说人话!关于内燃机“穷途末路”的神仙打架车云会节录

  • 车云菌
  • 发表于: 2019/12/16 18:12:00 来源:车云网

想不想听听这场神仙打架都说了些啥?

9012年的最后一波“剁手节”双12前,车云菌拉上了各路神仙“打了一架”,议题对象,主要是最近被diss“穷途末路”的内燃机。

如果正儿八经的行业性讨论,或许应该是:近来,随着大市的下滑,排放标准的日益严格……blablabla……

停停停,cut!说到技术或者行业开个会,你脑补的默认画风是不是觉得应该是这样的:

但车云菌觉得,车云会也可以是这样的:

涉及技术未必一定是学术、专业、冗长的“神仙语”表达,技术也可以拥有活泼的外衣,也可以“说人话”。

想不想听听这场神仙打架都说了些啥?

(现场说了不少,车云菌截取了一部分,有兴趣的同学可以稍后看视频哦)

来,先介绍一下各路神仙的身份,从左到右依次是:

中央电视台社会与法频道主持人高潮东;

天津大学教授、内燃机燃烧学国家重点实验室副主任姚春德,听名字就知道很厉害;还不知道厉害的同学可以再知道知道,比如,姚教授大约十年前编写了一本叫《内燃机先进技术与原理》的研究生教材;

北京理工大学机械与车辆学院副教授王欣,括弧,1989年生,博导;

南哥说车创始人石征难,抖音红人,对,也是重量级人物;

车云研究院首席顾问、《车辆工程解读》栏目创始人王晓鹏,关系户啊,车云菌要力挺;

白日梦车创始人任裔頔(dí,跟车云菌一样不认识的同学可以不用去度娘了),嗯,他在知乎阵地的tag是“一群又正经又丧的汽车工程师”。

主角们出场完毕,以下就是他们几个回合“发功”的一些现场节选了。

Round 1 内燃机真的就“穷途末路”了吗?

姚春德:我觉得我们这个主题叫穷途末路或者原力觉醒都不是特别准确。内燃机,至少在我们可见的这些未来,它会一直活着。

点燃式发动机、压燃式发动机经过这100多年发展,原理还是一样的,很多人认为这是个夕阳工业。但是他没有想到有一些东西是不会变的,比方说牛顿力学什么时候搞的,被人推翻了吗?一个理论能不能经得住考验,是有一定考核指标的。第二,内燃机受到“四新”的牵引,哪“四新”?新技术,新结构,新材料,新工艺,1876年的发动机和我们今天的不能同日而语,我们今天的内燃机可以说就像个艺术品。

王欣:作为一个教内燃机的电动车车主,我觉得电动车挺好,可是我觉得内燃机车更好。说句实话,只要现在拿我的电动车牌可以去买一辆内燃机车,就是不给我优惠,哪怕加点钱,我明儿就把这事办了。(车云菌翻译:大家知道,在北京,新能源牌照只能买目录中认定的新能源车上牌,不能买内燃机车上牌;并且新能源车都有优惠补贴。)

所以内燃机死不了,在相当长的一段时间内,只有内燃机能填补电动机面临的市场实际应用场景的缺失部分,例如长途出行。最终它们两个是差异化的发展,用户需要电动车的时候就买电动车,但是内燃机不会因为电动化的发展而死掉。电动车技术的快速进步,还会推动我们内燃机再上一个台阶。

内燃机工业还有一个非常重要的用途,就是国防工业。我们70周年阅兵还没上电动坦克吧?我们短期内还不见得能拿电动坦克跟敌人对峙吧?你不能打战的时候说我们大家都别动啊,大家先充会电再打,这不是回到战国时代了么。

石征难:如果你买的是家庭的第一辆车,首选还是燃油车。大部分人都觉得电动车好,很新奇。但是如果是作为家庭唯一一辆车,很多人就不敢下手,就是考虑到,我得带着老婆孩子出去玩,开着开着没电了,多尴尬。网上其实大家对于新能源车和传统汽油车最纠结的一点,就是长途。

王晓鹏:内燃机现在给人带来的新鲜感已经不再,同时技术进步的程度已经趋于缓慢,再开发下去投入产出比不经济。把这个钱拿出来投入新电动车,或者在电子技术上革新,会带来更大的性能的提升。其实我也不是完全看衰内燃机,只是觉得这个时候,把资金从内燃机调到新能源方向去,可以有更好的产出效益。(车云菌翻译:就是技术革新所投入的成本和收入边际效应递减,打个比方,以前投入10块钱的研发成本,能带来15元的收入;现在投入内燃机10块钱的研发成本,只能获得5块钱的收入,那不如把10块钱投入新能源,可以产出15甚至20元的收入。)

任裔頔:两个方面讲。第一技术,电动车的技术是碰到瓶颈了,因为目前我们看,有的车企快充不再做了,做换电,那说明电池技术密度已经这样了。再从市场来看,电动车的市场它就是这么大,城际交通,现阶段出了城市用不了;所以现在还是以内燃机为主,电动车为辅。

Round 2到底谁的效率更高?这个问题应该怎么比更科学?

姚春德:从全生命周期来看,电动车从生产出来到使用一直到报废,整个周期需要消耗多少能量?那么内燃机呢?按照目前我们国家煤多气少,缺油少气的能耗资源特点,基本上60%-70%靠煤发电。从这个层面看,内燃机的效率跟电动车是差不太多的。(车云菌翻译:几个专家说的效率,正常而言效率越高能耗越低。这里是指全生命周期的能量转换效率,电动车使用的电,是一种二次能源,经过煤电站的发电有一次能耗的损失,再经过输送的损失,在电动车本身的转化上虽然高一些,但是从煤能源到最终的动力转化,是要计算前面两次转化损失的,和汽油机对汽油在发动机上直接转化动力的转化效率,是接近的;另外,如果一个发动机/发电机在某一个区间的效率很高,但这个区间不在日常应用范围内,那么这个车虽然效率很高,日常使用的能耗也不低。)

王欣:我们这两年让燃料电车,欺负惨了,恨不得连我奶奶都知道燃料电车效率高。九十几的那个效率,它最高效的点在哪儿?在怠速上。这车不走的时候它效率最高,那这不跟我睡一天不用吃饭是一个道理。

石征难:我自己是特斯拉车主。为什么买特斯拉,我觉得特斯拉是我能够买到的相对便宜的,在路上能干超跑的车。第一满足了虚荣心,第二满足了我对速度的欲望,我要买一个比特斯拉快的内燃机车,至少买不起,所以我觉得特斯拉从效率上来说特别高。

任裔頔:我认为就使用体验而言,电动车要做到燃油车一样。目前同价位的车,燃油车和电动车相比,电动车肯定是有很多的短板,但是燃油车是没有明显短板的。

王晓鹏:使用电动车会真真切切带来一个什么好处呢?就是使用成本会大幅下降,根据我的体验,会比同价位的燃油车更好。电动车的优点也是一样存在的,单纯的作为城区代步来说,内燃机车对于新手、女司机来说,变速箱,发动机可能没那么友好,比如油门响应不好掌握,手动变速箱、双离合变速箱不好操作,电动车都是自动的,不会有这个问题。

内燃机它有一个天生的问题,到现在也解决不了,或者说也有可能是永远解决不了。它必须先吸气,然后配合燃油来做功,其实内燃机的(动力输出、响应)延迟来自于哪儿?就来自于气体。气体它会有延迟,因为它是一个流动的东西。电是一个光速的东西,只要你开了灯,马上灯就会亮,汽油机不这样,这样带来的实际体验就是,五万块钱的电动车绝对要比五万块钱的燃油车绝对驾驶体验要好。(车云菌翻译:这里默认的对比,是电机的扭矩输出没有延迟,给油门就是最大扭矩输出)

Round 3 电动和燃油车,应该怎么科学比较?

任裔頔:我反对王工。各价位的电动车我都开过,现在电动车驾驶卡顿感很强,特别是便宜的电动车,它的加速和能量回收体验很差,哪怕是混动的质感也是比不上燃油车的。

王欣:电车确实有它的好,维修简便,几乎不用维修,不用保养,使用起来对于女司机比较友好。但实话实说,它的行驶品质还是有很大提升空间的。再有就是,五万块钱的油车在这个季节在北京,它还真就比五万块钱的电车,甚至十五万的电车要强得多,最起码这个车只要是水温上来了,暖风随便开。

姚春德:售价五万块钱电动车和五万块钱的燃油车,是不能比的,五万块钱的电动车是国家补贴以后的五万块,不补贴,五万块钱能买到吗?买不到的。

我们国家电动车补贴,去年是120万辆,今年原来做的计划是150万辆,现在连100万辆都还没有达到;明年如果没有补贴了,大家都到一个市场上和内燃机在一起同台竞争,那个时候才能够看出来,谁赢谁输。

王晓鹏:新鲜事物都是需要政府扶持的,就像汽车一开始也很贵。

Round 4删繁就简三秋树,领异标新二月花,什么发动机比较符合当下趋势?

任裔頔:其实我在之前的知乎的专栏当中写过很多文章,根据我们目前国际的环保形势来看,然后包括各家车企的做法来看的话,有一个明确的趋势就是发动机的小型化,包括现在各大车企都在推出的三缸车。

石征难:作为消费者,其实很多人真的是这么认为的:你少了一缸,你废铁。我在网上说三缸好被人喷,今天我要把科学家成功拉下水,还是两位教授来说,我总结,不是三缸车发动机在抖,是没买过、没体验过的人他的心在抖。

姚春德:实际上内燃机也是在电气化、智能化、电子化、液压化还有网联化这五化的支撑下面不断的发展,燃油车和电动和电气控制的智能部分逐渐在融合(车云菌翻译:比如电控的气门,电控的燃油供应),更先进的智能控制手段让燃油车开起来非常的舒服,效率也更高。

以前夏利时代的三缸机有一个自然的不平衡,通过在三缸机的侧面加平衡轴,两个配重块,它的转速是发动机曲轴转速的两倍,正好抵消了不平衡的扭矩,但是它抵消的只是上下的扭矩,横向的摆动扭矩没有抵消,所以给人感觉三缸机不好,平衡不行。加上中国人一般比较喜欢偶数,不喜欢奇数,认为四缸机、两缸机平衡,实际上两缸机是最不平衡的,三缸机要远远比两缸机要好,但是老百姓认知觉得偶数好。

前一段时间,有一个流行趋势叫减小体积,随着科技的进步,通过去掉一缸把发动机排量降下来。为什么在同等小排量的前提下,去缸就比较好呢?这就说到热效率,发动机输出的功跟你输入的热量两个比的比值得到热效率,数值越大越好,燃烧一定要充分,做功才好。气缸缸径太小,喷油嘴是标准的,怎么布置都很困难,缸径稍微大一点,喷油嘴在里面燃烧的组织就燃烧的完全,经济性就好,响应的也快。那么对于三缸机来说,它需要解决的就是一个平衡问题,现在新的技术,横向的摆动平衡也解决了。(车云菌翻译:这段主要说的是对于小排量来说,三缸在燃烧组织、布局、经济性、响应上对比四缸更有优势,需要解决的主要是上一代的横向扭矩抵消问题。)

同样缸径,1.2升左右,三缸肯定比四缸燃烧组织要好,因为四缸缸径就小了,只有六十几,而且平衡也不行,因为发动机是斜着的。所以呢,新的技术加持下无论三缸、四缸都可以把平衡做得很好。

像通用发动机四缸变三缸,甚至于两缸来运行(车云菌翻译:例如通用2.0T发动机搭载的Tripower闭缸技术),它的运行就很复杂,因为你要感觉不到它减缸,所以新的技术特别是智能化和电气化结合到内燃机上,已经把内燃机做得非常的精巧。少了一缸,投入的成本比四缸机还要贵,因为它确实融合了很多新的技术在里面。

Round 5 什么叫作高效,什么叫作经济,什么叫作实惠?

本回合我们来看画图,以王欣为代表的学院派K.O众人……(姚教授尚未出手)

王欣:其实发动机讲性能,咱们最关心的,一个是动力,一个是油耗,就是经济性。我们发动机的特性就表现在这张图上。纵轴是扭矩,我们其实叫转矩,转矩是什么?就是发动机有多大劲。以前买车都看功率,功率是转矩和转速的乘积,它反映的是它能出多大力,能干多少活;但不是说它哪个时候能出多大劲,所以一般讲加速,其实应该看转矩,而不是看功率。横轴就是咱们很熟悉的发动机转速。

发动机的油耗其实是这样子,我一说大家都能明白,中间这一圈,转速不太高也不太低、发动机出点劲又不出大劲的时候,油耗是最经济的。时速八九十,有的车稍微低点,可能五六十。比这个范围稍微宽点,油耗就稍微涨点,再往边上走,油耗又涨点。哪最废油呢?就在转速低,也不怎么出劲,就是怠速,说白了就是空耗。

发动机不是说在哪儿都能干活,外边不是有一个线吗?这就是发动机最大的劲了。像刚才姚老师说老夏利一起步的时候要把空调关了,就是在这一段没劲,为什么?以前的小排量发动机,这条线是这么上来的(车云菌翻译:注意上图左侧,纵轴右边的斜线),在低转速区没有扭矩,它就出不来劲。

但是现在的小排量跟以前的小排量真是不一样,现在是小排量增压发动机,增压发动机它在低转速时就能比较有劲,转速稍微起来一点,到了1200-1300转,基本上就进入扭矩平台了,差不多最大的劲都能发挥出来了,所以在整个起步、走车加速的过程中,咱们就觉得这个车很听话,很跟脚。

说回这油耗的事,咱最开始的时候就说了效率的事,这中间油耗最低,那相应的就是效率最高,为什么我刚才说我们让燃料电池给欺负惨了,燃料电池效率高的点在这儿呢?它不干活!(车云菌翻译:下图左侧红框部分)

往前推20年,我们以前有的发动机效率也很高,可能在这儿有一个点(车云菌翻译:上图右侧红框的点),就这一个点效率高,数很好看。但最后使用的时候发现油耗依旧高,为什么?那个点它就是一个点,实际使用中还使不着。咱实际使用的片区在哪儿呢?这几位都知道,NEDC。

咱们国5以前,汽车认证,全都是走NEDC,大概就是这红的这一片;然后到国6阶段,中国是全世界最严的标准,到了哪儿呢?国6的车认证的时候,就是拿准生证的时候,大概走这么大一片。(车云菌翻译:上图绿色线区域,即WLTC,全球轻型汽车测试循环)

那么实际上咱们平时使用车的时候,使的面积在哪儿呢?大概在这一片,这时大概时速不超过100公里。所以我们说回效率,怎么评价效率?一个看数,越高越好;但其实还有一点,如果把效率和油耗、动力联系起来,这个高效的范围一定要和我们日常使用的范围能契合上,高效的范围一定要和我们日常使用的范围重合的越多越好,这样我们在日常使用中越容易进入到这个非常经济的油耗区域。

通用的这个呢,刚才姚老师已经提到了,从三缸的角度来讲,它的燃烧组织是非常有优势的。它的优势在哪儿?因为我是搞排放出身的,从原理上来说,喷油以后要产生混合气,同样的大小,比如1.2升的机器,要是做四缸,每缸0.3升,如果三缸就是0.4升;0.4升缸径肯定比0.3升的大,喷雾就不容易碰到缸壁。因为油一旦碰到壁上,基本上就浪费了;不仅浪费,污染排放还特别高。

从燃烧组织、燃料利用以及减摩擦和减排的角度,做小排量,把缸径提上来,把缸数减下去,从技术理论上来讲还是很有优势的。

至于说三缸减了一缸成本比四缸低,那举个最简单的例子,瑞士军刀肯定要比咱买把菜刀要贵,为什么?(车云菌翻译:三缸就好比瑞士军刀,用料是少了,但是未必更便宜)

小排量三缸从理论上讲它是好的,但如果三缸的使用体验问题解决不了,例如抖动,它其实是一个工业上的半成品。如果它不能满足我们实际的需要,也就是说理论上降了油耗、降了摩擦、降了排放,我们只是得到了片面的一个优势。我们内燃机之所以得到广泛的认可,就是因为它是一个全面的产品。

还有一句话叫大道至简,做减法不是一件容易的事。非常粗鲁的做减法是很容易的事;减配,比如用一个塑料板来代替收音机,这个减法我们都会做,不太需要伤脑细胞也能做。

其实你从结构上看到的减,背后是开发人员,是我们这些做基础理论、做技术的人,做了很多很多工作,才敢把这么减的一个东西,拿出来用。

Round 6未来我们汽车车型上,发动机配置上会是一个什么样的布局?

王晓鹏:我在主机厂干过动力总成,现在主机厂也有很明显的改变,他们之前叫动力总成系统,但现在不叫这名字,叫推进系统;推进系统其实就是不管这个车子的动力源是内燃机、电燃机还是混动。(车云菌翻译:此处王工说的是推进系统,可能是他此前所在的主机厂对于动力总成的改进称呼,有的主机厂可能翻译为驱动系统。)

石征难:电池的未来就是走续航或者是充电层面的改进;传统的内燃机一定走高效方向,高效是最核心的,有了高效才能有动力、价格和环保。高效发动机还得有一个高效的变速箱来配。

任裔頔:三缸车可以做到四缸车能做的,也可以做到四缸车不能做的,比如降低排放数值。很多人都问为什么美系车会用CVT,因为以前CVT都用在日系车上。第一点是共通的,经济,合理安排扭矩和转速。但美系比如通用,用的CVT跟日系的CVT又不太一样,它是在保障高效的前提下,还提升它的动力性,日系车用的是钢带,通用用的是钢链,它是一个有专利技术的钢链,这个东西也是国内第一次用,以前在高端车型会用。

姚春德:我觉得未来对于内燃机来说,电子化和电气化相结合,还有很多工作需要做,头脑这一块要先强起来,心先要强起来,电子元器件和这些基本的部件也要发展起来。

三缸机也好,四缸机也好,最后落到实际应用,还需要一个合适的变速箱,把动力传到轮子上去,是吧。所以发动机搞得非常好,油耗非常低,可是如果你没有一个好的变速箱,也浪费。

早期CVT传输扭矩受到限制,但美系的通用就做了突破。很多日系小车都用CVT,因为它是无级变速,可以找到最好的匹配点。我们说动力总成做得好,发动机只是一个方面,同时要求变速箱匹配做得好,现在我们说无级当然是最好的,有六速的,七速的,最高到九速的,但是无级是N多,无穷多的极,所以它是最好的。但是过去的CVT,受制于它是日本的这种钢带传输起来,超过扭矩之后打滑,就不行了,而像通用,用钢链这种方法就把这个技术又推进了。

以上,就是本次“神仙打架”车云会的一些节选,诸位有什么感兴趣的想知道的想了解的话题,欢迎戳底下给车云菌留言,让我们下一场走起来吧~

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