去你的2025大限，誰說發(fā)動機(jī)已經(jīng)到頭？

許鴻德

某些歐洲國家已經(jīng)放出消息為傳統(tǒng)搭載內(nèi)燃機(jī)之車輛訂出了停售大限日，姑且不論這些消息是否可靠，但難道目前僅能將大約1/3化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的汽油發(fā)動機(jī)就再無翻身之日？

新世代汽油發(fā)動機(jī)的未來潛力還有多大？它的誕生是不是已經(jīng)太晚？請看分析……

車廠仍努力提高發(fā)動機(jī)效率

雖然包括德國、法國在內(nèi)的許多歐洲國家近年來陸續(xù)宣布汽柴油車輛禁止銷售的時(shí)間表，但這并不表示汽車廠家已放棄提高汽油發(fā)動機(jī)燃燒效率的努力！相反，越來越多車廠正加速推出效率更高的產(chǎn)品。

我們知道，汽油發(fā)動機(jī)的基本架構(gòu)除了噴油系統(tǒng)由化油器演進(jìn)為電腦控制之外，其他部分在過去100年以來沒有太多改變。如何提升內(nèi)燃式發(fā)動機(jī)的效率？大學(xué)時(shí)代修過熱力學(xué)的讀者應(yīng)該知道，內(nèi)燃式發(fā)動機(jī)（包括汽油與柴油）最大的缺點(diǎn)在于燃料利用效率低（燃料利用率約33%）以及污染物的排放，雖然最近30年來直噴發(fā)動機(jī)技術(shù)已幫助燃料利用效率顯著超越過去的化油器時(shí)代，但仍無法讓人滿意。前Honda執(zhí)行長福井威夫就曾表示：“今天即便是最先進(jìn)的汽油發(fā)動機(jī)，所浪費(fèi)的能量仍超過60%以上，是故Honda工程師認(rèn)為提高汽油發(fā)動機(jī)燃燒效率仍有無窮的發(fā)展?jié)摿?，甚至大于昂貴的電池動力或Hybrid油電混合動力系統(tǒng)！”

在提高汽油發(fā)動機(jī)燃燒效率的技術(shù)發(fā)展路徑上，Toyota押注于“阿特金森發(fā)動機(jī)”：一般四行程發(fā)動機(jī)的行程為進(jìn)氣→壓縮→爆炸→排氣，而“Atkinson Cycle”的循環(huán)方式在進(jìn)氣行程時(shí)和一般發(fā)動機(jī)并沒有差異，但是壓縮行程時(shí)會讓進(jìn)氣氣門保持開啟一小段時(shí)間。這么做的目的在于減少汽缸的壓縮比與壓縮行程，同時(shí)在那一小段氣門延長開啟的時(shí)間下也減少活塞運(yùn)動的阻力。如此一來，爆炸行程就會比壓縮行程還要長，進(jìn)而將爆炸行程的能量做更有效的利用。透過不同的連桿機(jī)制協(xié)同工作，使得各個(gè)行程幅度不同，不僅有效改良了進(jìn)排氣情況，膨脹比大于壓縮比更是阿特金森發(fā)動機(jī)最大特點(diǎn)！

更長的膨脹行程可以更有效的利用燃燒后廢氣仍然存有的高壓，所以燃油效率也較傳統(tǒng)汽油發(fā)動機(jī)更高。而過往阿特金森發(fā)動機(jī)的兩大缺點(diǎn)——獨(dú)特的進(jìn)氣方式讓低速扭矩較差，以及長活塞行程不利于高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)（限制了轉(zhuǎn)速的升高，加速性能也變差），Toyota車廠則巧妙利用混合動力系統(tǒng)的特色予以改善——電動機(jī)低速扭力強(qiáng)勁的特性正好彌補(bǔ)阿特金森發(fā)動機(jī)初段動力上的不足，一旦到了高速巡航狀態(tài)，就是阿特金森發(fā)動機(jī)施展拳腳的時(shí)候。

Volkswagen選擇“延長點(diǎn)火行程時(shí)間”的技術(shù)發(fā)展路徑，其命名為“Budack Cycle”的發(fā)動機(jī)運(yùn)作模式，與“Atkinson Cycle”延長進(jìn)氣氣門開啟時(shí)間原理不同，前者是將進(jìn)氣閥門關(guān)閉的時(shí)間提早，此舉能增長點(diǎn)火行程時(shí)間，其次加快進(jìn)氣氣流的速度，讓燃料與空氣混合的效率提升，因此有著更好的效能表現(xiàn)。加入“Budack Cycle”循環(huán)技術(shù)后，Volkswagen集團(tuán)新世代EA888 Gen3B發(fā)動機(jī)締造了184 hp/305Nm的輸出，同時(shí)也降低了油耗，并減輕了許多發(fā)動機(jī)零組件的重量。

HCCI受矚目

但除了以上所說技術(shù)，若想將發(fā)動機(jī)燃燒效率顯著提高（這里指的是提升30%以上），唯一的解答就是混合柴油與汽油發(fā)動機(jī)運(yùn)作特色的HCCI均質(zhì)填充壓縮點(diǎn)燃技術(shù)。HCCI的名稱來自于Homogeneous Charge Compression Ignition縮寫，從技術(shù)角度來看，其與傳統(tǒng)汽油發(fā)動機(jī)相同的是它先向汽缸內(nèi)注入比例均勻的空氣和燃料混合氣體（柴油發(fā)動機(jī)則是把燃油直接注入汽缸內(nèi)），但另一方面HCCI發(fā)動機(jī)讓油氣在高壓下自燃（與柴油發(fā)動機(jī)相同），而非傳統(tǒng)汽油發(fā)動機(jī)依靠火花塞電弧點(diǎn)火。

從熱力學(xué)效率的觀點(diǎn)來看，HCCI第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是顯著降低熱損耗率，由于無火花塞自燃方式的燃燒溫度較低，爆震對燃燒室壁的傳熱也跟著降低。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是燃燒周期短（因?yàn)槿紵^程主要是受化學(xué)反應(yīng)而不是受混合過程所主導(dǎo)）c研究結(jié)果顯示HCCI發(fā)動機(jī)的熱利用效率可接近50%，燃燒后廢氣中的微粒物與Nox含量也大幅降低。

HCCI發(fā)動機(jī)的40年漫長路

其實(shí)，HCCI發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)構(gòu)想早在上世紀(jì)70年代就誕生，卻始終苦于多項(xiàng)控制技術(shù)瓶頸而無法實(shí)用化。首要問題是HCCI發(fā)動機(jī)在轉(zhuǎn)速很低或極高的狀態(tài)時(shí)無法平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)（因?yàn)樵谶@兩種狀態(tài)下無法控制混合油氣自燃）。幸運(yùn)的是、由于電腦控制技術(shù)突飛猛進(jìn)，過去被視為挑戰(zhàn)的今日已能夠輕松達(dá)成。

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過往包括GM、Honda都曾嘗試開發(fā)HCCI混合發(fā)動機(jī)，這是一種在低轉(zhuǎn)速與高轉(zhuǎn)速區(qū)域采用傳統(tǒng)火花塞點(diǎn)燃油氣運(yùn)行，但在中轉(zhuǎn)速區(qū)域使用HCCI技術(shù)運(yùn)作的發(fā)動機(jī)，不過皆未導(dǎo)入市售車內(nèi)。反觀Mazda卻已經(jīng)宣告于2018年推出搭載HCCI發(fā)動機(jī)的量產(chǎn)車型，展現(xiàn)該廠在新世代發(fā)動機(jī)技術(shù)的研發(fā)成果！

從2010年發(fā)表“SKYACTIV創(chuàng)馳藍(lán)天”技術(shù)后，Mazda工程團(tuán)隊(duì)致力于將發(fā)動機(jī)、傳動系統(tǒng)、底盤懸掛、車體等同步達(dá)到優(yōu)化設(shè)定，其中在動力部分，研發(fā)重點(diǎn)為高壓縮比汽油NA（自然進(jìn)氣）與柴油渦輪發(fā)動機(jī)，目前的SKYACTIV-G汽油發(fā)動機(jī)達(dá)到14：1壓縮比，比起市面上競爭對手發(fā)動機(jī)的壓縮比要高出不少，但Mazda居然計(jì)劃將下一代SNYACTIV-X發(fā)動機(jī)的壓縮比設(shè)定在18：1驚人水平（同時(shí)搭配36 8：1的超稀薄空燃比）！endprint

早在2014年，Mazda工程團(tuán)隊(duì)就在均質(zhì)壓燃技術(shù)取得進(jìn)展，為了達(dá)成商業(yè)化里程碑，這家日本車廠重新定義了HCCI的意義：它不再是傳統(tǒng)的Homogeneous Charge Compression Ignition，而是轉(zhuǎn)換成Spark Controlled Compression Ignition火花塞控制壓燃，縮寫也變成SPCCI。Mazda工程師透過在火花塞點(diǎn)火控制的創(chuàng)新突破，使得HCCI過程變得更加可控：在發(fā)動機(jī)低速、中速和高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)、采用的工作模式都不相同，這不光是涉及到火花塞點(diǎn)火與壓燃的切換，而且還涉及到壓縮比的變化，噴油方式、進(jìn)氣模式的變化等，如此復(fù)雜的切換，發(fā)動機(jī)還要高低速運(yùn)轉(zhuǎn)無縫銜接，可說是歷史性的創(chuàng)舉！

更令人欣喜的是，由于少了電池與馬達(dá)零組件，HCCI發(fā)動機(jī)的制造成本遠(yuǎn)低于Hybrid油電混合動力系統(tǒng)（僅是Hybrid系統(tǒng)成本的20%）、而節(jié)能效果卻可達(dá)到Hybrid系統(tǒng)或柴油發(fā)動機(jī)的80%，其前景可謂無限寬廣！

先進(jìn)汽油發(fā)動機(jī)推出晚了嗎？

挪威是最早宣布將在2025年禁止銷售使用汽柴油發(fā)動機(jī)車輛的國家，荷蘭也提出從2025年開始禁止汽柴車輛在該國市場銷售，并且這一提議已經(jīng)得到了荷蘭國會的支持。即使是相當(dāng)顧及國內(nèi)強(qiáng)大汽車工業(yè)廠商利益的德國，該國聯(lián)邦參議院也通過決議將在2030年全面禁售內(nèi)燃發(fā)動機(jī)車輛。法國能源部長余洛（Nicolas Hulot）在2017年7月6日宣布，法國計(jì)劃在2040年前全面停止銷售汽油和柴油車。

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2030年聽起來遙遠(yuǎn)，實(shí)際也就12年時(shí)間，還不夠一般車型兩代車的換代時(shí)間（一般8年一次換代），這不禁讓人擔(dān)心：才要粉墨登場的Mazda HCCI發(fā)動機(jī)技術(shù)，是否馬上就要匆匆謝幕？

針對前述疑問，部分汽車人士認(rèn)為汽油發(fā)動機(jī)的末日遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有到來！2015年全球電動車銷售為45.5萬輛，2016年達(dá)到70萬輛。根據(jù)EV Sales最新發(fā)布的數(shù)據(jù)，全球電動車市場2017年上半年的累計(jì)銷量達(dá)到449817輛，預(yù)估今年全球電動車的累計(jì)銷量有望達(dá)到110萬輛，雖然這個(gè)數(shù)字對比兩年前已經(jīng)翻了一倍有多，但在全球汽車市場的占有率仍只有區(qū)區(qū)1%。另一方面，Mazda也正與Toyota協(xié)商共享燃料電池、混合動力及SKYACTIV科技，以滿足日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)并削減成本。

遙想1960年，F(xiàn)elix Wankel在VDI德國工程師學(xué)會發(fā)表轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的創(chuàng)新理論時(shí)，當(dāng)時(shí)曾吸引包括GM、Daimler集團(tuán)、Toyota的目光，但經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)量產(chǎn)實(shí)用化的困難度比預(yù)期還要高后，前述車廠紛紛對轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)打了退堂鼓。反觀是Mazda于1967年5月率先推出世界上第一款將轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)實(shí)用化的量產(chǎn)車型Cosmo Sport。在革命性汽車技術(shù)領(lǐng)域，越是大廠其策略往往會越趨于保守，Daimler與GM集團(tuán)在HCCI領(lǐng)域研發(fā)多年而未果，主要是判斷HCCI發(fā)動機(jī)技術(shù)的問題大于優(yōu)勢，并且解決技術(shù)瓶頸的難度過大或成本過高。如今包袱較小的Mazda車廠宣布要將此技術(shù)率先量產(chǎn)，再次說明了該廠在先進(jìn)發(fā)動機(jī)技術(shù)上“敢為天下先”的精神。

在許多人宣稱汽柴油發(fā)動機(jī)已死的今日，Toyota、Volkswagen及Mazda押注先進(jìn)汽油發(fā)動機(jī)技術(shù)能否得到豐厚回報(bào)？讓我們拭目以待。

今后的汽車設(shè)計(jì)，會越來越年輕化、運(yùn)動化。

年輕車時(shí)代

領(lǐng)克01上市獲得了極大的關(guān)注，這不僅僅因?yàn)槭侵袊约旱钠放?，或者自主品牌借助國際專業(yè)水準(zhǔn)打造的一款高品質(zhì)汽車，還因?yàn)轭I(lǐng)克01在研發(fā)水準(zhǔn)上，光是全新的平臺科技就已經(jīng)接軌國際，領(lǐng)先一眾自主品牌車型。具體的表現(xiàn)，各位可以檢索本期領(lǐng)克01的試車報(bào)告。

我這里想表達(dá)的，是以小型SUV為首的車型，漸漸地引領(lǐng)著現(xiàn)時(shí)世界車壇的一種新變化，一種新潮流，就是今后的汽車設(shè)計(jì)會越來越年輕化、運(yùn)動化，這也是各位很明顯能看出來的。

我想今后隨著購車人群越來越年輕化的傾向，購車的首要條件，其實(shí)不是什么性能呀操控呀空間配備之類，我覺得他們的第一條件一定是顏值。顏值是個(gè)性化的第一表現(xiàn)，所以現(xiàn)在的汽車，都越來越像領(lǐng)克01那樣有大膽的突破，又與時(shí)代或者未來越來越契合。小型SUV很熱，也很適合、很容易設(shè)計(jì)成很漂亮的造型，在這個(gè)風(fēng)潮帶領(lǐng)下，今后的其他車種的設(shè)計(jì)，相信也一樣會走年輕化運(yùn)動化的道路。 ～嚴(yán)紹健endprint