8月23日，紅旗品牌全新力作紅旗H9正式上市，搭載的3.0L CA6GV30TD和2.0L CA4GC20TD發(fā)動機，完全由中國一汽自主研發(fā)，展現(xiàn)了中國發(fā)動機的領(lǐng)先水平。

隨著歐洲新排放標準、中國雙積分政策相繼落地，汽車產(chǎn)業(yè)正加速向電動化轉(zhuǎn)型。一些國際車企和大型Tier 1都表示不再繼續(xù)研發(fā)純?nèi)加桶l(fā)動機相關(guān)技術(shù)，多個國家制定了燃油車禁售時間表。

然而，2019年新能源汽車銷量在汽車總銷量中僅占4.68%，傳統(tǒng)燃油車超過95%。在未來相當長一段時間內(nèi)，新能源汽車不可能完全替代傳統(tǒng)燃油車從而成為汽車市場主流。對傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動機的挖潛和改進，依然對節(jié)能減排有著很大影響。

近幾年，我國主流自主品牌都把發(fā)動機放在了產(chǎn)品研發(fā)最核心的地位，部分領(lǐng)軍企業(yè)更是實現(xiàn)了從追趕到超越，不僅在自家的車型上裝上了高效穩(wěn)定的內(nèi)燃機，還將內(nèi)燃機推向模塊化設(shè)計、生產(chǎn)的新高度，特別是在小排量渦輪增壓發(fā)動機方面，基本可以和國外車企正面較量。

據(jù)一位自主品牌動力總成研發(fā)負責人稱，發(fā)動機是汽車當中最復雜的部件，需要長期的技術(shù)積累，國產(chǎn)發(fā)動機開發(fā)時間較短，團隊相對年輕，和國際先進水平相比，在一些細節(jié)的地方還是有一定差距，但推到市場的產(chǎn)品，從品質(zhì)上、技術(shù)含量上，以及動力、熱效率、NVH等硬指標上，和國際品牌的產(chǎn)品沒有多少差異。

7月23日，國家領(lǐng)導人視察中國一汽時指出：“一定要把關(guān)鍵核心技術(shù)掌握在自己手里，也就是說，我們自主品牌，民族品牌，必須要有核心技術(shù)?！?/p>

通常來說，衡量一款發(fā)動機的優(yōu)劣，有功率、扭矩、熱效率和 NVH 靜謐性和耐久性等幾項指標。

其中，功率和扭矩決定動力輸出，而動力越大，車子提速就越快；熱效率決定油耗，熱效率越高，發(fā)動機越省油；NVH 靜謐性決定舒適度，靜謐性做得越好，汽車運行時便越安靜；耐久性決定發(fā)動機運行壽命。目前多數(shù)發(fā)動機可以持續(xù)運行 16萬-20 萬公里，一些性能卓越的發(fā)動機能持續(xù)運行 50 萬公里以上。

通過2019年中國十佳發(fā)動機獲獎名單，可從一個側(cè)面觀察國產(chǎn)發(fā)動機的現(xiàn)狀。入選機型的有 9 款汽油發(fā)動機和 1 款油電混動系統(tǒng)，入選的車企包括上汽通用別克、長安、奇瑞、海馬、東風日產(chǎn)、一汽紅旗、長城、吉利、一汽豐田/廣汽豐田，其中有7個國產(chǎn)品牌，3個合資品牌。

從中不難看出，目前國產(chǎn)發(fā)動機主要有兩個特點：一是熱效率比較高，二是以小排量渦輪發(fā)動機為主流。上述獲獎產(chǎn)品的熱效率已經(jīng)基本達到了37%-38%之間。例如，奇瑞ACTECO 1.6T熱效率37.1%，長安藍鯨1.4T發(fā)動機熱效率37.6%。

在汽車強國的道路上，一廂是汽車的新四化，另一廂是自主發(fā)動機的研發(fā)迎來了新一波的浪潮，多家企業(yè)推出更新更強的發(fā)動機產(chǎn)品。

聚焦提升熱效率

環(huán)保節(jié)能是發(fā)動機發(fā)展的大趨勢，在排放愈加嚴苛、消費者對汽車動力效率追求越來越高的年代，這些技術(shù)都是圍繞一個核心而來——熱效率。在一定程度上代表發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性的熱效率，就成了考量發(fā)動機性能的關(guān)鍵性能指標，這意味著對每一滴燃油的利用程度，熱效率高的發(fā)動機能夠壓榨出更多的能量，也就更省油。

發(fā)動機的熱效率=車輛的動能÷汽油燃燒產(chǎn)生的總能量×100%，從公式可以看出，發(fā)動機熱效率越高，車輛不僅更有勁，燃油消耗量也更少。

車企宣傳中的熱效率數(shù)字基本都是指發(fā)動機的最高熱效率，發(fā)動機到底省不省油，還要看綜合工況下最高熱效率能夠覆蓋多大的范圍。高熱效率區(qū)間的范圍大小，決定了一臺發(fā)動機省油的程度。

上海交通大學汽車工程研究院院長許敏表示：“一方面受限于燃料本身的燃燒效率，根據(jù)能量守恒定律，將燃料轉(zhuǎn)化為機械能的時候，就會損失大量熱能，燃料燃燒后所放出的總熱量，只有一小部分能轉(zhuǎn)化為有效功，其他部分都以不同的方式散失于外界。因此發(fā)動機熱效率每提高1%都非常困難?！?/p>

中國一汽研發(fā)總院動力總成部主任段加全向汽車商業(yè)評論介紹，紅旗H9搭載的2.0T發(fā)動機為了實現(xiàn)高熱效率，首先要選擇合適的壓縮比，以達到性能和效率的平衡；其次還要解決各種能量損失，比如泵氣損失、摩擦損失、燃燒損失、冷卻損失和排氣損失。

紅旗H9搭載的3.0L V6機械增壓發(fā)動機

不知不覺中，熱效率極限，已經(jīng)像5nm的芯片一樣，從以前的技術(shù)極限，現(xiàn)在逐步逼近了基礎(chǔ)理論科學的極限了。再大幅度的進步可能需要某種顛覆性的技術(shù)。

上海交通大學汽車工程研究院副院長殷承良表示：“內(nèi)燃機原理已經(jīng)理論上明確證明最高效率55%，而這是極度理想情況，純內(nèi)燃發(fā)動機實際上沒有實現(xiàn)可能性?！?/p>

上汽集團一位不愿具名的研發(fā)人員稱：“隨著排放法規(guī)和油耗法規(guī)進一步收嚴，基本現(xiàn)在的油耗和CO? 排放已經(jīng)把發(fā)動機效率逼到快極限了，一般在40%左右。不管是奧托循環(huán)，米勒循環(huán)還是阿特金森，其實熱效率都是有天花板的，現(xiàn)在已經(jīng)很近了?！?/p>

他認為，要想讓熱效率更進一步，肯定要加上各種混動措施。即使40%熱效率，大多數(shù)車企的發(fā)動機也要結(jié)合混動系統(tǒng)才能實現(xiàn)的，否則車輛動力性駕駛性會很差，消費者無法接受的。

發(fā)動機熱效率進化史

1876年，德國工程師奧托研制出第一臺四沖程煤氣內(nèi)燃機，壓縮比達到2.5：1，熱效率達到14%，超過蒸汽機的同期水平。

奧托的第一臺四沖程煤氣內(nèi)燃機

1883年，戴姆勒和邁巴赫聯(lián)手造出了世界第一臺立式四沖程汽油機，內(nèi)燃機熱效率歷史性地提升到15%，1894年又提高到20%。

此后多年，汽油機熱效率都沒有太大的進步。直到1990年，電噴系統(tǒng)給汽油機熱效率的提升帶來了曙光。到了2000年，發(fā)動機的熱效率才達到30%。

馬自達Skyactiv-X發(fā)動機

現(xiàn)在主流汽油發(fā)動機的熱效率在36%左右，熱效率最高的量產(chǎn)發(fā)動機是馬自達2019年5月24日發(fā)布的Skyactiv-X發(fā)動機，熱效率為43%。經(jīng)過了漫長的143年，熱效率只提升了29%。

目前全球汽車市場已量產(chǎn)的發(fā)動機上，排名第二是豐田Dynamic Force A25B 2.5L混合動力發(fā)動機，熱效率41%。排名第三是本田的地球夢2.0L自然吸氣發(fā)動機，熱效率40.6%。

而今年6月上市的長安UNI-T搭載的藍鯨NE1.5T發(fā)動機，熱效率達到40%；率先通過中汽中心“能效之星”認證的一汽奔騰T77 PRO搭載的第三代“智擎魔方”1.5T 發(fā)動機，熱效率達到 39.06%；上汽最新的2.0T發(fā)動機熱效率更是高達39.52%。

馬自達、豐田、本田的高效發(fā)動機都是自然吸氣的，從技術(shù)層面來講，自吸發(fā)動機能更容易達到高熱效率，而渦輪增壓發(fā)動機提升熱效率難度更大。

因為渦輪增壓發(fā)動機進氣壓力較高，壓縮沖程時，高壓氣體很容易在火花塞未點火前使汽油自燃，比自然吸氣發(fā)動機更容易產(chǎn)生爆震。為了控制爆震，就必須降低壓縮比，還得對點火時刻進行修整，緩和氣缸燃燒工況。要把各種新技術(shù)整合在一起，才能有效提升熱效率。

提高熱效率的主流招術(shù)

熱效率就像田徑場上的十項全能比賽，考驗的是發(fā)動機的綜合實力，需要多方面的齊心協(xié)力才能實現(xiàn)較高的熱效率。

一般來說，提高熱效率主要有三個途徑：一是提高發(fā)動機的壓縮比，給燃油創(chuàng)造一個盡可能地完全燃燒的物理環(huán)境；二是提升燃油的燃燒效率，讓燃油盡可能多地轉(zhuǎn)化為動能；三是對廢氣和氣缸溫度進行熱量優(yōu)化管理。

為提高發(fā)動機熱效率而開發(fā)的主要技術(shù)有提高壓縮比、缸內(nèi)直噴、阿特金森循環(huán)或米勒循環(huán)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）和低摩擦技術(shù)等。

增大壓縮比或過程指數(shù)均可以提高熱效率。汽油機壓縮比提高到一定程度將受到爆震燃燒的限制，但高壓縮比對發(fā)動機零部件可靠性，抗爆震性要求也就越高，可能需要加注95甚至98號油，可能需要用更堅固的零部件，采用可變壓縮比技術(shù)是提高發(fā)動機熱效率同時避免爆震的最佳技術(shù)方案之一。

阿特金森循環(huán)的實質(zhì)是膨脹比大于壓縮比，采用進氣門晚關(guān)的方法，讓缸內(nèi)的混合氣被壓回進氣管一部分，這樣活塞加速做功的沖程就長于壓縮沖程，可以讓發(fā)動機的效能更高，也就是熱效率更高。

米勒循環(huán)也是膨脹比大于壓縮比，只不過是通過早關(guān)氣門的方法實現(xiàn)的，在進氣行程結(jié)束前，提前關(guān)閉氣門。與阿特金森循環(huán)相比，米勒循環(huán)在低負荷情況下更省油，但在高負荷時會導致發(fā)動機功率不足。

350bar高壓噴射系統(tǒng)升級了燃油噴射壓力，更高的噴射壓力可以大幅度的降低顆粒物的排放，尤其是PN顆粒物數(shù)量排放，有利于滿足國6b排放。同時升級的高壓噴射系統(tǒng)還可以提高效率，降低油耗。

廢氣再循環(huán)系統(tǒng)是用來冷卻部分返回到發(fā)動機氣缸內(nèi)的廢氣的裝置，廢氣再循環(huán)量的增加能降低汽油機在中低負荷工況下的節(jié)流損失，從而降低汽油機的燃油消耗率，通過低溫燃燒減輕了發(fā)動機爆震，減少了傳熱損失，對提高發(fā)動機熱效率有著極其重要的作用。

在發(fā)動機內(nèi)部旋轉(zhuǎn)及傳動過程中，部件之間有著各種摩擦造成能量損失。摩擦損耗是發(fā)動機額外功消耗的最大部分，減少了摩擦等額外功以后，發(fā)動機的熱效率便會很明顯的提升。

除了采用DLC涂層、滾輪搖臂驅(qū)動氣門、可變剛度氣門彈簧等低摩擦技術(shù)和部件，提升摩擦副零部件材料和制造工藝，提升硬件制作精度，改善整個發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的設(shè)計合理性，采用低粘度的潤滑油等也是常用的降低摩擦方法。

小排量加點料，會更香

發(fā)動機排量小型化不僅是國產(chǎn)發(fā)動機的趨勢，也是汽車發(fā)展的整體趨勢。大眾、豐田、本田、日產(chǎn)等都在推進，比如豐田推出搭載1.2T，本田推出搭載1.0T發(fā)動機車型。

大眾化汽車品牌目前基本上是四缸為主，三缸為輔，3.0L及以上自吸發(fā)動機在八九年前就消失了，在最近三年2.4L及以上的自吸發(fā)動機也基本消失了，多數(shù)品牌旗艦車型2.0T發(fā)動機就頂天了，但可能會加上插混系統(tǒng)或48V微混系統(tǒng)。

車型降低排量是行業(yè)趨勢。以中國為代表的許多國家，都推出了分階段降低乘用車車企平均油耗的限值要求。中國2018年國產(chǎn)燃油車平均油耗水平為7.16L/100km，規(guī)定到2020年,燃油限值要降至5L/100km。根據(jù)去年工信部發(fā)布的征求意見稿，到2025年平均油耗限值將達到4.6L/100km。

以2020年國家規(guī)定的乘用車企平均燃油限值為例。奔馳的整體油耗限值要達標，每賣出一輛4.0L排量的G系列車型（平均油耗高達11.8L/100km），就要賣出多輛低于5L/100km的車來平攤。但奔馳的現(xiàn)實情況是，排量最低的1.3T GLB油耗也高達6.3 L/100km，遠超過達標線。

現(xiàn)階段可行的辦法是，不斷將車小型化和低油耗化。而國內(nèi)車企很少推廣大排量的發(fā)動機，并不是技術(shù)原因，除了有燃油限值的因素之外，還有一個因素是發(fā)動機研發(fā)費用高，周期長，需要實現(xiàn)規(guī)模效益。

據(jù)一位自主品牌的動力總成研發(fā)負責人稱，2.0T或以上的發(fā)動機，對于頭部車企來說，技術(shù)上已經(jīng)沒有太大難度，關(guān)鍵還是看用戶的需求。因為2.0L以下的發(fā)動機需求量更大，也更加符合國家油耗法規(guī)的要求，所以才會車企更重視小排量渦輪增壓發(fā)動機。

上汽集團的一位研發(fā)人員表示：“現(xiàn)在小排量渦輪增壓發(fā)動機已經(jīng)形成趨勢，不做小排量增壓的意見幾乎變成異類了，銷量也不會非常亮眼（比如馬自達）。”

長安集團一位不愿具名的發(fā)動機研發(fā)工程師告訴汽車商業(yè)評論：“發(fā)動機研發(fā)周期長，成本高，需要快速上量為企業(yè)帶來效益。”

一款新型發(fā)動機的研發(fā)代價高昂，不僅是要人工費用，還有技術(shù)合作、無形資產(chǎn)攤銷、直接投入等等花費，其中任何一項花費都是天文數(shù)字，而且研發(fā)實驗所用的材料往往比量產(chǎn)件貴很多。

不但是研發(fā)費用高，新的動力總成研發(fā)周期也很長。從項目啟動到最終量產(chǎn)，要經(jīng)過項目目標范圍定義、項目策略定義等8個階段。比如說項目立項階段，就要對產(chǎn)品進行定位，選擇產(chǎn)品的技術(shù)方案、核算經(jīng)濟效應(yīng)、對市場上的同類產(chǎn)品進行對標分析。

像發(fā)動機這樣的批量化、工業(yè)化產(chǎn)品，由于涉及到研發(fā)、開模和產(chǎn)線費用等一次性投資，必須要有需求量來平攤各種費用。現(xiàn)在國產(chǎn)品牌的單一車型很難每年賣到15萬輛以上，無法分攤成本更高的大排量發(fā)動機。小排量增壓發(fā)動機定位主流的A級轎車或SUV，有著巨大的銷量潛力，因此讓眾多車企趨之若鶩。

不過，小排量渦輪增壓發(fā)動機并不能解決所有問題，也有局限性。

首先在動力水平上有限，比如在中型轎車或中型SUV上，只用小排量燃油發(fā)動機就比較吃力，不能滿足人們的動力需求。

其次，從熱效率方面考慮，純?nèi)加桶l(fā)動機是有瓶頸的，即使是小排量發(fā)動機也是如此。

一汽集團研發(fā)總院動力總成部主任郭超告訴汽車商業(yè)評論：“中國一汽的規(guī)劃目標是在2030年熱效率達到50%。按照現(xiàn)有的技術(shù)狀態(tài)，即使要實現(xiàn)45%熱效率，也基本上是基于混動和電動化相匹配實現(xiàn)的。在后續(xù)的整個汽車行業(yè)里邊，混動系統(tǒng)參與會越來越多，純內(nèi)燃機的份額也會越來越低?！?/p>

一汽集團創(chuàng)新技術(shù)研究院創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)主任張強表示：“紅旗不排除將來會有小排量的產(chǎn)品，因為小排量也在我們研發(fā)序列中，但紅旗的小排量發(fā)動機一定會配合混合動力，比如1.5T加上48V微混或者更高的強混，實際動力水平要達到2.0T甚至3.0T的水準才行?！?/p>

7款先進的自主品牌發(fā)動機

1.一汽CA4GC20TD 2.0L渦輪增壓發(fā)動機

這是一汽自主研發(fā)的第三代2.0T汽油發(fā)動機，采用高壓縮比米勒循環(huán)燃燒技術(shù)、雙可變配氣正時、350bar精確燃油噴射技術(shù)、全MAP智能熱管理技術(shù)、集成排氣歧管、兩階可變排量機油泵、電控高響應(yīng)性雙流道增壓器、超低摩擦節(jié)能技術(shù)、集成式雙平衡軸系統(tǒng)、高效48V中混系統(tǒng)、小節(jié)距齒形靜音鏈條等技術(shù)，燃燒熱效率高達39%。

這款發(fā)動機壓縮比為10.7：1，最大功率185kW，峰值扭矩380N·m，滿足第五階段油耗法規(guī)和國6b排放法規(guī)。

該發(fā)動機目前已經(jīng)配備在紅旗HS7和紅旗H9上，還將搭載在紅旗HS5上。

2.長安1.5T藍鯨發(fā)動機NE15T

長安旗下的藍鯨動力系列是我國發(fā)動機中的領(lǐng)頭羊產(chǎn)品。這款1.5T藍鯨發(fā)動機NE15T由英國研發(fā)中心帶頭設(shè)計，支持模塊化設(shè)計以及電氣化設(shè)計，集成了350Bar高壓燃油噴射、可變排量機油泵、集成式氣缸蓋、雙渦管增壓器等先進技術(shù)，在零部件工藝上使用了低摩擦技術(shù)。這款發(fā)動機最大功率132千瓦，峰值扭矩300?！っ?，國六b排放標準，匹配在緊湊SUV上油耗能達到6L/百公里左右的水平。

這款發(fā)動機今年已經(jīng)在長安UNI-T、CS55 PLUS藍鯨版、銳程CC藍鯨版等車型大面積裝機。

3.上汽藍芯3.0  2.0T發(fā)動機

這款發(fā)動機配備了350bar超高壓燃油噴射系統(tǒng)、可變氣門升程及電動化可控零部件系統(tǒng)，比如有電控廢氣旁通閥的渦輪增壓器、集成式排氣歧管、中置式相位調(diào)制器等技術(shù)。此外，上汽還進行了靜音方面和輕量化方面的改進。

這款發(fā)動機最大功率是172kW，峰值扭矩360N·m，熱效率達到了39.52%，油耗較上代產(chǎn)品降低10%。它將搭載在榮威首款MPV iMAX8上，10月份上市投產(chǎn)。

4.一汽第三代智擎魔方1.5T發(fā)動機

這款發(fā)動機采用了米勒循環(huán)，壓縮比達到11.5：1，配備350bar三次噴射系統(tǒng)、智能熱管理模塊技術(shù)、機油泵流量和換氣系統(tǒng)、高壓可變噴油技術(shù)，最高熱效率達到了39.06%，最大功率124kW，峰值扭矩258N·m，并達到國六b排放標準。

這款發(fā)動機已經(jīng)搭載在奔騰T77 PRO上，未來還將搭載在FMA架構(gòu)的首款車型第三代奔騰B70上。

5.廣汽390T 2.0T發(fā)動機

這款發(fā)動機是廣汽G平臺下的第三代渦輪增壓直噴發(fā)動機，配備了側(cè)置式350bar缸內(nèi)直噴系統(tǒng)、GCCS高滾流燃燒室、橫流式冷卻系統(tǒng)、曲軸箱強掃氣系統(tǒng)、雙渦管單渦輪、電控排氣旁通閥、緊耦合三元催化器、進排氣雙VVT、滾子搖臂氣門驅(qū)動系統(tǒng)、變排量機油泵等先進技術(shù)，在動力、排放和燃效上實現(xiàn)了平衡，熱效率達到38%。

這款發(fā)動機的最大功率為185kW，峰值扭矩達到了390N·m，相比第二代發(fā)動機分別提升37kW和70N·m。此款發(fā)動機已經(jīng)在2020款傳祺GS8上搭載。

6.長城4N20發(fā)動機

這款發(fā)動機是長城成立蜂巢易創(chuàng)后推出的第一款全新發(fā)動機。在電子水泵、350bar中置燃油直噴技術(shù)、兩段式VVL氣門程、米勒循環(huán)等技術(shù)的加持下，4N20系列發(fā)動機熱效率達到了38.3%，壓縮比為12:1，最大功率150kW，峰值扭矩320N·m，并且滿足國六b+RDE、歐六d排放標準要求。

通過降低發(fā)動機整機摩擦以及減重，采用缸蓋集成排氣歧管，提升增壓器能量利用率，并加快暖機時間，改善啟動時燃油消耗。該發(fā)動機將于年內(nèi)量產(chǎn)，可能會搭載在長城汽車旗下全新一代哈弗H6、哈弗大狗以及WEY P01等車型上。

7.奇瑞第三代ACTECO 1.6TGDI發(fā)動機

這款發(fā)動機應(yīng)用了奇瑞最新的iHEC（智效）燃燒系統(tǒng)，通過高強度滾流進氣系統(tǒng)、200bar高壓供油系統(tǒng)、90毫焦高能點火系統(tǒng)、第三代智能控制系統(tǒng)以及智能高效清潔燃燒技術(shù)，熱效率37.1%，在提高穩(wěn)定性、提高動力性能，燃燒充分性的同時，有效降低了排放。

其最大功率145kW，峰值扭矩290N·m，目前該發(fā)動機搭載在新款奇瑞瑞虎7、星途TX以及后續(xù)誕生在T2X與M3X平臺的車型上。

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