内燃机未来怎么“活”?

看到这个题目的时候,也许大家会觉得很惊讶,都9102年了,还有人在谈论、思考内燃机的未来。

确实,只要你打开知乎,或者汽车类的微信公众号如建约车评,无一不都在讨论电动汽车的发展,以及电池将在何时取代内燃机成为汽车的动力来源。

内燃机被人们视为一种过时的、落后的技术,与此同时,很多地区和政府都在制定内燃机退出时间表。比如德国政府已经开始研究柴油机的退出时间,法国挪威等欧洲国家在研究2030年禁止内燃机汽车的生产;中国也有类似的言论,要制定内燃机汽车退出时间,并且在海南已经开始有所行动。

你看,作为一种“过时”的技术,它的未来看上去就是日薄西山,注定要逐渐走向衰落。

可现实情况就跟这种悲观论调一样吗?

我的观点是,在未来至少10年内,汽车仍然离不开内燃机

2019年1-9月,我国新能源汽车(包括纯电动汽车和混合动力汽车)累计生产83万辆,乐观估计今年的产量为110万辆,而内燃机汽车仍将有近2000万辆的年产量,两者差距非常巨大。

根据工业部最新的新能源汽车产业发展规划,到2025年,新能源汽车要占当年汽车总销量的20%;到2030年,新能源汽车(电动,燃料电池,强混)占当年汽车总销量的40%。

即使2030年,乐观的情况下,我们实现了新能源产量达到40%的规划,那仍然有60%的汽车以内燃机为动力。而且新能源汽车这40%的占比,还包括混合动力汽车,同样需要内燃机作为主要动力输出。

2030年,纯内燃机汽车将不复存在,混合动力汽车将成为主流

关于未来的汽车动力形式,国家新能源汽车创新工程项目的专家认为,混合动力燃油车和纯电动汽车将是未来主流动力。到2035年,纯电动汽车占比将会达到40%,插电式、燃料电池汽车占比是10%,另一半是混合动力车型。

不仅如此,沃尔沃也宣布今年开始不再推出“纯燃油车型”。有部分媒体断章取义以为沃尔沃要和发动机说再见了,但其实沃尔沃的原意是:在2019年开始全面上48V微混合动力,只有发动机而不搭载电机(微混系统)的车型将不复存在。

从政策上来看,将来国内外也不允许纯内燃机汽车的出现。在国内到2025年,乘用车平均油耗要降至4.0L/100km;2030年,新车能耗达到世界一流水平。要实现这个目标,单纯靠内燃机技术的提升已经非常困难,此时就需要电机的辅助来到达目标。

2030年,内燃机在汽车动力总成的定位将发生变化。目前内燃机是绝对主力的动力来源,但十年后内燃机只是动力之一,电机也将承担一部分动力来源。

也正是因为2015年后汽车动力发展趋势新的变化,各大汽车企业都纷纷调整了自己内燃机技术的发展方向。

车企提升内燃机排放和油耗后劲不足

随着排放的要求越来越高,国六几乎已经是零排放的水平;但油耗要求无论是百公里五升还是四升,对于单车来说都是遥不可及的数字。

在国六的开发过程中,大部分车企意识到,如果依靠发动机本身技术的提升,比如改进燃烧室的设计,采用更高喷射压力的喷油器或者调整进排气门正时等这些技术手段来降低排放,技术难度非常高,项目时间长且成本不菲,而如果仅仅加装排气后设备处理排放,则是相对高效而且成本较低,是目前最短平快的方法。

同时,在热效率上,目前主流车企已经能实现38%左右的热效率,下一步即将往40%以上发展。但是目前发动机热效率虽仍有潜力,但是再往上提升每一个点,则越来越需要投入更多的经费,来研究新的燃烧方式,使用新型材料、新技术,由此单机成本也可不避免的大幅提升。

以国六的发动机主流配置为例:为了提高热效率,大多上了以前没有的电动机油泵、电动水泵、可变增压器,再加上一些EGR技术和轻量化技术的加成,额外的增加后处理设备成本,目前单发动机成本比国五高出近千元。

实际上,消费者也不见得愿意为你的新技术买单,因此关于要不要继续在内燃机上大手笔投入,研究下一代内燃机产品,以及新技术投入的性价比问题,在企业内部都存在很大争议。

再者,由于新能源技术和智能驾驶发展的预期,车企这些年明显加大了在这两块领域的投入力度—— 毕竟谁都不想输掉未来,相应的在传统内燃机方面的投入则会减少。

在民用的发动机领域,车企都要是追求利益最大化。彻底丢弃内燃机是不可能的,但是如何找到最合适的内燃机发展方向,似乎还是一个疑问。目前看来,最现实的做法是电机配合内燃机来发展混合动力,实现热效率和排放的双赢。

混合动力下的内燃机发展方向

内燃机有一些特定的工况点,热效率和排放就是很差,这不是技术无能的问题,而是热机的通病。

比如在起步阶段,汽车克服惯性力做功,需要加大喷油量,这个阶段油耗比较高;

在一些低速行驶工况,转速低,缸内混合气混合不均匀以及燃烧温度不够高,发动机处于高排放高油耗区域;

在一些急加速工况,需要猛踩油门的时候,为了持续获得大的动力输出,会加浓喷油,此时油耗也偏高;

如果将这些工况直接用电机来代替,内燃机不参与这些工况运转,那汽车完全能同时实现节油和降低排放。以卡罗拉双擎为例,这款省油又好开的混合动力车型是如今滴滴司机的最爱,卡罗拉双擎搭载的是1.8L自然吸气发动机,工信部油耗只有1.3L/100km,即使抛弃过于理想的工信部油耗不说,市区行驶的实测油耗也只有3.5L/100km左右。目前没有哪款内燃机车能做到如此低的油耗,以后也不会有。

在这个思路下,2030年的内燃机发展将是两个方面:

第一,以前对内燃机优化,都会进行全工况优化调教,设计改进。这种做法在混合动力时代也许不需要了,新时期的内燃机可以研发适合混合动力的内燃机。只针对部分高效低排工况进行改进优化,由“面面俱到”向“某些点”工况进行转变。这种方式的前提是通过内燃机与电机的结合,让内燃机更多的运行在高效率低排放区间,通过软件和硬件的共同设计来让内燃机避免运行在那些低效点上,实现对整体热效率和排放的提升。

 第二,2030年的内燃机将出现越来越多的小排量发动机,2.0L以上都将属于大排量奢侈品了。由于48V微混系统或者高压强混系统的配置,电机已经能够为汽车提供一部分的动力,不再需要大马力发动机。同时,混合动力汽车装配了电机和电池之后,空间的布置上更加拥挤,因此发动机必须做出牺牲——使用小型发动机是以后混合动力汽车下内燃机趋势。 

作者简介:何先生,某汽车公司前标定工程师,现汽车软件工程师

来源:盖世汽车大V说 作者:2030出行研究室 *本文由盖世汽车大V说专栏作者撰写,他们为本文的真实性和中立性负责,观点仅代表个人,不代表盖世汽车。本文版权归原创作者和盖世汽车所有,禁止转载,违规转载法律必究。

2030出行研究室

2030 Mobility Research Laboratory,中国首个全部由博士组成的汽车新出行深度研究组织。

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