挖掘發(fā)動(dòng)機(jī)最后的潛力，讓發(fā)動(dòng)機(jī)更加省油

正如武俠小說(shuō)中有無(wú)以計(jì)數(shù)的武功絕學(xué)，汽車江湖中也分各種技術(shù)門(mén)派，進(jìn)入21世紀(jì)以后，節(jié)能環(huán)保成為汽車技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主旋律，但如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，不同的廠商都有自己的想法。

在各國(guó)環(huán)保法規(guī)的壓力下，純電動(dòng)似乎是汽車發(fā)展的終極狀態(tài)，但在實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)之前，我們依然在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里繼續(xù)依賴燃料。所以，更現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題不是如何拜托燃料，而是如何盡可能地提高燃燒的效率。

渦輪增壓和雙擎混動(dòng)，都已不是新鮮技術(shù)，各大車企在如何降低油耗這件事上，絞盡腦汁地想盡了各種辦法，今天我們就來(lái)盤(pán)點(diǎn)一下最有希望實(shí)現(xiàn)的幾項(xiàng)技術(shù)。

48V電氣系統(tǒng)

今天聊的是讓發(fā)動(dòng)機(jī)更加省油的方法，第一個(gè)措施表面上卻似乎和發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)什么關(guān)系，它就是48V電氣系統(tǒng)。

現(xiàn)今絕大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)、冷卻泵、機(jī)油泵及空調(diào)壓縮機(jī)都是通過(guò)傳送帶，將源自發(fā)動(dòng)機(jī)的能量傳輸過(guò)去的。目前汽車中普遍的12V電氣系統(tǒng)最大輸出為2到3千瓦，由于現(xiàn)在汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、車身控制及車載信息娛樂(lè)功能都依靠這12V電氣系統(tǒng)。

不過(guò)，隨著半自動(dòng)、全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等新的電子功能投入使用，12V的電子架構(gòu)已經(jīng)顯得力不從心，解決辦法就是在未來(lái)的新車中采用48V電氣系統(tǒng)，這樣以來(lái)就可以實(shí)現(xiàn)10kW的電力輸出，從而支撐越來(lái)越繁多且復(fù)雜的電子功能。

那么，它和發(fā)動(dòng)機(jī)省油又有什么關(guān)系呢?當(dāng)然有關(guān)系。48V電氣系統(tǒng)能夠大幅減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的附加載荷，最大有望提升10%的燃效。這方面，大眾集團(tuán)處于領(lǐng)先地位，它旗下的賓利添越及奧迪SQ7 TDI都采用了48V電氣系統(tǒng)，這樣以來(lái)，SQ7 TDI才能夠裝配上電子渦輪增壓器?；蛟S不久的未來(lái)，48V電氣系統(tǒng)也將逐漸普及到更親民的主流車型中。

除此之外，48V電氣系統(tǒng)還能夠進(jìn)一步完善微混動(dòng)力系統(tǒng)。微混(mild hybrid)又稱輕混，早前已經(jīng)有部分廠家嘗試過(guò)，通用汽車是比較典型的例子，不過(guò)市場(chǎng)表現(xiàn)并不理想。如今，在看到48V電氣系統(tǒng)有望逐漸普及時(shí)，工程師們有望通過(guò)新的微混系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)70%的燃效提升，因?yàn)?8V電氣架構(gòu)下，就可以采用更細(xì)的布線和更低成本的連接器，同時(shí)還能為制動(dòng)能量回收、電子助力增壓及更先進(jìn)的啟停功能提供能量。

新一代發(fā)動(dòng)機(jī)停缸/閉缸技術(shù)

停缸(cylinder deactivation)又稱閉缸，是指發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)汽車所需動(dòng)力較低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的部分缸體可以暫停運(yùn)轉(zhuǎn)，從而降低整體的油耗。

停缸技術(shù)早已不是新鮮事物，上世紀(jì)80年代初，凱迪拉克就研發(fā)出了一臺(tái)可以讓兩個(gè)或四個(gè)缸自動(dòng)停轉(zhuǎn)，不過(guò)限于當(dāng)時(shí)的節(jié)氣閥體單點(diǎn)噴油方式和簡(jiǎn)單的電控系統(tǒng)，這項(xiàng)技術(shù)在當(dāng)時(shí)沒(méi)能獲得成功。

如今，閉缸技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越普遍，消費(fèi)者對(duì)它的接受度也越來(lái)越高。未來(lái)幾年里，車內(nèi)越來(lái)越多的傳感器加上更加成熟、復(fù)雜的電控系統(tǒng)，能夠讓發(fā)動(dòng)機(jī)更多地在非全缸運(yùn)行的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)。

目前通用正在和德?tīng)柛Ｂ?lián)合研發(fā)更加先進(jìn)的閉缸技術(shù)，將來(lái)可以讓V8發(fā)動(dòng)機(jī)最低只激活兩個(gè)氣缸的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，這項(xiàng)技術(shù)最多有望將油耗降低15%。

燃料電池插混系統(tǒng)

從環(huán)保角度而言，燃料電池明顯比純電動(dòng)汽車更加合理，目前現(xiàn)代、豐田等幾家少數(shù)車企已經(jīng)將氫燃料電池車型投入到市場(chǎng)，但限于成本和配套設(shè)施，這項(xiàng)技術(shù)是否能夠普及還很難說(shuō)。

不過(guò)，這并不代表燃料電池在短期內(nèi)無(wú)法發(fā)揮作用。將近10年以前，福特曾推出了名為Airstream的概念車，它采用了插電式混合動(dòng)力的布局，以求在成本和實(shí)用性之間找到平衡，之后福特還在一輛銳界上對(duì)這套系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)。

將一套燃料電池用作增程設(shè)備，而非直接的電力驅(qū)動(dòng)源，有望在零排放的前提下實(shí)現(xiàn)更高的效率。最新的消息是，奔馳近日宣布將在2017年投產(chǎn)一款燃料電池插混版的GLC，名為GLC F-Cell。表現(xiàn)具體如何，我們拭目以待。

無(wú)凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)

稍微了解發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作原理的都知道，當(dāng)前絕大多數(shù)汽車采用的內(nèi)燃機(jī)中，凸輪軸是必不可少的一個(gè)部件，它控制著各個(gè)氣缸中進(jìn)、排氣門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。

不過(guò)，凸輪軸控制氣門(mén)開(kāi)閉有一個(gè)天生的缺陷，就是不能自由地調(diào)節(jié)各個(gè)氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)機(jī)。這就好像我們?nèi)祟愒诤粑鼤r(shí)，慢走時(shí)呼吸頻率較慢，跑步時(shí)呼吸頻率必須加快才能滿足氧氣攝入的需求，而大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣門(mén)都只能以一種頻率進(jìn)行開(kāi)合，如果每個(gè)氣門(mén)都可以自由選擇開(kāi)閉時(shí)間的話，發(fā)動(dòng)機(jī)在不同運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下就可以選擇更加合適的“呼吸頻率”。

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，很多車企都做出過(guò)努力，可變氣門(mén)正時(shí)(VVT)和可變氣門(mén)升程(VVL)就是兩種措施，但它們依然沒(méi)能拜托凸輪軸的限制，自由度有限。

早在上世紀(jì)80年代末，路特斯機(jī)械工程部就層展示過(guò)一臺(tái)無(wú)凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，但限于技術(shù)發(fā)展并未量產(chǎn)。如今，隨著48V電氣系統(tǒng)的時(shí)代即將到來(lái)，無(wú)凸輪軸技術(shù)又有了新的發(fā)展?jié)摿?，這方面走在最前面的，就是超跑制造商科尼賽格。值得一提的是，觀致汽車目前也在同科尼賽格進(jìn)行合作，或許不久的未來(lái)，我們?cè)谟^致的新產(chǎn)品上也有望見(jiàn)到這項(xiàng)技術(shù)。

渦輪機(jī)插電混動(dòng)技術(shù)

純電動(dòng)汽車在未來(lái)交通中無(wú)疑將扮演重要角色，但它可能將僅限于乘用車或小載重的卡客車，對(duì)于一些載重量很大的大貨車來(lái)說(shuō)，采用純電驅(qū)動(dòng)可能就不太合適了。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)強(qiáng)于扭矩輸出，卻并不善于功率輸出，對(duì)于載重過(guò)大的貨車、工程車來(lái)說(shuō)，純電驅(qū)動(dòng)的效果可能適得其反。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，國(guó)外溢價(jià)名為Wrightspeed的公司設(shè)計(jì)了一種專門(mén)的驅(qū)動(dòng)模式：渦輪機(jī)插電混動(dòng)技術(shù)。注意，這里提到的渦輪與渦輪增壓中的渦輪不是一碼事，而是指一臺(tái)渦輪發(fā)電機(jī)，為車輛的電池進(jìn)行充電，而車輛的驅(qū)動(dòng)依然交給電動(dòng)機(jī)來(lái)負(fù)責(zé)。這也可以理解為一種增程式插電式混動(dòng)車，只是給電池充電的主體不同于上面提到的汽油機(jī)或燃料電池，而是一臺(tái)依靠液體燃料的渦輪發(fā)電機(jī)。

渦輪機(jī)最明顯的好處之一是，它不挑食，幾乎所有可以燃燒的物體，都可以做它的燃料。而且在持續(xù)高負(fù)載的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，渦輪機(jī)能夠保持很高的燃效，而加速和剎車時(shí)的能量回收都交給電池來(lái)負(fù)責(zé)就可以了。

均質(zhì)壓燃技術(shù)

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的最大區(qū)別是什么?沒(méi)錯(cuò)，是點(diǎn)火方式。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要通過(guò)火花塞對(duì)氣缸內(nèi)的混合氣進(jìn)行點(diǎn)火，才能將燃料點(diǎn)燃。而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)則只需通過(guò)活塞的壓縮，就能將氣缸內(nèi)的混合氣壓燃。于是，兩種不同的發(fā)動(dòng)機(jī)各自有著不同的特點(diǎn)。

那么，有沒(méi)有一種辦法能夠?qū)⑵蜋C(jī)和柴油機(jī)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)更好的燃效和更低的排放呢?有，它就是均質(zhì)壓燃(HCCI)技術(shù)。

均質(zhì)壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是汽油燃料，但它可以像柴油機(jī)一樣無(wú)需火花塞，只需通過(guò)活塞的壓力就能夠壓然氣缸內(nèi)的混合氣。這種技術(shù)不用像柴油機(jī)一樣，對(duì)排氣后處理系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜而昂貴的改造，就可以將燃油效率提升15%以上。

目前均質(zhì)壓燃技術(shù)比較領(lǐng)先的是通用和戴姆勒，它們都認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)很快就能夠投入實(shí)用，但保守估計(jì)，即便均質(zhì)壓燃能夠走向成熟，可能最少也要再等上幾年了。