呃,我没有想到,DM5.0引发的发动机热效率的问题都已经延伸到中汽研试验到底有什么猫腻这个角度上去了。我昨天参加了三个会,每个会我都要花30分钟,把过去4年热效率军备竞赛的事情完完整整说一遍。
在微博上,咱们就说一个能说的版本吧。咱们也不说别人,就说如果我做一台高热效率发动机,我会怎么做。
1. 先说结论:使用95号及以下汽油,使用整车真实标定,使用整车一致的进排气系统,非稀燃状态下的发动机最佳热效率的理论极限是44%。由于适配稀燃的后处理系统过于昂贵,因此2030年之前,量产车配发动机的实际量产车上的最佳热效率将低于44%。这是物理规律的天花板。目前我所掌握的,实际上车的热效率车上实测最好的大概在41%左右,我们测过部分车子的宣传-实际落差的达到4%。比亚迪DM5.0我没有测过。
2. 我造了一台高效发动机,实际热效率值是X%,那么如果我要获得一个更好的热效率数值来发布,我该怎么做呢?
第一步,我会造大概10台发动机,然后长时间磨合测试后,挑出最好的发动机,可以被认为是golden engine(黄金发动机),我们假设它的实测热效率是X%。
第二步,将里面的零部件替换为超低摩擦零件,比如说全DLC涂敷,超低张力的活塞环和气门正时机构等等,热效率提升到X+0.3%。
第三步,采用低比热容绝热活塞头部陶瓷涂层+缸盖燃烧室绝热涂层+镜面气门或涂层气门+绝热涂层喷涂气道,AVL可以买,现在大家基本上也能自己开发。我这里也刚刚申请了专利。这种东西的作用是减少缸内的热传递损失,缺点就是还在进行可靠性开发。热效率提升到X+1.3~1.8%。
第四步,取消台架标定中所有的排放保护和爆震保护,采用高辛烷值汽油,或者掺醇,热效率提升到X+2.3~2.8%以上。
第五步,微调进排气气阻,X+2.5~3%.
第六步,天哪,我还不是世界第一,别人到底干了什么骚操作?我们的配置都是一样的啊,那咋办?偷偷调一点稀燃进去吧,不使用主动预燃室的热效率极限,是47.5%附近。
现在国内一般如果企业要刷热效率,会做1-3步,尤其是第三步可以在基本没有什么道德压力的条件下干。调标定,尤其是掺稀燃就有点骚操作了。有一个我认识的团队在天津调了很久,终于实现了在一个点达到目标,只要错过这个点,热效率马上下降5个百分点绝对值。
然后就可以发布了。
下一代的发动机,在稀薄燃烧条件下挑战50%热效率,但是我们现在研究考虑的是考虑到后处理挑战和碳中和趋势,我们可能要提前切换成低碳和碳中性燃料,目前我们探讨的是 绿色甲醇、氢气、生物乙醇还是直接合成汽油柴油。
3. 这几天大家又在晒中汽研的热效率测试。中汽研是这样,它提供场地,它只负责校核最终你的发动机的燃油消耗率与输出有效功之间的关系。中间你做了什么,你的测试发动机硬件、标定软件以及进排气结构与真实量产整车是否有差异,是厂家自己的操守责任。中汽研目前其实不会监管,因为它本身也不是一家监管机构。
4. 为什么之前没有人做呢?
最重要的一点是国外的监管机构的复查能力和惩罚性赔款机制。这方面监管最严格的是美国,EPA多年来对美国市场销售的整车,购买后直接把发动机拆下来,采用传感器欺骗的办法实测发动机在量产车标定与进排气条件下的热效率(让发动机以为在车上)。现在,直接在整车条件下,破解CAN和电流夹等手段就可以直接逆向。EPA抽查过通用、福特、本田、丰田等多家公司的发动机热效率,发现有差异的还会发函询问。当年抽查本田1.5T发动机热效率时发现和本田的结果有1%的差异,吓得本田马上公司发函解释说,是由于本田热效率宣传材料是在日本的燃油条件下完成的。
这种逆向评估的方法,目前很多领先的主机厂也都具备了,包括我所在的团队。
2014年3月,西弗吉尼亚大学的研究机构发布了国际清洁运输理事会委托进行的一项研究的结果。研究发现,与测功机上进行EPA和CARB标准行驶循环测试的车辆相比,在道路上进行测试时,某些大众车辆的NOx排放量存在显着差异。
经过一系列调查发现大众汽车是故意设置“工况识别”功能软件后,联邦调查局逮捕了来访美国的大众汽车代表,一周后,大众汽车正式宣布认罪并签署了和解协议。
2017年1月,大众汽车对共谋和妨碍司法认罪。此外,在2016年,大众汽车就已经同意,支付147亿美元用于召回维修或者回购在美国市场销售的所有涉案柴油车辆,总计超过59万。连同其他刑事的罚款或赔偿协议,大众总计为柴油门事件在北美的完全和解,支付了210亿美元。
自大众首次认罪,至今已经7年多了,案件还没有完全审理结(欧洲等地)。大众在全球的和解金额达到350亿美元。
而直到今天,能耗与排放问题依然在困扰中国向欧洲出口的车辆。国内有多家车企的多个具体车型,在欧盟的能耗与排放抽查中发现存在差异,并要求进行陈述和暂缓上市的情况在业内并不是什么秘密。尤其是使用国内的乐观测试数据直接进行欧盟申报的,很难通过欧盟中的富裕国家(也代表监管机构抽查率比较高)的量产件抽查监管。只是目前,还没有巨额罚款行动发生。
总结:
首先,我上面说了很多热效率的“坏话”,但是作为一个行业从业者,高热效率的大方向是没有错的,如果没有一个很好的高热效率发动机的底子,你也刷不到这么高的热效率。中国多家自主企业,从比亚迪、吉利等为代表,基于插混做高热效率发动机,降低了实际环境下的用户油耗,走出了中国特色,这个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是非常巨大的。
其次,作为一个长期以来一线技术人员,我也要说,我明确的反对单纯将热效率军备竞赛与企业能力挂钩,因为在中国的语境下,由于缺乏有效的监管手段,商业上的需求会压倒学术道德,从而让技术环境恶化。把技术人员变成斟酌备注小字定语的专家,或者把时间和精力浪费在优化一个点上,实在是一种悲哀。我们应该更多的关注真实用户在真实世界的油耗、安全和耐久,我们要关注他们全生命周期的碳排放(生产排放和使用排放,含电力排放)
第三,目前各家企业根据自身的技术路线,走向了不同的方向。
简化发动机,做超高热效率架构,发动机也可以大幅降本,但功率扭矩下降,可用工况变窄,小马拉大车。适合于长期城市,平缓路面,经济行驶,车主的用车要接受车企的教育。在车辆适合的区域内行驶,可以取得超经济结果,但是一旦跳出区域,油耗、噪音、驾驶性体验快速恶化。这就是人要去适应车子。当车子足够便宜,很多人表示不介意场景受限,没问题,我觉得对于这些客户来说,这种做法当然是合理的。
第二种做法,在高热效率的基础上,依然保持很大的灵活性,保持相当高的功率扭矩和灵活的混动策略。就是正常的区间也不差,到一些不那么平常的地方(不能等于叫极限,西南山区、北方地区、西北内陆也有非常丰富的人口,长时间高速公路旅行也是现在年轻人的刚需),以及长期缺乏补能的条件下,依然可以保持很好节油与性能的平衡。
我所在的研发团队在2022年底已经在试验室制成了43%以上的四缸发动机了,如果做认证专用的话,这个发动机可以轻松到45%以上,然后再有需求,砸钱花时间优化。但是此后我们就暂停了在多缸机上的应用开发,转而到单缸机上研究。目前在稀薄燃烧条件下做到47%热效率,然后暂停了在单纯热效率方面的进一步挖掘。
而今年量产的PHEV,实际上我们使用的是热效率更低,但是灵活性和可靠性更高的40+%热效率发动机,这已经是混动发动机里面高热效率的水平了。(其实主要是斟酌了很久,还是取消了EGR,因此少了1.5%的热效率绝对值,具体原因见我上一个微博:http://t.cn/A6HT78mJ)。我们将随着探界者PLUS和GL8插混上市后的中国场景的实际数据,继续努力平衡安全、性能、油耗、NVH、耐久等等的真实世界客户需求。
我们的探界者PLUS,一个五座SUV,102km的纯电里程可以把表显的电完全开完,哪怕上高速120kph跑,甚至上高环180kph极速跑30分钟以上的高速维持甚至加速性和满电一模一样。这背后就是给了客户在高温+匮电+爬山路或者高海拔的高速公路加速性提供了坚实的用户保障。在城市通勤的时候完全用电,不用怕匮电弱而提前开保电。纯电模式下纯电档可以到140kph,城市和城市高速路,哪怕开到120kph加速,依然是纯电到底。
这段时间,38号实测探界者PLUS,5座SUV,城市条件下纯电里程127km,达成率125%;匮电城市工况油耗3.7L,120kph高速实测油耗4.8L;匮电满电零百加速都是6.8秒。天南地北,说走就走,无惧电量多寡。
有问题吗?我觉得没问题,还是原来的通用调教的味道。
我们这么做也不是为了标新立异,是因为只有这样才能满足GM的各种全球的整车规范,只有这样才能确保这套方案和整车可以被销售到全球任何一个区域无惧用户滥用。如果为此我们要接受市场惩罚,so be it。因为比标新立异更可怕的,是同质化内卷。
我非常认可一年前保时捷一位高管的评论:在这个时代,我们应当放弃我们的产品能够满足所有客户期望的幻想,我们服务好喜爱我们品牌风格的客户是我们的首要任务。
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