2022年11月8日-10日，由中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)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(huì)，本屆論壇以“聚力行穩(wěn) 蓄勢新程”為主題，共設(shè)置“1場閉門峰會(huì)+1個(gè)大會(huì)論壇+16個(gè)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(shù)路線下的新能源汽車發(fā)展”上，上海交通大學(xué)汽車工程研究院院長、國際汽車工程師學(xué)會(huì)會(huì)士許敏發(fā)表“增程專用發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)理念與實(shí)踐”的精彩演講。以下內(nèi)容為現(xiàn)場演講實(shí)錄：

  非常感謝大會(huì)的邀請，很高興在這里跟大家分享我們的一些認(rèn)識和實(shí)踐。剛才張總關(guān)于增程式發(fā)動(dòng)機(jī)講得非常好。我們從07年開始一直在做增程式發(fā)動(dòng)機(jī)。對于為什么要做增程式發(fā)動(dòng)機(jī)，剛才張總已經(jīng)講得很清楚了，我這邊主要是從技術(shù)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(huì)達(dá)到700萬輛，的確是讓人非常激動(dòng)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(shí)代到來了。從去年6月份到今年9月份的銷量來看，整個(gè)市場上的新能源汽車滲透率基本上達(dá)到20%~30%，尤其8~9月份達(dá)到30%，未來會(huì)進(jìn)一步增長。所以，新能源汽車的確成為一個(gè)市場主力軍，已經(jīng)得到廣大的用戶的認(rèn)可和青睞，不只靠政策推動(dòng)，而是一種市場拉動(dòng)所產(chǎn)生的效果。

  比較一下傳統(tǒng)汽車和電動(dòng)汽車在動(dòng)力方面究竟有什么區(qū)別?首先從電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率來看。左圖是內(nèi)燃機(jī)、右圖是電機(jī)的效率曲線。從內(nèi)燃機(jī)角度來看，最高熱效率可以達(dá)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(jī)汽車絕大部分運(yùn)行時(shí)間不是在效率最高的點(diǎn)，而是在中間20%~30%的效率點(diǎn)，怠速時(shí)更低。也就是說大多數(shù)情況下效率是較低的。內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展重點(diǎn)是提高熱效率，40%提高到50%，現(xiàn)在當(dāng)量比燃燒45%是極限，未來稀薄燃燒可到50%，甚至高一點(diǎn)。我們不僅要提高最高效率，我們還要把高效區(qū)域擴(kuò)大，所以用很多可變技術(shù)，增壓、可變氣門、可變壓縮比等等，這些都是技術(shù)上的難點(diǎn)，也是開發(fā)的重點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)做得越來越復(fù)雜，成本也越來越高。

  電機(jī)就不一樣了，電機(jī)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(dòng)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(jī)在低速的加速比發(fā)動(dòng)機(jī)好得多。如圖所示，內(nèi)燃機(jī)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(shí)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(shù)，或用大排量發(fā)動(dòng)機(jī)，起步的時(shí)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(fèi)。但是電機(jī)不一樣，電機(jī)一開始就輸出最大扭矩，加速很快。剛才王秘書長說，電動(dòng)車也有缺點(diǎn)，加速太快，有點(diǎn)駕馭不住的感覺。因?yàn)槲覀兿Ｍ腥塑嚭弦坏木€性加速感受，所以電機(jī)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(huì)更好一點(diǎn)。電機(jī)高速的時(shí)候，扭矩會(huì)跟不上，高速的時(shí)候沒有內(nèi)燃機(jī)駕駛感受好。

  講完了電機(jī)在效率和加速方面的優(yōu)越性，電動(dòng)車最大的弱點(diǎn)是電池。我們開車從A點(diǎn)到B點(diǎn)，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(yuǎn)。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(biāo)，每一隔差100倍。油比電池高100多倍，這個(gè)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(diǎn)，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(dòng)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(gè)化學(xué)過程，溫度低的時(shí)候電池容量大幅度縮小，高速駕駛時(shí)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(shí)間長也是一個(gè)問題，需要增加樁和快充技術(shù)來解決，但是快充對電池壽命可能有影響。另外是電池?fù)Q新成本高，電動(dòng)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(diǎn)的電動(dòng)車電池要十萬元以上，這樣的成本是很大的負(fù)擔(dān)。

  什么是最佳的解決方案?有很多技術(shù)路線的爭論，要么是純電動(dòng)，要么是純?nèi)加?，為什么不能兩者結(jié)合起來取長補(bǔ)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(dòng)采用電機(jī)更好。加上一塊小電池，混合動(dòng)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(dòng)小多了，從成本、體積各方面都好得多。混動(dòng)構(gòu)架形式有很多，主要有兩種，一個(gè)是串并聯(lián)形式的混動(dòng)，代表的是比亞迪的DM-i，很多企業(yè)在做，各有特色。發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)要參與驅(qū)動(dòng)，對發(fā)動(dòng)機(jī)的要求比較高。發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率要高，高效區(qū)要大，成本是問題。另外兩個(gè)動(dòng)力之間的機(jī)電耦合專用變速箱的結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，控制就更難。相對來講，技術(shù)上做減法的是增程式，發(fā)動(dòng)機(jī)只發(fā)電，可以大大簡化設(shè)計(jì)，不需要兩個(gè)動(dòng)力在一起耦合，不需要復(fù)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(dòng)汽車只需要減速器，不需要機(jī)電耦合式多檔混動(dòng)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(dòng)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(dòng)車有很多通用性，便于模塊化設(shè)計(jì)。

  比亞迪秦上面如果用搭載增程式的電驅(qū)動(dòng)與比亞迪DM-i混動(dòng)來比，車重一樣，用的電池也差不多，里面的驅(qū)動(dòng)電機(jī)大小也差不多，模擬計(jì)算結(jié)果顯示，百公里加速增程式要稍好一點(diǎn)。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(diǎn)，兩者基本上差不多。所以，從性能上來講，發(fā)動(dòng)機(jī)參與驅(qū)動(dòng)的混動(dòng)和不參與驅(qū)動(dòng)的增程差不多，這個(gè)計(jì)算局限于用同樣大小的電機(jī)和電池，如果電機(jī)大一點(diǎn)，電池多一點(diǎn)的話，增程的性能可以進(jìn)一步提升。

  上海交通大學(xué)從2007年開始看重增程專用發(fā)動(dòng)機(jī)的研究，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)，和常用的直列式發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)成本只有四分之一。因?yàn)楹芏喟嘿F的技術(shù)如燃油直噴、渦輪增壓、可變VVT等都不需要，就在運(yùn)行點(diǎn)把發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)，水平對置雙活塞振動(dòng)抵消?？刂票容^簡單，不需要復(fù)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(jìn)行了正向開發(fā)。在實(shí)驗(yàn)室做的實(shí)驗(yàn)開發(fā)包括增程式發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)構(gòu)和平衡軸，消除了一、二級振動(dòng)，很低的振動(dòng)噪音。目前油耗218g/千瓦時(shí)，正在進(jìn)一步優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，可達(dá)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(jī)，這種新概念發(fā)動(dòng)機(jī)可以在多種車型上擴(kuò)展，這是一個(gè)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(kuò)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(jī)，就可以滿足更高的動(dòng)力要求。

  除此之外，我們也可以把這個(gè)概念推廣到其他應(yīng)用場景，我們現(xiàn)在開發(fā)一個(gè)40cc的，準(zhǔn)備用到無人機(jī)上，年底之前完成樣機(jī)試制。其他應(yīng)用領(lǐng)域，如輕型商用車、物流小車、摩托車、沙灘車、無人機(jī)、輪椅等都可以采用這個(gè)概念的增程系統(tǒng)，作為增程式的混合動(dòng)力或者充電寶形式的技術(shù)概念，我認(rèn)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)