1時代在改變

汽車行業(yè)是一個在持續(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)，集成起動發(fā)電機(jī)，及出現(xiàn)的真實排放測試（RDE）循環(huán)。大眾集團(tuán)是第一個公開表明且證實其已經(jīng)小型化最新發(fā)動機(jī)產(chǎn)品線的汽車制造商。作為世界上最大的汽車制造商，大眾這一舉措會推動整個行業(yè)的小型化趨勢。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。大眾只是不會再開發(fā)低于1.0 L的3缸發(fā)動機(jī)或者低于1.5 L的4缸發(fā)動機(jī)。如新一代的Polo將搭載一款小型4缸發(fā)動機(jī)，不是一款3缸發(fā)動機(jī)。

但是當(dāng)大眾開啟發(fā)動機(jī)小型化產(chǎn)品線時，梅賽德斯-奔馳和寶馬實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)計包含渦輪增壓、可變氣門正時/可變氣門升程和燃油直接噴射等。比起小型化，奔馳更偏好市場定型化，探索不同的方式去減小新歐洲行駛循環(huán)（NEDC）測試值，以達(dá)到滿足市場要求的最佳產(chǎn)品。產(chǎn)品定型于MAF前輪驅(qū)動平臺，該平臺是目前應(yīng)用最廣泛的，該機(jī)型源于雷諾4缸發(fā)動機(jī)，并將發(fā)動機(jī)排量減小到1.6 L?；?.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)動機(jī)的傳統(tǒng)設(shè)計。這樣的直列設(shè)計，甚至可以將AMG V8發(fā)動機(jī)從6.2 L自然吸氣大排量變動到5.5 L渦輪增壓的強(qiáng)勁動力，目前8缸的渦輪增壓發(fā)動機(jī)排量僅有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)動機(jī)的工作效率。追溯小型化發(fā)動機(jī)的歷史，日本Kei汽車保持小型發(fā)動機(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)動機(jī)之前，大眾和Smart就已搭載自主研發(fā)的3缸發(fā)動機(jī)，另外小型化發(fā)動機(jī)的代表福特1.0 L的 EcoBoost發(fā)動機(jī)開啟了小排量、低污染的技術(shù)。

2小型發(fā)動機(jī)的適用范圍

在隨后的一波小型發(fā)動機(jī)的浪潮中，許多小型發(fā)動機(jī)開始出現(xiàn)在大排量汽車上，以降低試驗室中NEDC測試的油耗和排放數(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)動旗下大型SUV車型。這么多類型的小型發(fā)動機(jī)，由于其動力表現(xiàn)良好，因此對于驅(qū)動輕型汽車來說認(rèn)可度很高。菲亞特TwinAir贏得了2011年度國際發(fā)動機(jī)大獎頭銜，福特1.0 L 3缸發(fā)動機(jī)自其發(fā)布后連續(xù)3年贏得國際最佳發(fā)動機(jī)大獎。在2015年，這個最佳大獎由寶馬高性能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)動機(jī)的開發(fā)和優(yōu)化上。

3面臨的現(xiàn)實難題

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

除了小型化發(fā)動機(jī)，基于英國試驗顯示，最佳真實燃油經(jīng)濟(jì)性來自1.0 L到2.0 L排量的發(fā)動機(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)動機(jī)真實燃油經(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。實際上，3.0 L到4.0 L發(fā)動機(jī)的真實工況油耗（百公里油耗6.59 L）甚至達(dá)到了小型發(fā)動機(jī)反饋的數(shù)據(jù)。同時，小型發(fā)動機(jī)的油耗非常高，超過5.0 L排量的發(fā)動機(jī)比小型發(fā)動機(jī)NEDC循環(huán)油耗低1 %。當(dāng)發(fā)動機(jī)排量增加時，報道的NEDC工況和RDE工況油耗值差距趨于縮小，但對于1.0 L排量以下的車型，偏差達(dá)到了36 %，這一數(shù)據(jù)可以說會對汽車市場的表現(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EA211 EVO，其將最終替代現(xiàn)有的、低成本的1.4 L發(fā)動機(jī)。之前傳聞?wù)f要開發(fā)的一臺1.5 L 增壓柴油機(jī)的項目已不再進(jìn)行，并且大眾宣稱將繼搭載Golf Mk8后，不會再繼續(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，渦輪增壓發(fā)動機(jī)的氣缸能夠按需轉(zhuǎn)變成兩缸發(fā)動機(jī)，在Eco版本中，發(fā)動機(jī)會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，其真實的油耗和排放數(shù)據(jù)與大眾在實驗室測試的結(jié)果很相近。大眾開發(fā)這款發(fā)動機(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)動機(jī)在加速時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)動機(jī)在工作過程中振動劇烈，其振動強(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)動機(jī)未必節(jié)油。小型化對排放有一些負(fù)面影響，利用小型發(fā)動機(jī)來驅(qū)動一臺大型汽車時，需要渦輪在起動狀態(tài)時就一直保持運(yùn)轉(zhuǎn)。Emissions Analytics一項研究總結(jié)到，發(fā)動機(jī)越小，油耗增加越大。因為NEDC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)。但是在實際的路段駕駛情況中，要保證汽車的加速性能時，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)動機(jī)是奔馳設(shè)計的第一款搭載混合動力系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)，配有集成起動發(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測試工況值與理想工況值相差甚遠(yuǎn)。試驗室數(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，行駛速度也相對較低，所以能夠獲得更好的空氣動力學(xué)。除了NEDC工況，美國、加拿大和日本都有自己的測試工況，中國則采用NEDC工況測試，并且還增加了更多的程序。

5力求真實數(shù)據(jù)的測試循環(huán)

根據(jù)Emissions Analytics的分析，美國環(huán)境保護(hù)署EPA的5個測試循環(huán)比NEDC工況更真實。對進(jìn)行美國循環(huán)測試的1.0 L到2.0 L排量的汽車，其真實百公里油耗為6.96 L，比公布的油耗低出2 %。對于2.0 L到3.0 L排量的汽車，其真實百公里油耗8.34 L，比公告的油耗僅高出1 %。實際上，美國朝小型化發(fā)動機(jī)發(fā)展的趨勢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)測試車輛。嚴(yán)格的EPA試驗?zāi)壳斑€沒有對小型化發(fā)動機(jī)和相應(yīng)的輕量化做出限制和要求。

目前為了接近真實的燃油經(jīng)濟(jì)型數(shù)值，大眾已經(jīng)對所有NEDC測試偏差進(jìn)行了修正并給出了更加真實的數(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)計會在2年后開始量產(chǎn)。由于使用的測試工況公差很小，所以會有略高的CO2值，想要實現(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)值將是更為真實的數(shù)據(jù)。