近期中外车企相继重启燃料发动机研发,使得一度“濒危”的传统内燃机,在智能电动汽车时代又迎来了新的春天。那么,电动化时代的新型内燃机,到底如何定义?国际汽车工程师学会会士委员会委员、同济大学汽车学院教授韩志玉表示:“在汽车能源变革和智能化应用的大背景下,内燃机需要拥抱新能源,这里说的不止是电,也包括新的零碳能源。汽车内燃机不会死亡,但将再生;不但不会消亡,还会进一步发扬光大。”
欧美汽车制造商开始重新关注新型燃料内燃机的研发。近日,欧盟修订的《2035年欧洲新售燃油轿车和小货车零排放协议》中规定,2035年后欧盟国家除纯电新能源汽车外还可销售添加eFuels合成燃料的新车。此举意味着2035年后,欧洲车企可以通过使用这种新型的合成燃料来继续销售内燃机汽车。eFuels是指一种将水电解生成氢后,与二氧化碳通过催化反应合成的一种液体碳氢链燃料,可像汽油和柴油一样燃烧,但能大幅减少碳排放量。
保时捷曾向智利高度创新燃料公司(HIF Global LLC)投资7500万美元,这家公司高度关注并持股世界上多个eFuels 燃料生产设施开发商,曾在智利彭塔阿雷纳斯兴建“Haru Oni”eFuels 试点项目工厂。这一项目由保时捷发起,西门子能源和埃克森美孚公司等加盟,致力于利用风能从氢与二氧化碳中产生eFuels。
无独有偶,全球排名第四的汽车制造商Stellantis(斯泰兰蒂斯)投入60亿美元用于研发新一代燃油发动机,这种发动机使用eFuels作为燃料。Stellantis将这笔巨资用于在巴西的汽车产业中心发展这项新技术,因为南美是其汽车销售的重要市场。2023年,公司在南美的汽车销量超过87万辆,占到了整个市场的23.5%。
与此同时,不只是Stellantis在重启燃料发动机研发,奔驰CEO在股东大会上宣布,由于公司的电动车销量未达预期,奔驰将放弃2030年全面电动化的目标。同时,奔驰正在积极研发全新的内燃机,突破口只能是研发使用合成燃料的发动机和车型,并计划在2027年推出相关车型。当然,奔驰继续研发内燃机有其自身原因:2023年奔驰在欧洲地区的电动车销量占比只有11%,即使加上混动也只有19%,奔驰的基本盘依旧是燃油车。
此外,大众已经放弃在其最大的汽车工厂——沃尔夫斯堡工厂量产ID.3的计划,一个重要的原因是欧洲电动车的需求非常低迷。去年11月底,尽管宝马宣布将不再在德国生产内燃机,这被预测为宝马加速电动化的迹象,但宝马在其他地区的工厂仍将继续生产内燃机。
这些迹象表明,欧洲车企仍将燃油车视为其主要的利润来源。到2024年初,欧美因电动车的销量和利润远未达到预期而集体暂缓全面电动化,这主要是因为新能源汽车部门和传统汽车部门,除了特斯拉之外,基本上都处于亏损状态。总体而言,欧洲车企集体再次转向内燃机的主要原因是,燃油车是他们维持盈利的基本保障。
日本车企在小型化、轻量化方面一直走在世界前列,特别是在小排量涡轮增压技术上取得了显著的进展。这种技术通过在较小排量的发动机上应用涡轮增压,提高进气压力,从而增加发动机的功率和扭矩输出。这样既能够满足汽车的动力需求,又能够实现节能减排。以本田雅阁260TURBO为例,这款1.5T发动机最大功率为143kW,最大扭矩区间在1600到5000rpm,最大扭矩的转速区间非常宽。此外,日本车企还注重提高发动机的燃烧效率,马自达创驰蓝天发动机的热效率已经达到了42%,并且已应用到实际车型上。马自达还推出了新概念发动机Skyactiv-G,该发动机的热效率更是达到了57%,通过采用高压共轨直喷技术、优化燃烧室结构等手段,降低油耗和排放。
近日,日本丰田、马自达和斯巴鲁三家车企举办“多路径技术说明会”,宣布将联手共同研发下一代内燃机,目标不仅仅是提高内燃机个体的性能,更以结合电驱动单元为前提,力求实现内燃机和电驱动单元在各自的优势领域发挥最佳功能。在全球汽车产业快速向电气化转型的背景下,三家公司一致认为,将内燃机与电动化设备结合起来,追求多路径发展,才是未来汽车发展的正确趋势。三家公司将合作开发代表各自品牌的内燃机,并非开发三家公司都使用的通用内燃机。如丰田正在准备新的直列四缸内燃机,马自达正在开发转子内燃机,斯巴鲁的目标是改进水平对置内燃机。
作为日系头部车企之一,丰田一直以多路径推进碳中和。对于此次合作,丰田方面表示,要通过新型内燃机,力争实现与电机、电池等电驱动单元的最佳组合,并且实现内燃机的碳中和。这款新型内燃机会是小排量直列4缸内燃机,会是一款立志贡献碳中和的内燃机,而不是简单地追求热效率。从技术层面看,新型内燃机以结合电驱动单元为前提,结构会更加合理化、小型化,将搭载在混合动力、插电式混合动力等电动化车型上。
马自达宣布继续其小型轻量化转子发动机的开发,并计划将其与生物燃料等多种燃料结合使用,以实现更广泛的燃料兼容性。马自达认为,电动化转型是渐进的,当下过渡阶段是推出有助于碳中和的发动机,通过充分推进内燃机和电动化设备的组合,以及包括碳中性燃料在内的措施能降低CO2的总排放量;将继续优化其转子发动机,以适应碳中和燃料,并提供多样化的环保选择。
斯巴鲁也表示,将从“灵活性”和“可扩展性”来应对产业大变革,采取灵活多样的应对措施,以实现碳中和的汽车社会。
车企要实现“碳中和”,除了积极投入纯电动车研发外,也需要充分挖掘内燃机的潜力。作为跨国车企,丰田、马自达、斯巴鲁考虑整个产业链的平衡发展,联合开发下一代内燃机,是新时代下非常务实的路径选择。不过,日企要想在新能源主导的未来市场中凭借新一代内燃机取得成功,依然面临着巨大挑战。
在国内,诸多车企也在逆势持续研发内燃机。近日,比亚迪发布了第五代DM混动技术,其核心技术亮点在于一款热效率高达46.06%的内燃机,百公里亏电油耗2.9L,综合续航里程达到2100公里。其实,目前市面上多款混动内燃机的热效率都能超过40%,例如长城Hi4混动系统的热效率为41.5%、奇瑞的鲲鹏超能混动达44.5%、长安汽车的蓝鲸2.0T也达44.28%、广汽传祺2.0ATK内燃机为42.1%。
另外,更有热效率超过46%但尚未量产的内燃机在研发。长安汽车新动力研究院总经理邓伟曾提到,长安目前实现量产的热效率是44.28%,但储备的热效率可以达到惊人的47.03%。东风汽车集团有限公司表示,东风目前开发中的内燃机热效率已突破47%并即将量产,预计2026年将突破48%。
热效率突破50%的新技术预研也已开始。广汽集团公众号日前发布消息称,可搭载整车的多缸机有效热效率超过46%,并向50%有效热效率持续迈进。
国内企业内燃机热效率的不断突破,这一方面说明中国车企对内燃机热效率的重视程度越来越高;另一方面也体现出自主品牌内燃机性能参数越来越有竞争力,研发和创新能力进入了一个新的发展阶段。
混合动力(HEV、PHEV)被认为是汽车从传统燃油车向纯电动汽车的过渡,然而这个过渡产品现在已经成为了时代宠儿。统计数据显示,2023年,我国纯电动汽车销量达到668.5万辆,同比增长24.6%;插电式混合动力汽车(PHEV)销量达到280.4万辆,同比增长84.7%。今年1-4月,插混车型销量同比增长达84.5%,同样远高于纯电动车型同期12.8%的增速。发展势头迅猛的插混车型正成为我国新能源汽车市场的主要增长点。
技术层面,纯电动汽车存在的里程焦虑问题,恰恰是混合动力车型的优势。因此车企宣传自己的内燃机热效率高、百公里油耗低、综合续驶里程长就成了题中之义:
一是随着电气化动力总成系统在新车销售的市场份额快速攀升,企业对内燃机有效热效率关注度越来越高,这既是提高内燃机竞争力的需求,也是电气化让内燃机效率优化的自由度获得充分释放。新能源汽车时代反而可以更好地发挥内燃机最大的价值,因而从目前来看,传统内燃机在接下来很长一段时间内都会比我们想象中更重要。
二是新能源汽车“突飞猛进”让许多人认为内燃机的核心技术仍然掌握在主要汽车强国手中,但事实上,中国汽车自主品牌“换道赛跑”并未放弃内燃机动力总成的技术攻坚,包括涡轮增压、缸内直喷、分层燃烧、可变气门正时、可变压缩比等。数十年来,这些核心技术虽然还在不断优化,但并未出现新的颠覆性技术,这给了自主品牌追赶的机会。
中国品牌勇于在曾经被视为弱势的内燃机领域发力,这是一个好的开始,表明各车企敢于攻克难题,即便电动化已成为大势所趋,但它们并没有懈怠传统动力的研发,甚至巧借电动化之“东风”,令自研内燃机在各项参数上更具竞争优势。从目前已装车的动力系统来看,已获得不少的好评,走出了中国特色,这对于动力多元化的战略意义和提升中国汽车产业发展的作用将是非常巨大的。