年底,工信部明确表示将同步推动新能源汽车与内燃机技术发展,为燃油车行业带来振奋人心的消息,成为技术创新的催化剂。日,在重庆举行的中国汽车工程学会年会上,工信部装备工业一司副司长郭守刚强调稳健转型,反对内卷,鼓励内燃机技术进步。
3月29日,在中国电动汽车百人会论坛(2025)上,上海交通大学汽车工程研究院院长许敏教授发表了《增程技术路线的挑战与技术方案研讨》的主题演讲,许敏分析道,从中国2022-2024年市场态势来看,两年内不同动力技术的市场增长率变化此起彼伏:起初纯电动汽车增速迅猛,后来插电式混合动力汽车发展更快,现在增程式电动汽车增长最快。
许敏进一步指出,诸如理想、问界等大中型豪华车采用增程技术路线获得成功,因其能带来纯电驾驶体验、且没有里程焦虑,同时配置豪华内饰和各种智驾、智舱功能,及较好的NVH性能,动力充沛,适合家庭长途旅行等各种使用场景。但需注意的是,中国当前汽车市场主要集中在A级车市场,对成本极为敏感,那么这种“大电池+大发动机”的技术路线,是否契合中国绝大多数市场的实际需求,值得探讨。
本期智库说对话上海交通大学汽车工程研究院院长许敏,深度探讨在电动车快速发展的背景下,发动机技术进步意义何在?发动机技术创新的方向?发动机热效率之争异常激烈,花费大量精力和成本提升发动机热效率有何意义?等等热点话题。
尽管发动机未来应用空间依然广阔,但我们必须思考如何在新用途、新的混合动力系统中对其进行前所未有的创新。
内燃机当前需要做的首要任务是摒弃旧有观念,即发动机必须按传统方式制造、外观固定、零部件众多。
随着中国汽车品牌走向世界,面对不同国家的应用场景,我们需要考虑电动车的局限性,以及插电混动和增程式电动车在高速持续行驶时可能存在的问题。
在发展新能源汽车专用发动机技术创新引领同时,也注重混动发动机的技术追赶,尽快给大排量发动机松绑。
智库君:当下汽车业界围绕发动机技术热议不断,部分企业仍在持续推进相关研发。然而,在电动车发展态势迅猛的当下,发动机技术更新是否仍具价值?那么,当下我们究竟该如何开展发动机技术创新工作的?
许敏:实际上,观察这两年新能源汽车的发展态势,特别是我在百人会论坛上的报告中提及的,从去年起,搭载发动机的新能源车型,尤其是增程式电动车,其市场表现超越了纯电动车,增长率更为迅猛。起初,市场以插电式混合动力车型为主导,而自去年下半年以来,增程式电动车逐渐成为主流,几乎所有新老势力车企都在涉足这一领域。这些增程式车型以及同步热销的插电式混合动力车型均配备了发动机,这表明发动机不仅没有过时,反而焕发了新的生机。然而,这里的发动机已非昔日之旧物。
我的观点是,尽管发动机未来应用空间依然广阔,但我们必须思考如何在新用途、新的混合动力系统中对其进行前所未有的创新。实际上,发动机创新的空间相当大。如果只是简单地对传统汽车发动机进行微调便加以应用,那么在实际需求、能耗、成本等多个方面,都并非最优选择。
许敏:是的,创新空间很大。目前发动机技术发展重点已转向节能。以往我们着重提升发动机动力,追求升功率,提倡小型化和增压直喷技术。然而,这一趋势现已转变,业界普遍关注发动机热效率的提升。例如,清华大学帅石金老师所举的案例中可以看到,发动机功率普遍有所降低,而采用更多提升热效率的技术,在动力与热效率间的平衡上偏重热效率,这是中国车企在面临新的需求时的积极转变与进步。
在新能源汽车中的发动机,无论是插电混动还是增程式,beat365注册都需要更高的发动机热效率,因为电机驱动的优越动力性,对发动机的动力需求已大幅降低。随着发动机运行工况范围变小,发动机多数情况下运行在高热效率区,最高热效率成为发动机的主要技术指标。然而,提升热效率是否就是最重要的发展方向?
对于发动机而言,这确实是长期追求的目标。但对于增程式动力系统而言,单纯提升发动机热效率不一定是最佳选择。从众多主机厂增程车型实际使用统计数据来看,增程式电动车依赖电机驱动,绝大部分时间是从电池取电的纯电驱动,发动机运行发电的时间很短。在中国电价又远低于油价,因此,花费大量精力和成本来提升发动机热效率,其实际意义可能并不大。此时,我们或许应在热效率和成本之间找到平衡,在适度优化发动机热效率同时,考虑将发动机设计得更简单、成本更低,同时提升NVH性能,以实现更优的综合效益。
在增程和混动系统中,发动机通常在电池SOC不足时才启动发动机发电。此时,发动机的声音会让人感到不适,因为驾驶者并未期待其启动,因此发动机应尽可能静音,以保持类似电动车的驾驶感受,NVH性能变得尤为重要,直接影响驾乘体验。此外,发动机的尺寸和排量也不宜太大。在混动系统中,发动机是重要动力源;而在增程系统中,发动机仅发电,不参与驱动,因此小排量发动机已经足够。
当前,我国增程电动车中的发动机普遍都太大,主要考虑电池耗尽时仍能维持最大的车辆性能要求,但实际上这种亏电工况发生概率极小。由于配备了两套全尺寸、全性能的动力系统,是一种资源浪费,无疑降低了性价比。因此,增程器目前仅在豪华中大型车上市场表现良好,而A级车对性价比敏感,难以承受额外成本,导致售价缺乏竞争力,最终影响销量。
针对这些问题,我提出几个创新概念,将增程发动机小型化、低成本化,并注重静音设计与AI控制,这些方面均蕴含颠覆性创新机遇,超越了单纯追求热效率的范畴,在热效率指标以外,又提出了几个新的指标,为增程电动车的发展开辟了新的方向。
我认为,在增程发动机的设计中,成本控制至关重要,而排量不必过大。根据车型差异,如A0级、A级、B级等,所需发电功率各不相同,但总体上远低于传统发动机。例如,部分车型可能仅需20千瓦以下的功率,而有些则可能需要30千瓦左右。然而,当前市场上的传统发动机功率普遍在60千瓦至80千瓦之间,这明显超出了我们的实际需求。
为了优化成本,同时满足功率需求,我建议采用两缸发动机设计来替代四缸。宝马i3增程电动车采用的直列两缸发动机噪音问题突出,让人难以忍受。采用水平对置两缸发动机就能有效消除噪音。这种设计不仅缩小了发动机体积,使其尺寸更小、布局更灵活,而且功率也较为适中。在此基础上,若能进一步提升发动机热效率,就能打造出专为增程电动车量身定制的理想发动机。
在制造环节,我们提出不必遵循传统铸造和机床加工等工艺生产小功率发动机,提出全新制造方式,无需大量机械加工和模具,实现生产线小型化、全自动化,降造成本50%,大幅减轻发动机重量。同时,完美平衡多方向震动,隔绝燃烧噪音,实现完全无感化设计,beat365注册这些创新颠覆了传统做法。
我认为,内燃机当前需要做的首要任务是摒弃旧有观念,即发动机必须按传统方式制造、外观固定、零部件众多。不打破这种观念,就只能在小处精益求精,难以实现大的突破。电动化降低了对发动机的需求,可以大幅简化发动机设计和制造,让成本成为最重要的追求目标。
在发动机控制方面,以前复杂的车辆运行工况和多变的驾驶、气候、道路条件等需要开发复杂的控制策略,这方面一直也是国外技术封锁的关键点。现在增程发动机只需针对几个运行点,用简单的大数据模型实时学习、训练、迭代即可。我们无需投入大量时间进行发动机标定,也无需依赖复杂的控制策略,仅需少量参数,一般计算能力即可满足。千人千面,每辆车都有其最适合的控制方法和数据,新技术为此提供了机会。
总之,传统发动机上也有大量颠覆创新的空间。创新与先进是不同的概念,创新不仅限于新领域、新学科,传统产品和方法同样也能创新。能否想出全新概念和方法来颠覆已有的东西,才是真正的创新,越是传统的技术和产品,越需通过创新来实现不断进化和超越,而非简单地抛弃或将就。
智库君:关于燃油车是否应退出历史舞台存争议。虽说合资企业仍依赖燃油车利润,且车企仍在更新发动机技术,如上汽大众的EA888发动机和宝马的全新X3等。那么,您认为,燃油车在发动机技术上还有进步的可能吗?
许敏:我觉得与新能源汽车的发动机技术相比,传统发动机技术的进步空间可能不太大,因为现有技术已相当先进和成熟了。全世界范围来讲的话,现在可能主要是进行一些优化。在国际市场上,特别是德国等地,由于电价相对较高,油价比电价更便宜,因此许多插电混合动力车的车主选择只使用油。此外,国外长途高速驾驶较多,如德国的不限速高速公路和美国的广泛高速公路网络,也决定了汽车使用需求对发动机动力的依赖。
首先,我认为,我国燃油车目前存在排量限制与功率偏小的问题,考虑到我国车相对较小,且高速公路限速,车流比较拥堵,这样的车型在一定程度上是足够的。相比之下,欧美国家长途高速驾驶较为普遍,且部分国家车速无限制,对发动机的要求更高。电动车虽在加速方面表现优秀,但在高速持续行驶时,电池放电速度加快,不但纯电动无法满足这些场景的需求,我国特色的以电为主的大电池插混和增程车型也难以应付。因此发动机在这些场合下仍占据主导地位。在欧美国家,发动机仍是主要动力源,电动化目前无法完全取代。
随着中国汽车品牌走向世界,面对不同国家的应用场景,我们需要考虑电动车的局限性,以及插电混动和增程式电动车在高速持续行驶时可能存在的问题。而国外之所以倾向于纯内燃机或混合动力(非插电式),是因为混合动力车型的发动机性能同样强劲,功率较大。从出口的角度来看,了解并适应这些差异对于提升中国汽车品牌的国际竞争力至关重要。
从另一个角度来看,外国充电设施不如我国普及便捷,且电池价格远高于我国。尤为关键的是,外国电价并不比油价便宜,甚至在某些国家,电价还远高于油价。在油价低而电价高的情况下,使用电池并不划算。加之充电设施稀缺且电池成本高昂,这些因素综合起来,要求我们在汽车出海时必须根据当地实际情况重新调整策略。
因为我国独特的排量税有利于1.5升以下排量发动机,限制了大排量发动机的发展。然而,2.0升及以上的发动机在动力性方面表现出色,如著名的EA888发动机,被大众、保时捷和奥迪等品牌广泛使用。中国也有越野、跑车等细分市场需要大发动机的汽车,我们需要更全面地考虑不同市场的需求和应用场景,开发各种排量和功率的不同技术路线的发动机,在发展新能源汽车专用发动机技术创新引领同时,也注重混动发动机的技术追赶,尽快给大排量发动机松绑。