1時(shí)代在改變

汽車行業(yè)是一個(gè)在持續(xù)不斷地進(jìn)化的行業(yè)，隨著技術(shù)的發(fā)展和形勢(shì)的變化，電氣化發(fā)展已成主流。在全球陸續(xù)發(fā)布的汽車產(chǎn)品中，公眾已經(jīng)不再過多討論發(fā)動(dòng)機(jī)小型化，而是越來越多地開始關(guān)注所需求的氣缸數(shù)、電氣化、48V系統(tǒng)，集成起動(dòng)發(fā)電機(jī)，及出現(xiàn)的真實(shí)排放測(cè)試（RDE）循環(huán)。大眾集團(tuán)是第一個(gè)公開表明且證實(shí)其已經(jīng)小型化最新發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品線的汽車制造商。作為世界上最大的汽車制造商，大眾這一舉措會(huì)推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的小型化趨勢(shì)。大眾集團(tuán)開發(fā)總監(jiān)Frank Welsch博士透露，大眾目前現(xiàn)在所進(jìn)行的項(xiàng)目并沒有過度小型化，所有的產(chǎn)品已在規(guī)劃內(nèi)進(jìn)行開發(fā)。一些人認(rèn)為是定型化，但也不是很正確。大眾只是不會(huì)再開發(fā)低于1.0 L的3缸發(fā)動(dòng)機(jī)或者低于1.5 L的4缸發(fā)動(dòng)機(jī)。如新一代的Polo將搭載一款小型4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，不是一款3缸發(fā)動(dòng)機(jī)。

但是當(dāng)大眾開啟發(fā)動(dòng)機(jī)小型化產(chǎn)品線時(shí)，梅賽德斯-奔馳和寶馬實(shí)際上也有同樣的小型化開發(fā)，模塊化、直列布置，例如圍繞0.5 L單缸排量進(jìn)行模塊化布置，高成本設(shè)計(jì)包含渦輪增壓、可變氣門正時(shí)/可變氣門升程和燃油直接噴射等。比起小型化，奔馳更偏好市場(chǎng)定型化，探索不同的方式去減小新歐洲行駛循環(huán)（NEDC）測(cè)試值，以達(dá)到滿足市場(chǎng)要求的最佳產(chǎn)品。產(chǎn)品定型于MAF前輪驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，該平臺(tái)是目前應(yīng)用最廣泛的，該機(jī)型源于雷諾4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，并將發(fā)動(dòng)機(jī)排量減小到1.6 L。基于0.5 L單缸排量，共有零件的模塊化方案將替代直列汽油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。這樣的直列設(shè)計(jì)，甚至可以將AMG V8發(fā)動(dòng)機(jī)從6.2 L自然吸氣大排量變動(dòng)到5.5 L渦輪增壓的強(qiáng)勁動(dòng)力，目前8缸的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)排量?jī)H有4.0 L。

除了削減氣缸數(shù)量，基于先前的改善和成果，還有更多智能化的解決辦法。如，新V8雙渦輪汽油發(fā)動(dòng)機(jī)M176使用停缸技術(shù)，在部分負(fù)荷下可以工作直到極限轉(zhuǎn)速3 600 r/min，因此這是一款非常高效的發(fā)動(dòng)機(jī)，氣缸數(shù)能夠在2、3、5、8之間進(jìn)行無縫切換，極大改善了V8發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。追溯小型化發(fā)動(dòng)機(jī)的歷史，日本Kei汽車保持小型發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)已有幾十年之久，早在寶馬采用1.5 L B37和B38汽油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之前，大眾和Smart就已搭載自主研發(fā)的3缸發(fā)動(dòng)機(jī)，另外小型化發(fā)動(dòng)機(jī)的代表福特1.0 L的 EcoBoost發(fā)動(dòng)機(jī)開啟了小排量、低污染的技術(shù)。

2小型發(fā)動(dòng)機(jī)的適用范圍

在隨后的一波小型發(fā)動(dòng)機(jī)的浪潮中，許多小型發(fā)動(dòng)機(jī)開始出現(xiàn)在大排量汽車上，以降低試驗(yàn)室中NEDC測(cè)試的油耗和排放數(shù)據(jù)。福特EcoBoost搭載于不同的車型，包括大型C-Max和蒙迪歐。寶馬開發(fā)的模塊化1.5 L 3缸機(jī)搭載過幾乎所有車型，從Mini Cooper到Countryman。菲亞特TwinAir兩缸機(jī)首次搭載Alfa Romeo MiTo掀背車，其為菲亞特克萊斯勒頂尖運(yùn)動(dòng)品牌。歐寶的1.0 L 3缸機(jī)搭載Adam、Corsa和Astra，雷諾將其0.9 L排量發(fā)動(dòng)機(jī)搭載到Captur和Clio上。

沃爾沃已經(jīng)全面推行2.0 L 4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，甚至以機(jī)械增壓和渦輪增壓型式應(yīng)用在大型SUV XC90上。凱迪拉克大型豪華轎車CT6選擇搭載了2.0 L 4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，來自奔馳和寶馬的小型4缸柴油機(jī)則被選擇用于驅(qū)動(dòng)旗下大型SUV車型。這么多類型的小型發(fā)動(dòng)機(jī)，由于其動(dòng)力表現(xiàn)良好，因此對(duì)于驅(qū)動(dòng)輕型汽車來說認(rèn)可度很高。菲亞特TwinAir贏得了2011年度國(guó)際發(fā)動(dòng)機(jī)大獎(jiǎng)?lì)^銜，福特1.0 L 3缸發(fā)動(dòng)機(jī)自其發(fā)布后連續(xù)3年贏得國(guó)際最佳發(fā)動(dòng)機(jī)大獎(jiǎng)。在2015年，這個(gè)最佳大獎(jiǎng)由寶馬高性能3缸機(jī)獲得，投資和資源的分配額都主要花費(fèi)在小型發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)和優(yōu)化上。

3面臨的現(xiàn)實(shí)難題

但是采用小型發(fā)動(dòng)機(jī)來代替大排量發(fā)動(dòng)機(jī)工作的方式有一個(gè)弱點(diǎn)：RDE工況的表現(xiàn)。在試驗(yàn)室測(cè)試出小型發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)沒有在RDE工況中得以延續(xù)，特別是在歐洲測(cè)試循環(huán)中。來自Emissions Analytics公司的EQUA真實(shí)排放測(cè)試指數(shù)表明在小型化發(fā)動(dòng)機(jī)中，NEDC循環(huán)與真實(shí)油耗之間偏差巨大。在EQUA測(cè)試中具有最高比例偏差的10臺(tái)機(jī)型都使用了小型化發(fā)動(dòng)機(jī)，包括菲亞特和阿爾法羅密歐TwinAir，一臺(tái)具有0.6 L精準(zhǔn)排量的3缸渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。Emissions Analytics對(duì)超過500臺(tái)汽車進(jìn)行了真實(shí)工作測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，到目前為止，對(duì)公布的油耗值最大偏差都來自排量1.0 L以下的發(fā)動(dòng)機(jī)。

除了小型化發(fā)動(dòng)機(jī)，基于英國(guó)試驗(yàn)顯示，最佳真實(shí)燃油經(jīng)濟(jì)性來自1.0 L到2.0 L排量的發(fā)動(dòng)機(jī)（百公里油耗5.04 L）。令人驚訝的是甚至2.0 L到3.0 L排量范圍的發(fā)動(dòng)機(jī)真實(shí)燃油經(jīng)濟(jì)性（百公里油耗5.23 L）比1.0 L以下（百公里油耗6.09 L）更好。實(shí)際上，3.0 L到4.0 L發(fā)動(dòng)機(jī)的真實(shí)工況油耗（百公里油耗6.59 L）甚至達(dá)到了小型發(fā)動(dòng)機(jī)反饋的數(shù)據(jù)。同時(shí)，小型發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗非常高，超過5.0 L排量的發(fā)動(dòng)機(jī)比小型發(fā)動(dòng)機(jī)NEDC循環(huán)油耗低1 %。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排量增加時(shí)，報(bào)道的NEDC工況和RDE工況油耗值差距趨于縮小，但對(duì)于1.0 L排量以下的車型，偏差達(dá)到了36 %，這一數(shù)據(jù)可以說會(huì)對(duì)汽車市場(chǎng)的表現(xiàn)帶來沖擊。

大眾已經(jīng)開發(fā)了一款1.5 L直列4缸汽油機(jī)，代號(hào)EA211 EVO，其將最終替代現(xiàn)有的、低成本的1.4 L發(fā)動(dòng)機(jī)。之前傳聞?wù)f要開發(fā)的一臺(tái)1.5 L 增壓柴油機(jī)的項(xiàng)目已不再進(jìn)行，并且大眾宣稱將繼搭載Golf Mk8后，不會(huì)再繼續(xù)開發(fā)1.6 L排量以下的柴油機(jī)。EA211 EVO目前正在深度開發(fā)中，當(dāng)扭矩需求較低時(shí)，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸能夠按需轉(zhuǎn)變成兩缸發(fā)動(dòng)機(jī)，在Eco版本中，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)停止噴射燃油形成空氣泵，因而可以不用任何燃油進(jìn)入滑行狀態(tài)。在開發(fā)過程中，其真實(shí)的油耗和排放數(shù)據(jù)與大眾在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的結(jié)果很相近。大眾開發(fā)這款發(fā)動(dòng)機(jī)的重點(diǎn)是要減小在NEDC工況數(shù)值上存在的偏差，解決所有小型化發(fā)動(dòng)機(jī)在加速時(shí)排放和油耗失效的影響因素。

4尋求解決方案

小型化渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中振動(dòng)劇烈，其振動(dòng)強(qiáng)度與大型非渦輪電機(jī)一樣，但是后者需要花費(fèi)更多的成本進(jìn)行改進(jìn)。在某些工況下，通過渦輪增壓的小型化發(fā)動(dòng)機(jī)未必節(jié)油。小型化對(duì)排放有一些負(fù)面影響，利用小型發(fā)動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)一臺(tái)大型汽車時(shí)，需要渦輪在起動(dòng)狀態(tài)時(shí)就一直保持運(yùn)轉(zhuǎn)。Emissions Analytics一項(xiàng)研究總結(jié)到，發(fā)動(dòng)機(jī)越小，油耗增加越大。因?yàn)镹EDC工況中的加速階段很少，大部分是在勻速階段下，其小型發(fā)動(dòng)機(jī)的排放表現(xiàn)良好，并呈現(xiàn)出低油耗結(jié)構(gòu)。但是在實(shí)際的路段駕駛情況中，要保證汽車的加速性能時(shí)，油耗將必然增大。

從梅賽德斯奔馳引入電氣化開發(fā)起，新的M256直列6缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是奔馳設(shè)計(jì)的第一款搭載混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，配有集成起動(dòng)發(fā)電一體機(jī)，裝備48 V電氣化系統(tǒng)，也將在下一代4缸發(fā)動(dòng)機(jī)上采用。電氣化系統(tǒng)將減輕渦輪增壓器的負(fù)荷，并產(chǎn)生很好的燃油經(jīng)濟(jì)性。但根據(jù)Emissions Analytics的數(shù)據(jù)顯示，其公布的數(shù)據(jù)顯示NEDC測(cè)試工況值與理想工況值相差甚遠(yuǎn)。試驗(yàn)室數(shù)值和RDE工況的數(shù)值有很大的偏差，NEDC工況的加速相當(dāng)輕柔，行駛速度也相對(duì)較低，所以能夠獲得更好的空氣動(dòng)力學(xué)。除了NEDC工況，美國(guó)、加拿大和日本都有自己的測(cè)試工況，中國(guó)則采用NEDC工況測(cè)試，并且還增加了更多的程序。

5力求真實(shí)數(shù)據(jù)的測(cè)試循環(huán)

根據(jù)Emissions Analytics的分析，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署EPA的5個(gè)測(cè)試循環(huán)比NEDC工況更真實(shí)。對(duì)進(jìn)行美國(guó)循環(huán)測(cè)試的1.0 L到2.0 L排量的汽車，其真實(shí)百公里油耗為6.96 L，比公布的油耗低出2 %。對(duì)于2.0 L到3.0 L排量的汽車，其真實(shí)百公里油耗8.34 L，比公告的油耗僅高出1 %。實(shí)際上，美國(guó)朝小型化發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)處于比歐洲更早的階段，但是到目前為止，還沒有在1.0 L排量以下的范圍內(nèi)測(cè)試車輛。嚴(yán)格的EPA試驗(yàn)?zāi)壳斑€沒有對(duì)小型化發(fā)動(dòng)機(jī)和相應(yīng)的輕量化做出限制和要求。

目前為了接近真實(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)型數(shù)值，大眾已經(jīng)對(duì)所有NEDC測(cè)試偏差進(jìn)行了修正并給出了更加真實(shí)的數(shù)據(jù)。例如大眾旗下的Golf Mk7搭載的一款1.6 L 增壓直噴柴油機(jī)，CO2排放值為87 g/km。雖然大眾目前并沒有公布更多數(shù)據(jù)，但在其下一代2.0 L EA888增壓柴油機(jī)應(yīng)具有低于90 g/Km的CO2排放。EA 288 EVO的CO2排放將大大減少，預(yù)計(jì)會(huì)在2年后開始量產(chǎn)。由于使用的測(cè)試工況公差很小，所以會(huì)有略高的CO2值，想要實(shí)現(xiàn)低于80 g/km的燃油耗目標(biāo)目前還是非常困難。新一代的發(fā)動(dòng)機(jī)CO2排放能降低7~8 g，達(dá)到89 g的目標(biāo)值將是更為真實(shí)的數(shù)據(jù)。