，米勒循环是提前关闭，阿特金森是晚关，这两个相差100年的时间，阿特金森发明的特别早，1878年就发明，没有人用它，因为当时的实现非常复杂，今天日系车用阿特金森非常多。米勒循环在强化的发动机，在增压发动机上面米勒用的比较多。

可变的机油泵，已经是落地了，不再是悬在空中的，有些专家说2020年可以用，其实现在都能够用了，不但用可变节油泵，水泵和节油器都可以，传统的一般的发动机过去温度开启都是固定的，现在不需要，开多大完全可以用这个东西来控制的，可变在这个机油泵，还有热管理方面，已经起到非常好的节能效果。

我们也注意到了在这一次参评的发动机里面，有两个发动机平台，4款车都用了双喷射，我们知道双喷射跟缸内直喷也好不一样，把两个喷射系统集中到一个发动机上面，根据复合的改变适时的变化喷射的模式，目标也是为了节能和减少排放。这是丰田公司的D—4ST发动机的双喷油，奥迪也有一些应用。

可变气门升程VVL技术15.8%，难度不是VVP能够比的，一个是有代表性的，就是奥迪的，它是可调级的，它有两个渡轮，渡轮轴可以沿着轴向进行滑动，适时的改变两个渡轮的变化，它也结合了VVT，就是用这样的一个滑道来实现，我们可以看到这上面有一个控制器，它可以导引滑道，这个做法蛮先进的，它也是分级的。

Fiat的MultiAir客观变气门系统，适时改变气门的开启，它完全靠气门管理，这个比较复杂，在国内也可以做，不过是外资公司做的。有一款是做这个的，它是1.4排量的车，在我们的评价里面它的动力很好的，因为1.4升的发动机有好几款，在300米的跑道上可以达到140的速度，这是非常出色的动力性表现。我们特别欣喜地看到VVL这样的公司国内也可以做了，就是国内的长城公司，叫CVVL，长城公司集合他们自己技术人员的智慧，长城公司是自主品牌里面唯一采用VVL这个系统的。从另外一层面我们可以看到，经过10几年的发展，我们国家的汽车自主研发能力，在技术的自主研发能力方面有非常大的提高。

废弃在循环，这次参评的车辆里面也有一定的表现，我们国产的发动机用废弃再循环不太多，担心废弃再循环带来的问题，或者我们这方面积累的经验太少，没有敢用，这都是一些外资品牌用的。

它的好处我们归纳一下：以降低泵气损失，进而改善中低负荷油耗，冷却EGR还兼有中高负荷控制爆震和降低排温的作用。

高压缩比，我们看到的是高压缩比，马自达，在中国市场上是13.5，在它自己本土，或者是欧洲压缩比超过14，内燃机原理我们知道，我们看到了这款发动机在高压缩比上面，因为一旦用了高压缩比以后会遇到很大的问题，就是爆震，爆震是非常难以逾越的障碍，马自达做的比较好，马自达公司开发高压缩比发动机的时候用两个技术上的特点，首先就是活塞上面抠了一个坑，发动机的排气管特别复杂，我们现在越来越多的发动机，绝大部分的发动机，都是把排气管埋到缸盖里面，我们叫集成排气管的缸杠，马自达有一个非常长的排气管，为什么要这样呢？跟高压缩比非常分不开的，这是值得技术人员关注的特点。

一旦爆震以后，包括现在小型机强化以后带来的爆震，会把活塞弄坏，而且在我们小型强化发动机，缸内直喷增压发动机里面，遇到一个很难克服的障碍，我们可以看到右下角这个图，4900的循环的时候记录到两次爆震，1万5千次的时候记录到7次爆震，什么时候来你根本不知道，而且来几次你也不知道，如果你不立刻改动这种条件就可能把火花塞打断，这个问题没有很好的解决。清华大学围绕这个方面做了很多的工作，他们用了一些方式，目前来说这个谜还没有揭开，总有一天我们要把这个认识弄清楚。

我们把这次发动机的特点做了一个归纳，电气化和智能化高度融合的发动机里面，我们大家都没有任何的疑问。

注意到这么一个特点升功率升扭矩的追求正向高可靠性、高NVH性转变，82年的时候从日本引用发动机，那个时候也就是1升，现在已经追到150个千瓦了，现在突然发现太高不一定好，因为影响到舒适性。

中国的自主品牌很多发动机的机体和缸盖都是铝合金的，奥迪和其他的一些机体是用铸铁的。所以合适可能比这个东西更加重要。我们现在说的发动机追求过高的强化和追求过轻的材料，可能要向更合适的排量和更合适的材料上面，我们也看到新技术、新材料、新工艺、新结构，在发动机里面得到很多的体现，因为时间关系不可能都归纳里面。

我们爬坡到立交桥上，减摩人家做的非常好，控制和管理上面，节能的潜力很大的。

平台化的建设取得突出成果，一个发动机配两款车，配的挺好，这是平台化建设，因为发动机的开发成本非常高的，今天很多专家都这么说了。

油电结合的混动对简化对发动机性能要求，给我们很多的启示，发动机是自然吸气的，普通的缸内直喷，用130瓦电机的辅助，都能够很好的满足我们的需要。油电混合的混动，对减化发动机的要求，降低它的复杂性非常的重要。

总体上来说，我们自主品牌在10几年发展历程里面进步非常快，在智能控制、自动启停、变流量机油泵排气管集成进缸盖，铝合金机等方面有长足进步。

和外资品牌相比在以下方面还存在差距：

双喷射系统应用还是空白；高压缩比发动机尚未开发；多技术综合利用能力需加强；平台化建设运用上面需要进一步努力。

这是汽车运动做的活动，这是10年几办这个活动以来见证了中国自主品牌的发展，2010年评的时候只有一款勉强入围，现在一半以上都是自主品牌，中国汽车的进步非常快，汽车产业从过去的跟跑，现在在很大程度上还是在跟跑，已经有少数的企业可以并跑，跟国外企业差不多，我们上汽徐总他们这边基本上就是并跑，我们期待中国自主品牌的汽车早一天能够领跑。

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