2022年11月8日-10日，由中國汽車工業(yè)協(xié)會主辦的第12屆中國汽車論壇在上海嘉定舉辦。作為黨的“二十大”召開后的汽車行業(yè)首場盛會，本屆論壇以“聚力行穩(wěn) 蓄勢新程”為主題，共設置“1場閉門峰會+1個大會論壇+16個主題論壇”，以汽車產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展為主線，與行業(yè)精英一起貫徹新精神，研判新形勢，共商新舉措。其中，在11月9日下午舉辦的“主題論壇5：多技術路線下的新能源汽車發(fā)展”上，上海交通大學汽車工程研究院院長、國際汽車工程師學會會士許敏發(fā)表“增程專用發(fā)動機開發(fā)理念與實踐”的精彩演講。以下內(nèi)容為現(xiàn)場演講實錄：

  非常感謝大會的邀請，很高興在這里跟大家分享我們的一些認識和實踐。剛才張總關于增程式發(fā)動機講得非常好。我們從07年開始一直在做增程式發(fā)動機。對于為什么要做增程式發(fā)動機，剛才張總已經(jīng)講得很清楚了，我這邊主要是從技術角度分析一下。

  首先看一下行業(yè)背景，如圖所示2010年以來新能源汽車的產(chǎn)量銷量的增加，一開始很少，2014年是新能源汽車的元年，開始快速攀升。尤其是2020年之后增長的速度非?？欤?00%以上的年增長率，今年1~9月份已經(jīng)420萬輛的銷售，剛才何秘書長提到年底可能會達到700萬輛，的確是讓人非常激動的變化。

  2004、2005年有一次汽車行業(yè)的井噴，現(xiàn)在新能源汽車井噴時代到來了。從去年6月份到今年9月份的銷量來看，整個市場上的新能源汽車滲透率基本上達到20%~30%，尤其8~9月份達到30%，未來會進一步增長。所以，新能源汽車的確成為一個市場主力軍，已經(jīng)得到廣大的用戶的認可和青睞，不只靠政策推動，而是一種市場拉動所產(chǎn)生的效果。

  比較一下傳統(tǒng)汽車和電動汽車在動力方面究竟有什么區(qū)別?首先從電機和內(nèi)燃機能量轉(zhuǎn)換效率來看。左圖是內(nèi)燃機、右圖是電機的效率曲線。從內(nèi)燃機角度來看，最高熱效率可以達到40%~45%，中間深紅色很小的區(qū)域。其他的區(qū)域越綠色效率越低，純內(nèi)燃機汽車絕大部分運行時間不是在效率最高的點，而是在中間20%~30%的效率點，怠速時更低。也就是說大多數(shù)情況下效率是較低的。內(nèi)燃機的發(fā)展重點是提高熱效率，40%提高到50%，現(xiàn)在當量比燃燒45%是極限，未來稀薄燃燒可到50%，甚至高一點。我們不僅要提高最高效率，我們還要把高效區(qū)域擴大，所以用很多可變技術，增壓、可變氣門、可變壓縮比等等，這些都是技術上的難點，也是開發(fā)的重點。發(fā)動機做得越來越復雜，成本也越來越高。

  電機就不一樣了，電機效率也是等高線，但絕大部分工況都是90%以上，能量轉(zhuǎn)換效率很高，電從哪里來是另外一回事，化石燃料發(fā)電效率也不高。但是從電轉(zhuǎn)化為動力的角度看效率是很高的，而且高效范圍很廣。

  另外是加速感受。電機在低速的加速比發(fā)動機好得多。如圖所示，內(nèi)燃機的扭矩和功率隨著轉(zhuǎn)速提高而提高，剛開始我們起步的時候很低，所以加速的感受不是很好。要想提高駕駛感受，要采用增壓技術，或用大排量發(fā)動機，起步的時候扭矩很大，像很多跑車零百公里加速兩秒、三秒，速度上來后大扭矩就用不上了，是一種浪費。但是電機不一樣，電機一開始就輸出最大扭矩，加速很快。剛才王秘書長說，電動車也有缺點，加速太快，有點駕馭不住的感覺。因為我們希望有人車合一的線性加速感受，所以電機控制要做得好的話，不能一開始把扭矩全部釋放出來，要限制扭矩輸出，線性的感覺會更好一點。電機高速的時候，扭矩會跟不上，高速的時候沒有內(nèi)燃機駕駛感受好。

  講完了電機在效率和加速方面的優(yōu)越性，電動車最大的弱點是電池。我們開車從A點到B點，要把能量裝在車上，車載能量有多少，就取決于我們能跑多遠。如圖所示，不同形式的能源在質(zhì)量和體積上的能量密度，基本上是線性的。最底下的是水力，能量密度最低，然后是電容器、鉛酸電池、鋰離子電池，到甲醇、汽油，最好的是核，是對數(shù)坐標，每一隔差100倍。油比電池高100多倍，這個差距很大。我們現(xiàn)在用的三元鋰電池能量密度已經(jīng)大大提高了，也差30～40倍。所以大的續(xù)航里程需要的電池包又大又重，不安全，成本也高，這就是電池最大的問題。

  除此之外，電池還有很多其他痛點，由于我們想努力提高能量密度，電池安全就有問題，現(xiàn)在有很多電動車自燃的事故發(fā)生。隨著市場保有量增多，電池安全問題越來越引起大家重視。另外是低溫和高速續(xù)航縮水。電池放電是一個化學過程，溫度低的時候電池容量大幅度縮小，高速駕駛時的大電流放電使電池容量快速下降，不像燃油車那樣線性消耗。充電難、充電時間長也是一個問題，需要增加樁和快充技術來解決，但是快充對電池壽命可能有影響。另外是電池換新成本高，電動二手車殘值很低，換車成本高。電池回收難，電池回收也有污染。電池最大的問題是體積大、重量重、成本高。大一點的電動車電池要十萬元以上，這樣的成本是很大的負擔。

  什么是最佳的解決方案?有很多技術路線的爭論，要么是純電動，要么是純?nèi)加停瑸槭裁床荒軆烧呓Y(jié)合起來取長補短?車載能源采用能量密度高的液態(tài)燃料，如汽油、柴油、甲醇、乙醇等，但是氫氣能量密度低，跟電池是一樣的問題，也有安全問題，所以氫氣沒有優(yōu)勢。車輛驅(qū)動采用電機更好。加上一塊小電池，混合動力2度電以下，插電式的20度電以下，增程式純電200公里大概40度電，電池比純電動小多了，從成本、體積各方面都好得多?；靹訕?gòu)架形式有很多，主要有兩種，一個是串并聯(lián)形式的混動，代表的是比亞迪的DM-i，很多企業(yè)在做，各有特色。發(fā)動機和電機共同驅(qū)動，發(fā)動機要參與驅(qū)動，對發(fā)動機的要求比較高。發(fā)動機熱效率要高，高效區(qū)要大，成本是問題。另外兩個動力之間的機電耦合專用變速箱的結(jié)構(gòu)也很復雜，控制就更難。相對來講，技術上做減法的是增程式，發(fā)動機只發(fā)電，可以大大簡化設計，不需要兩個動力在一起耦合，不需要復雜的變速箱，控制也很簡單。

  增程式工作狀態(tài)不受輪端扭矩需求約束，可以持續(xù)在高效區(qū)工作發(fā)電。增程式電動汽車只需要減速器，不需要機電耦合式多檔混動專用變速箱，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了車重及成本。增程式工作模式較串并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)工作模式少，控制策略更加簡單。前面等于是充電寶，充電寶取代了一大堆電池，從車的角度來講，和純電動車有很多通用性，便于模塊化設計。

  比亞迪秦上面如果用搭載增程式的電驅(qū)動與比亞迪DM-i混動來比，車重一樣，用的電池也差不多，里面的驅(qū)動電機大小也差不多，模擬計算結(jié)果顯示，百公里加速增程式要稍好一點。NEDC工況分別在滿電和饋電的情況下，百公里電耗以及續(xù)航里程增程式稍差一點，兩者基本上差不多。所以，從性能上來講，發(fā)動機參與驅(qū)動的混動和不參與驅(qū)動的增程差不多，這個計算局限于用同樣大小的電機和電池，如果電機大一點，電池多一點的話，增程的性能可以進一步提升。

  上海交通大學從2007年開始看重增程專用發(fā)動機的研究，因為發(fā)動機結(jié)構(gòu)可以大幅度做減法，做得很小、很低成本。我們做了三代水平對置的增程發(fā)動機，和常用的直列式發(fā)動機相比，體積和重量減少到二分之一、零部件數(shù)量為三分之一、整機成本只有四分之一。因為很多昂貴的技術如燃油直噴、渦輪增壓、可變VVT等都不需要，就在運行點把發(fā)動機設計做得最好就行了。我們的優(yōu)勢是結(jié)構(gòu)簡單。另外是低振機構(gòu)，水平對置雙活塞振動抵消。控制比較簡單，不需要復雜的控制策略。

  我們開發(fā)的第三代的產(chǎn)品，對所有子系統(tǒng)和專用零部件進行了正向開發(fā)。在實驗室做的實驗開發(fā)包括增程式發(fā)動機性能優(yōu)化、NVH性能測試以及增程式系統(tǒng)優(yōu)化。由于采用水平對置的機構(gòu)和平衡軸，消除了一、二級振動，很低的振動噪音。目前油耗218g/千瓦時，正在進一步優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，可達到40%的熱效率。更多的輕量化，除了結(jié)構(gòu)簡單，用了很多塑料件。更低的成本，沒有用很貴的零部件。這是我們的一些主要參數(shù)，0.82升，14：1的壓縮比、34千瓦的輸出功率、重量只有50千克。

  目前開發(fā)的是適合產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)的樣機，這種新概念發(fā)動機可以在多種車型上擴展，這是一個型譜規(guī)劃。現(xiàn)在開發(fā)的0.8L/0.8T增程器+100千瓦三合一電驅(qū)系統(tǒng)，可用與A0和A級車型;中間也是兩缸的擴缸到1.2升， 1.2自然吸氣和1.2增壓的，可以適用于A和B車型;像理想汽車那樣比較大的SUV可以用四缸的1.6~2.0升加增壓，和200千瓦電機，就可以滿足更高的動力要求。

  除此之外，我們也可以把這個概念推廣到其他應用場景，我們現(xiàn)在開發(fā)一個40cc的，準備用到無人機上，年底之前完成樣機試制。其他應用領域，如輕型商用車、物流小車、摩托車、沙灘車、無人機、輪椅等都可以采用這個概念的增程系統(tǒng)，作為增程式的混合動力或者充電寶形式的技術概念，我認為還是很有前景的，謝謝大家!

  (注：本文根據(jù)現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱)