動力系統,是一款策劃最有技術含量的部分。汽車歷史上的每個關鍵節點,都離不開那些劃時代的動力系統技術。
現在,汽車行業正處於由傳統內燃機向電動化技術轉型的新節點上,過去的十年(2010-2020)則是轉型前的醞釀期,汽車動力技術的發展必然有著諸多看點。對此,我們對比了近十年的“沃德十佳發動機”評選,來看看都有哪些顯著的進步。
▲十年內,發動機技術發生了哪些改變?
美國人評的“沃德十佳”,有參考價值嗎?要對比發動機在近十年的發展,離不開那個為人熟知的榜單——沃德十佳發動機。其在世界範圍內影響之大已無需多言。然而,我們應該以一種求同存異的態度去看待這個評選。
之所以“求同”,因為畢竟榜單裡的大部分車型都有在中國售賣,而且中美兩國消費者的喜好也有很大多重疊,例如都喜歡大車和SUV。而且“沃德”評選還有一條限制規則:入選車型售價必須低於6萬美元(約42萬人民幣),這進一步增加了其代表性和廣泛性。
▲中美兩國汽車市場有很大相似度,不少車企都推出了針對中美市場的車型,例如豐田HIGHLANDER和福斯Teramont。
而“存異”之處則在於美國市場的獨特性。像皮卡、全尺寸SUV等車型都是美國市場的“特產”,因此每年“沃德”評選都少不了一些美式大排量發動機,這對於中國市場參考性還真不大。同樣,小排量發動機尤其是三缸機型在美國市場並不受歡迎,所以在榜單中也較少出現。
▲皮卡和全尺寸SUV受美國消費者偏愛,因此“沃德”評選中少不了大排量自吸發動機,但對於中國市場而言參考價值不大。
於是,我們以“國際年度發動機”榜單作為輔助參考。這是由英國媒體創辦的發動機評選,“口味”偏向歐系車,入選發動機多為小排量機型以及德系豪華品牌動力系統,這同樣符合中國消費者喜好,同時也彌補了“沃德”的不足。
▲來自英國的“國際年度發動機”評選可以作為“沃德”的補充。
渦輪增壓一直是“沃德”霸主,新路線正在探索中說起十年前的發動機,也許大部分人都抱有這樣的想法:“那不都是一堆已過時自吸發動機嗎?”這並不奇怪,畢竟在2010年,中國市場上相當大一部分車型都還用著自吸動力,像BMW、本田、豐田等品牌仍在堅守著“自吸陣地”。
▲說起十年前的汽車,大家第一印象也許是這樣的。
▲事實上,十年前,上一代Q5已經滿街跑了。
然而,彼時國際上的發動機發展早已進入了增壓時代。在2010年的沃德十佳發動機中,搭載增壓系統的機型就佔據了6款,其中採用TFSI(燃料分層直噴渦輪增壓)技術的奧迪2.0T發動機,也即大家熟知的“EA888”,已是第二年入選“沃德”。在過去十年裡,帶有TFSI技術的奧迪發動機已成為“沃德十佳”中的常客。
▲2010年,福斯集團旗下“名機”EA888已發展至第二代,憑藉TFSI(燃料分層直噴渦輪增壓)技術,這臺發動機一度成為渦輪增壓領域的標杆。
到了最近幾年,採用增壓技術的發動機在“沃德”評選中依然佔據著最高的比例,在2020年的評選中,搭載渦輪增壓和機械增壓的動力系統就有7款之多。
▲賓士3.0T 48V輕混系統以及日產VC-TURBO可變壓縮比發動機,都是渦輪增壓領域的最新技術成果。
不過此時的增壓技術對比十年前已有很大進步,而且不光是動力引數的進步,更在於與新技術的結合,例如搭配48V輕混系統,或採用可變壓縮比技術等。讓有限排量的發動機輸更強的動力,同時最大限度地提升能效,這是增壓技術的進化方向,也是整個行業的發展趨勢。
▲日產的VC-TURBO可變壓縮比渦輪增壓技術,能讓一款2.0T家用車擁有200kW的最大功率和400N·m的峰值扭矩,油耗上相比現有的2.0T發動機也能節省約27%。
特斯拉為何從未入選?“沃德”為純電動帶來新啟示都說電動化時代已到來,那在過去十年的“沃德”榜單中能看出哪些先兆?我們先從純電動說起。
純電動車首次入選“沃德”是在2011年,由搭載於日產Leaf(聆風)的永磁同步電機獲得。它的效能有多厲害?最大功率和扭矩分別為80kW、28Nm,續航里程只有160km。
▲日產Leaf(聆風)是首款入選“沃德”的純電動車,其入選理由更多在於獨特性。
什麼?續航只有160km的電動車也能入選“沃德十佳”?這並不奇怪,當時大部分車企壓根沒把精力放在研發電動車上,市場也沒有這方面的剛需,能拿出一款像樣的純電動產品已經相當了不起了。
現在,在各國政策的推動下,電動車發展得到快速進步,那究竟入選“沃德”的車型會有著怎樣的表現?答案也許讓你再次大跌眼鏡。
在2020年的“沃德”評選中,也只有一款純電動動力系統選——搭載於現代KONA EV上的永磁同步電動機。要知道,美國是目前全球電動車保有量排名第二的市場,在售的電動車型接近40款,還擁有特斯拉這樣實力強勁的“本土品牌”。那為何入選“沃德”的會是一款海外品牌車型,而不是銷量No.1的特斯拉Model 3?
▲2020年的沃德十佳發動機榜單中,純電動車只現代KONA EV一款,熱銷的Model 3並未入選。
現代KONA EV是一款純電動小型SUV,其造型不算出眾,最大功率也只有150kW,0-100km/h加速時間約為7.6秒,NEDC工況下續航距離為500km。這樣的效能指標在當今電動車市場上並不起眼。
KONA EV的最大亮點在於能耗表現,在EPA(美國環保署)的測試中,KONA EV取得了120MPGe的綜合成績,比積架I-PACE(76MPGe)、福斯e-Golf(113MPGe)、雪佛蘭Bolt EV(118MPGe)等車型有明顯優勢。
▲這是從2020版EPA《燃油經濟性指南》中擷取的資料,現代KONA EV在各工況下的能耗表現都十分出色。
當然了,說起能耗,特斯拉是不容忽視的一位。以Model 3為例,其標準續航升級版(北美版本)在EPA測試中能達到141MPGe!是目前能耗最高純電動車,而且還是在不犧牲動力和續航里程前提下做到的。
至於特斯拉不能入選"沃德"的原因,最大的可能性,是其可靠性的問題。畢竟,特斯拉除了以效能技術聞名之外,接二連三的自燃事件也讓其“出盡風頭”。對於純電動車而言,過於激進的效能策略是利弊並存的,當其弊端嚴重到威脅成員安全甚至引起傷亡的時候,“沃德”評委們也就不得不慎重考慮了。
▲能耗與效能兼備的特斯拉一直不能入選沃德,最大原因可能是可靠性。
由此可見,電動車的動力效能和續航距離並不是“沃德”評選的核心指標,能耗和可靠性才是關鍵。這麼看來,“沃德”也給國內的電動車生產企業帶來重要的啟示:0-100km/h加速再快、理論續航里程再高都沒有用,只有做好能耗管理,提升整體品質,打造一款實用且放心的產品,才是電動車的出路。
高效的機電耦才是電動化最有效的途徑十年前,大部分國人對混合動力汽車(HEV)還是非常陌生,但在2010年的“沃德”十佳榜單中,已開始出現混動系統的身影。除了廣為人知的豐田THS 混動系統之外,還有不少美系車企推出的混動系統入選,如2010年的福特2.5L混動系統、2011年的通用1.4L增程式混動系統。然而,當年的純電動車一樣,這些混動系統入選的原因更多在於其創新性,實際的市場影響力並不高。
▲十年前,大都數車企的混合動力技術尚處於摸索階段。
相比之下,搭載豐田THS油電混動系統的普銳斯,無論在北美還是全球市場都有著越發強勢的表現,光是第二代普銳斯,已在全球獲得過百萬輛的銷量,是混動領域的真正普及者。也許豐田在混動領域過於強勢的表現,在2013-2015年的“沃德”榜單中,已沒有其他混動系統的身影。
▲搭載於初代普銳斯上的1.5L混動系統,在2004年就入選了沃德十佳評選。
▲2005-2008年,豐田的混動系統幾乎壟斷了英國“國際年度發動機”的環保獎項。
▲2013-2015年的“沃德”評選中,並沒出現混動系統的身影。對此,最合理的解析是:豐田實在太強了,其他車企有拿不出更好的產品,那索性不評了。
自2016年開始,混動潮再次掀起,並出現了一些後起之秀,例如克萊斯勒和本田。搭載於克萊斯勒大捷龍PHEV版上的3.6L V6插電混動系統,在2017、2018都被“沃德”的評委們選中。這套混動系統採用了雙電機與行星齒輪組來實現混動,工作原理與豐田的THS混動系統類似,其能耗表現相當突出,在EPA的測試中取得了82MPGe的綜合能效成績,超越了眾多尺寸更小的歐系插混車型。
▲克萊斯勒大捷龍PHEV版的3.6LV6插電混動系統,曾兩次入選沃德十佳評選。
而本田的2.0L i-MMD混動系統目前已發展到第三代,並且都體現在2017、2019和2020年的“沃德”評選中,與豐田的2.5L/2.0L混動系統(分別於2018、2019入選“沃德”)形成輪流刷榜之勢。
本田這套混動系統採用了與豐田THS系統完全不同的工作原理,在擁有出色的燃油經濟性同時,且具備更接近EV的駕駛感受。
▲本田i-MMD混動系統已三次入選“沃德”,形成與豐田分庭對抗之勢。
透過近幾年的“沃德”評選,不難看出這樣一個趨勢:最能擔起電動化大旗的不是純電動車,而是混動(包括HEV、PHEV、48V輕混)。儘管混動系統的入選比例不高,但其車型覆蓋面足夠廣,並且都是各細分市場中有著重要影響力的車型。
油電混動領域不用多說,目前已是兩田的天下,像本田Accord,豐田CAMRY,凌志ES/UX,這些車型在市場上本已熱銷,搭載混動系統之後,其產品重要性也進一步提高。同樣,插電混動領域的大捷龍,48V領域的賓士GLE,均是各自領域的標杆車型,混動系統也讓他們擁有更大的影響力。
相比之下,入選“沃德”的純電動車型在整體市場上的影響力依然不高,即便像BMWi3等相對成熟的車型,也只能在小型EV領域佔有一席之地。如此看來,“沃德”的評選結果也印證了我們一直堅持的觀點:純電動只是市場的補充,高效的機電耦才是電動化最有效的途徑。
在“沃德”之外的三點變化看完最近十年的沃德十佳發動機評選,相信你對傳統內燃機、混合動力、純電動這三大領域的發展都有了一定的了解,但如果再結合中國市場的實際情況去探討發動機技術的進步,則能發現更多有價值的東西。
1、高效的自吸發動機依然有生命力
在過去很長一段時間內,自然吸氣發動機在中國市場都有著舉足輕重的地位,時至今日,一些經過深度升級的自吸發動機,同樣能在市場上發光發熱。
例如搭載於第八代CAMRY上的Dynamic Force 2.5L發動機,通過進排氣系統的各種優化,以及採用混合噴射等技術,該發動機的壓縮比能達到13:1,熱效率更是達到了40%,是目前全球熱效率最高的發動機。隨之而來的,是動力、燃油經濟性、平順性的整體提升。
▲提高熱效率,是自吸發動機的一大發展方向。
與渦輪增壓發動機相比,自吸發動機在壓縮比、熱效率方面有較大的提升空間,對這兩項指標進行鍼對性升級,是自吸發動機今後的發展方向。與豐田類似,萬事得在自吸發動機的研究上也頗有建樹,它們推出的全新創馳藍天X自吸發動機採用了“火花點火控制壓燃點火(SPCCI)”燃燒方式,壓縮比能達到16.3:1,熱效率理論上能達到50%!可惜這臺發動機目前仍無緣中國市場,否則有可能引起一場新的自吸發動機革命。
2、發動機的“可拓展性”越來越重要
在國內外發動機評選榜單中,大多都針對發動機的動力效能、經濟效能以及運轉效能來作評價,但似乎都忽略了“擴充套件性”這個重要指標。
所謂擴充套件性,指的是發動機能根據用途或搭載車型的不同,擴展出包括自吸、渦輪、電動化等不同型別的動力系統。上面提到的豐田Dynamic Force 2.5L發動機就是很好的例子,它既是一款高效的自吸發動機,又能與電機結合成更高效的混動系統。
▲混合動力技術,就是發動機拓展的一種體現。
在中國品牌新推出的發動機中,同樣能找到有著較高擴充套件性的發動機。例如吉利目前主力的1.5TD發動機,其130kW、255Nm的動力輸出在同排量發動機中已經足夠出色,而且它還可以拓展出48V輕混版本、PHEV插混版本,以及HEV版本,並實現多種車型的搭載,其中領克01HEV更是中國品牌首款量產的油電混動汽車,實現了有一次零的突破。
▲一臺拓展性高的發動機,是內燃機與電動化技術結合的關鍵。圖為搭載於領克01HEV上的1.5T混動系統。
3、三缸發動機大有作為
提起三缸發動機,大家都會往“抖動”、“噪音”、“動力弱”的方向去想,但隨著技術的不斷進步,三缸發動機缺陷也逐漸被彌補。在英國的“國際年度發動機”評選中,三缸發動機更是每年的常客。
在中國市場上,也出現了不少在效能、平順性、NVH都做得相當出色的三缸發動機。剛提到的吉利1.5TD發動機就是一個很好的例子,通過對雙品質飛輪、平衡軸、長效正時皮帶、兩級可變機油泵等技術有效利用,其運轉平順性已能與四缸發動機媲美。
▲若能運用各種新技術揚長避短,三缸發動機其實也大有作為。
事實上,對於小排量發動機而言,三缸機有著不少優於四缸機的地方。由於三缸機各氣缸的迴圈特性,其排氣干擾會比四缸機更小,能有效降低渦輪遲滯現象,對動力響應有較大幫助。另外,三缸機整體上機械摩擦更小,更有利於提升熱效率,而更輕量化的優勢也有利於降低油耗。
當然了,三缸機的這些特性必須建立在優秀研發製造水平之上,才能做到真正的揚長避短,這對車企的綜合製造實力是一大考驗。
文 | 超人