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日企挑起燃效“新军备竞赛”

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2018-09-25 16:13:17

丰田再次刷新了由自己保持的燃效世界纪录。但日本企业并未因此在市场上取得压倒性的优势,问题出在哪里呢?

在新能源汽车正在逐步侵蚀传统动力汽车的市场领地的时候,大家都在怀疑,内燃机是否还有未来,或者还有多远的未来。进而产生新的疑问,是否还值得向传统发动机研发投入资源。

但日本企业不这么想。他们对提高燃效有着近乎痴迷的执着。长期以来,丰田、本田、马自达等日本企业锱铢必较地将汽油机燃效提高到接近40%。而且,这是在量产车上达到的水平。

日企并不满足于此,他们不断向新高度发起冲击,不断巩固在发动机效能上的优势。

丰田是其中的领军企业。该公司发动机先行设计部部长友田晃利称,丰田已经研制出热效率高达50%的发动机。丰田再次刷新了由自己保持的燃效世界纪录。这意味着燃烧的一半能量转化为动力,具有划时代的意义。

但这不是竞争的终结,日本企业并未因此在市场上取得压倒性的优势,问题出在哪里呢?

涡轮增压的纠结

在燃效上,统治地球的是日本企业,这一点毫无疑问,美国市场上燃效排名最高的10款量产车,全部来自日本品牌。但不是所有国家和地区的消费者,都将燃效作为至高无上的考量。这和日本企业所想的“燃效至上论”,是有距离的。

众所周知,发动机配备涡轮增压的目的就是降低排量。不追求最大输出功率,但追求宽范围的最大扭矩,改善了城市路况下的驾驶体验。市场接受程度越来越广。在环保“指挥棒”的压力下,我们看到了越来越多的小型涡轮增压发动机。

减少排量可以缩小缸径和冲程、降低活塞和气缸摩擦面积,整体上提高了燃效。发动机小型化拥有太多好处(诸如节省发动机舱空间、更容易平衡重量等),欧美车企研发涡轮增压发动机的热情日益高涨,而日企这边,前几年有点冷淡。

有一段时间,丰田将混合动力的市场统治力绝对化了。以致于所有燃效没希望超过混动的研发项目,都无法在内部获批。海外企业的头头们纷纷向总部汇报说,市场对涡轮增压的反响如何如何好。丰田高层则固执地认为,“还不是因为混合动力我们占了优势,他们没法子的选择而已”。

实际上,日企低估了涡轮增压对燃效的提升幅度。法国人声称他们的燃效提升了近25%(他们的自吸燃效不提也罢)。博世的调查表明,涡轮增压仍有上升空间,可能提高到29%。

当然,无敌的混动可以提升100%,但是,混动在新兴市场遭遇了尴尬。原因在于,涡轮增压车型与自吸车型重量和价格上相差甚小,而混动则因增加了电池和电动机,增重100千克,价格则至少要贵一个级别(比如A级混动车价格往往超过B级车)。在没有补贴的情况下,混动无法跟涡轮增压竞争。

丰田花了几年时间终于领悟到,涡轮增压不是临时策略。日本人向市场妥协的程度不太彻底,丰田虽然很快发布了好几款涡轮增压发动机版本的车型,但混动作为产品重心的做法没有改变。雷克萨斯车系中,中低端涡轮增压,高端混动,大排量纯自吸几乎出局。

新三板斧

虽然在涡轮增压的问题上,日本人很执拗(哪一件不是呢),但日本企业仍然是推动汽油机技术发展的重要力量。友田晃利去年已经代表丰田给出了燃效提升路线图:“稀薄燃烧”、“可变压缩比”、“燃料改质”三项技术。丰田声称,通过这些技术,已经使最高热效率“快速达到50%”。

其中油水最大的莫过于“稀燃”。简单说就是在燃烧室中增加空气份额,但这样一来,燃烧速度将变慢(车辆表现为动力不足)。因此,必须配合加快燃烧速度的技术。

无论提高压缩比、分层燃烧,还是高能点火技术,都是日本企业走在前面。这三者都是稀燃技术实现的关键。

丰田牵头、所有日本车企参加,曾在前年成立了名为“汽车内燃机研究协会”的机构。现在回头看,他们不仅仅对小排量涡轮增压抱有危机感,而是野心勃勃地企图从根本上破解在燃效和动力上的困境,依靠将内燃机燃烧效率提升到对手无法企及的位置上,达到压制对手的目的。

虽然协会声称只进行基础研究的合作,但是丰田的稀燃技术、马自达超高压缩比(二代“创驰蓝天”)都与这个合作框架密切相关。

在一代创驰发动机中,马自达通过对进排气门开闭时间的控制,实现了奥托(高负载工况)和米勒(常规工况)两种循环间切换。而二代技术中,增加了低转速下的HCCI(压燃)技术,降低了油耗。

而实现电动VVT系统的,则选自电装(DENSO)产品。马自达在与丰田签署战略合作之后,电装与马自达在发动机上达成了进一步合作。

而燃料改质方面,日企没有取得统一意见。日产着眼于汽油燃料改质,丰田和本田发展乙醇改质,乙醇燃料在北美和巴西广泛使用。

当然,这项技术必须使用尚未投入实用的HCCI,实现的难度比较高。但提升燃效性能的效果极佳。实际上,压燃(HCCI)技术还未能攻克可燃区域狭窄的问题,高负载下,将发生异常燃烧,这就回到了马自达的可变压缩比技术。

因此,单纯从技术上,日企只有不藏私心,拿出技术共享,才有可能实现超高燃效(50%)。丰田的宣言,必须建立在日企合作基础上。这也是为什么日企喜欢在技术上成立各种联盟的理由。日企希望以此寻找到压制西方对手的长期途径。

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