高效發(fā)動機(jī)依舊大有可為

5月29日上午，在第五屆車用動力系統(tǒng)國際論壇的分會場，來自產(chǎn)學(xué)研等領(lǐng)域的專家、學(xué)者、行業(yè)人士共同熱議碳中性燃料及高效發(fā)動機(jī)的發(fā)展前景。近年來，電動化在汽車行業(yè)的快速發(fā)展，不可避免地影響了內(nèi)燃機(jī)在汽車領(lǐng)域的占比。不過，實(shí)現(xiàn)低碳、零碳發(fā)展要依靠多元化技術(shù)路線已在汽車業(yè)界達(dá)成共識，這亦讓高效發(fā)動機(jī)有了更廣闊的發(fā)展空間。

據(jù)中國內(nèi)燃機(jī)工業(yè)協(xié)會秘書長賈濱介紹，2024年國內(nèi)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)總體產(chǎn)量超過8000萬臺，總功率超29億千瓦。今年1~4月，國內(nèi)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)產(chǎn)量更是有了10%以上的增幅，總產(chǎn)值約6000億元。除汽車領(lǐng)域外，內(nèi)燃機(jī)在以工程、農(nóng)機(jī)、傳播、發(fā)電為代表的非道路領(lǐng)域依舊是主要動力形式。

國七標(biāo)準(zhǔn)將于明年末完成制修訂工作

國七排放標(biāo)準(zhǔn)的制定工作一直備受行業(yè)關(guān)注。在本次會議上，北京理工大學(xué)教授葛蘊(yùn)珊系統(tǒng)性介紹了國七排放標(biāo)準(zhǔn)的制定情況。國七排放標(biāo)準(zhǔn)的制定總體思路是構(gòu)建機(jī)動車污染物和溫室氣體協(xié)同控制標(biāo)準(zhǔn)體系，他表示，國七排放標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作將在2026年12月完成。

針對輕型車而言，將繼續(xù)加嚴(yán)對VOCs排放的控制，使整體排放強(qiáng)度下降50%以上；建立協(xié)同管控機(jī)制，并基于遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及傳感器技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)OBD的智慧化監(jiān)管。此外，將在單車達(dá)標(biāo)監(jiān)管模式基礎(chǔ)上，逐步引入車隊(duì)平均排放監(jiān)控，構(gòu)建起“車型+車隊(duì)”的互補(bǔ)長效減排機(jī)制。

葛蘊(yùn)珊介紹說，國七排放標(biāo)準(zhǔn)將強(qiáng)化真實(shí)環(huán)境下的排放管理，明確測試邊界和擴(kuò)展條件及管控項(xiàng)目，提升車輛在實(shí)際行駛中的排放控制技術(shù)和策略。國七排放標(biāo)準(zhǔn)與既有排放標(biāo)準(zhǔn)最大的不同，是提出了非尾氣細(xì)顆粒物及動力電池耐久性要求。目前，國七排放標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目組正在對制動顆粒排放、輪胎磨損細(xì)顆粒物的測試方法進(jìn)行評估，并研討新能源汽車動力電池耐久性要求。

葛蘊(yùn)珊指出，車企和供應(yīng)鏈企業(yè)應(yīng)注意汽油車型普遍存在的氨排放問題。數(shù)據(jù)顯示，國六標(biāo)準(zhǔn)汽油車在WLTC工況下，氨排放為0~8mg/km，RDE氨排放為0~7.5mg/km，部分HEV車型在虧電狀態(tài)下，存在較高的氨排放問題。溫室氣體排放除CO2外，甲烷和N2O排放也將成為控制對象，對低碳、零碳燃料的應(yīng)用有了新的排放要求。

多維度提升高效發(fā)動機(jī)性能

在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的過程中，發(fā)動機(jī)勢必要向更為高效、節(jié)能、環(huán)保的角度發(fā)展。會議上，多位學(xué)者、行業(yè)專家亦提出了針對提升發(fā)動機(jī)熱效率、降低燃料消耗量的前瞻性研究成果。

當(dāng)前，行業(yè)內(nèi)對發(fā)動機(jī)熱效率的“競賽”漸成趨勢。不過，同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院教授韓志玉對這一現(xiàn)象表達(dá)了不同觀點(diǎn)。他認(rèn)為，發(fā)動機(jī)熱效率固然重要，但不是體現(xiàn)發(fā)動機(jī)先進(jìn)性的惟一技術(shù)指標(biāo)。整車燃油經(jīng)濟(jì)性不僅受發(fā)動機(jī)熱效率影響，還關(guān)乎車重、風(fēng)阻、動力系統(tǒng)總效率和排放標(biāo)準(zhǔn)等諸多因素。他指出，由于量產(chǎn)發(fā)動機(jī)受到成本、耐久性、排放合規(guī)等方面的限制，其實(shí)際運(yùn)行中的熱效率低于開發(fā)階段的產(chǎn)品樣機(jī)。一些企業(yè)以產(chǎn)品樣機(jī)熱效率或?qū)嶒?yàn)室新技術(shù)探索數(shù)據(jù)進(jìn)行夸大宣傳，這一現(xiàn)象不利于行業(yè)良性發(fā)展，并將誤導(dǎo)消費(fèi)者。

在不斷提升發(fā)動機(jī)熱效率的過程中，爆震、NVH性能等方面的問題是工程技術(shù)人員始終要面對的。韓志玉分享了他在解決發(fā)動機(jī)爆震及提升燃油經(jīng)濟(jì)性方面的研究，通過采用基于火花塞光纖傳感器的發(fā)動機(jī)爆震檢測實(shí)驗(yàn)平臺，韓志玉及其團(tuán)隊(duì)精準(zhǔn)的找到了進(jìn)氣道噴射發(fā)動機(jī)和直噴發(fā)動機(jī)的爆震區(qū)域與特征。他提出，通過了采用靶向噴霧（TFI）抑制爆震的新概念，通過在點(diǎn)火前向容易發(fā)生爆震的燃燒室區(qū)域定向噴射少量燃油（或水等液體），有針對性地降低改區(qū)域局部混合氣的溫度和化學(xué)活性，從而抑制自燃進(jìn)程發(fā)展。

來自理想汽車增程系統(tǒng)部的高級總監(jiān)張貴強(qiáng)分享了增程系統(tǒng)NVH性能的開發(fā)理念與實(shí)踐。增程式電動車近段時(shí)間在市場上持續(xù)火熱，它與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動力汽車相比，在NVH方面擁有諸多新挑戰(zhàn)，包括但不限于駐車充電工況噪聲、啟停過程的沖擊及無發(fā)動機(jī)掩蔽聲的問題（油箱晃動噪聲）等。

張貴強(qiáng)認(rèn)為，開發(fā)理念不是打補(bǔ)丁，當(dāng)確立整車NHV目標(biāo)后，需要分解到不同的子系統(tǒng)進(jìn)行逐步攻克。他舉例稱，增程系統(tǒng)的NVH表現(xiàn)與多方面因素有關(guān)，例如缸體和曲軸選型，不同缸體形式在增程系統(tǒng)中的NVH表現(xiàn)有很大區(qū)別。此外，缸體重量亦會影響到增程系統(tǒng)NVH表現(xiàn)。

此外，在解決油箱噪聲問題方面，理想汽車創(chuàng)新性采用了光學(xué)攝影，通過制作透明油箱觀察燃料運(yùn)動特征，同時(shí)進(jìn)行油箱仿真計(jì)算，并結(jié)合臺架試驗(yàn)，用以驗(yàn)證產(chǎn)品研發(fā)是否達(dá)到了設(shè)計(jì)需求。

Lambda或許有更多可能

在目前的高效發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)中，全工況Lambda=1似乎已成為工程技術(shù)人員改善發(fā)動機(jī)排放、提升發(fā)動機(jī)效能的共識。在會議現(xiàn)場，來自上汽大眾和奇瑞汽車的工程師均提及了相關(guān)內(nèi)容。大眾第五代EA888發(fā)動機(jī)、奇瑞鯤鵬混合動力發(fā)動機(jī)均采用了全工況Lambda=1的設(shè)計(jì)。

不過，豐田汽車的前瞻性技術(shù)研究也提出了不同方案。豐田汽車環(huán)境能源技術(shù)戰(zhàn)略部部長殷蕾介紹了超稀燃發(fā)動機(jī)原型開發(fā)的概要，這是提升發(fā)動機(jī)熱效率，降低發(fā)動機(jī)污染物排放的全新方案。通過將Lambda值控制在2.5，并采用兩孔中置直噴噴油器進(jìn)行微量燃料助燃，可大幅降低發(fā)動機(jī)NOX排放量，可不加裝后處理裝置，熱效率接近50%。豐田汽車的前瞻性研究，為繼續(xù)研發(fā)高效發(fā)動機(jī)提供了全新思路。

中壓噴射氫內(nèi)燃機(jī)降碳效果顯著

降低二氧化碳排放是道路交通領(lǐng)域的努力方向。目前，汽車業(yè)界擁有多種替代燃料，以降低車輛二氧化碳排放。費(fèi)尼亞德爾福標(biāo)定經(jīng)理魏少華認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)近零排放，氫氣內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)路徑更為可行。

目前，費(fèi)尼亞德爾福產(chǎn)品聚焦于汽、柴油噴射與控制系統(tǒng)，同時(shí)積極布局未來燃料（如甲醇、乙醇、天然氣、氫氣）的零部件和控制系統(tǒng)開發(fā)。在氫氣內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，魏少華認(rèn)為，它作為近零二氧化碳排放方案，兼具內(nèi)燃機(jī)燃料加注快、耐受性高及可復(fù)用成熟產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢。費(fèi)尼亞德爾福重點(diǎn)發(fā)展中壓氫氣噴射技術(shù)并為此開發(fā)了專用控制器。

魏少華介紹稱，費(fèi)尼亞德爾福自2021年起持續(xù)投入氫氣內(nèi)燃機(jī)研發(fā)，覆蓋輕型車、非道路機(jī)械（如鏟車、挖掘機(jī)、發(fā)電機(jī)）及重型車領(lǐng)域。代表性項(xiàng)目包括：2024年量產(chǎn)的首個(gè)低壓噴射氫內(nèi)燃機(jī)非道路機(jī)械項(xiàng)目，目前正積極推進(jìn)輕型車中壓氫氣噴射項(xiàng)目，并參與勒芒氫內(nèi)燃機(jī)賽車項(xiàng)目。

在2021年啟動的輕型車中壓氫氣噴射演示項(xiàng)目中，費(fèi)尼亞德爾福定位于打造功率扭矩媲美柴油機(jī)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)近零排放的氫氣發(fā)動機(jī)。先后測試14臺發(fā)動機(jī)，進(jìn)行4代發(fā)動機(jī)迭代，在排放方面，實(shí)車碳?xì)洌℉C）和氮氧化物（NOx）排放降至個(gè)位數(shù)水平，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)低于歐Ⅶ標(biāo)準(zhǔn)的表現(xiàn)。此外，在費(fèi)尼亞德爾福的中壓氫氣內(nèi)燃機(jī)項(xiàng)目中，成功將二氧化碳排放控制在約1克/公里。

重視內(nèi)燃機(jī)在低空經(jīng)濟(jì)中的發(fā)展?jié)摿?/strong>