电动车的扩大与ICE (内燃机车) 的改善情况 (一)

　2017年5月，迎来成立70周年的日本汽车技术会主办的“日本汽车工程学会 横滨”举办了各类论坛。其中，名为《2030年乘用车动力总成的世界》的论坛针对汽油发动机的革新情况开展了讨论。产官学各方在该论坛过去2年后的今天，针对内燃机的开发进展情况开展了讨论。

　依次由丰田汽车、本田技术研究所、日产汽车、马自达、博世、AVL List、早稻田大学、日本科学技术振兴机构进行演讲，演讲结束后，还举行了专题讨论会。实现45%的有效热效率迫在眉睫，从“下一个技术”是什么的角度实施了专题讨论会。

　丰田将普锐斯、C-HR、凯美瑞等车型上已经实现41%及以上热效率的汽油发动机搭载至HEV，在全球采用丰巢TNGA平台，扩大新动力总成的产品线。利用本田名为i-CVCC的副室快速燃烧系统，虽然只有单汽缸，仍实现45.2%的有效热效率。日产汽车通过采用VC-Turbo，实现高压缩比18.0，毫无压力地实现长冲程。马自达介绍了创驰蓝天的Step-3通过隔热降低冷却损耗的研究情况。早稻田大学的报告称，日本国土交通省将2020年度JC08标准下企业平均燃效目标定在20.3 km/L，但汽油内燃机的有效热效率有望提高至50.35%，还有改善的余地。本报告将介绍丰田、本田、日产、马自达的内燃机的创新情况。

“2030年乘用车动力总成的世界”专题讨论会	为NSX配套，实现66Hz固有频率的铝焊接骨架
(MarkLines拍摄于日本汽车工程学会)

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　丰田为普锐斯、C-HR、凯美瑞等车型的HEV版配套热效率达41%以上的汽油发动机，随着TNGA平台应用至全球，扩大了新动力总成的应用。利用油井到车轮 (Well-to-Wheel) 评估，计划到2030年为止的中短期，着重提高HEV的发动机热效率和动力总成效率。这是由于在日本、美国、欧洲等发达国家，通过HEV以及提高动力总成效率，CO2的排放量基本接近发电所产生的CO2。具体来说，①将发动机热效率提高至50% (开发SIP项目创新的燃烧技术) ②使用生物燃料等，在制造燃料时，使用零CO2的燃料。

• 参见左下图，PHEV、EV受到发电站发电来源 (烧煤、水力、核电等) 的不同影响，油井到车轮评估的CO2排放量也会有所不同。在发达国家，PHEV、EV的CO2排放量较低，而在发展中国家，HEV (燃效40km/L) 的CO2排放量则更低。
• 参见右下图，中短期 (～2030年左右) ①提高动力总成的效率；②如果HEV获得改良，在发达国家的CO2排放量能达成与EV相同水平。长期来看，如果采用生物燃料等，能实现超越EV的CO2性能。

(MarkLines根据丰田资料制作)	(MarkLines根据丰田资料制作)

　本田正加快投放减少CO2排放的电动车。计划到2030年电动车占总销量的2/3，目前正在抓紧开发电动车。但是，电动车的85%将搭载发动机。也就是说，将增加HEV发动机的配套。在实际车辆的行驶模式下，电动车的发动机启动点范围之广远超出想像。

HEV发动机：

1. 冷却水温上升慢 (高效燃烧模式转变时间：205秒)
2. 重新启动的次数多 (低水温重新启动时的排放问题有待解决)
3. 由于NV (噪音振动) 的要求，无法在低负荷区利用效率最高点，会产生燃效损耗
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　等　

与一般的内燃机车发动机不同，电动车发动机需要进行特殊调校。

i-CVCC发动机的研究

　本田着重研究i-CVCC发动机。该发动机是本田在1970年代首次研发的CVCC发动机的现代版，将副燃烧室内点着的火焰高速吹入主燃烧室。相比原有的稀薄燃烧发动机，燃烧快40%。

　本田报告称，燃烧时的空燃比 ( A/F) 最高达35，最大有效热效率达到47％之高。

(MarkLines根据本田资料制作)	(MarkLines根据本田资料制作)

　日产2018年将全球首次量产可变压缩比发动机VC-Turbo，为北美市场英菲尼迪车配套。VC-Turbo发动机利用其曲柄的连杆机构，可按需要将压缩比连续从8.5扩大至14。(参看已刊登报告《革新燃烧技术的研究》)

　热效率如图所示，不到40%。此外，可以在不增加发动机高度的情况下，实现长冲程，以提高燃效。

　为日产Note配套的e-POWER单元由于内燃发动机的运行条件 (大量利用燃效最优点，多进行稳定驾驶)，热效率提高5%左右。

　未来，VC-Turbo发动机与e-Power将成为改善热效率的重要单元。

日产汽车　VC-Turbo发动机 (出处：英菲尼迪公开资料)

日产汽车　e-POWER

(MarkLines根据日产、宝马公开资料制作)

　尚未开发电动车的只有马自达一家了。对油井到车轮 (Well-to-Wheel) 进行评估，如丰田友田博之说明的那样，可有效减少发电站的电源结构中煤炭等火力发电，而且创驰蓝天Step-3所产生的汽车CO2排放量基本接近纯电动车的油井到车轮水平。
这就是马自达始终坚持的内燃机方针。

　创驰蓝天Step-3将冷却损耗降低至极限，相比Step-1减少了70%的冷却损耗 (右上图)，图示热效率总值从百分之四十几提高至56% (右上图红色)。

(MarkLines根据马自达资料制作)

　BSFC (Break Specific Fuel Consumption=有效油耗率) 在1500rpm时，G1 (Step-1 2.0L汽油创驰蓝天) 至G3 (Step-3 2.0L汽油创驰蓝天) 的发动机负荷从53%降低至34%。

早稻田大学从日本截至目前的汽车燃效改善技术的历史进行判断，以“到2030年CO2排放量能否再降30%？”为题进行了演讲。 汽油发动机热效率：从35-40%提高至45-50% (柴油从35-45%提高至50-55%) 改善部分负荷燃效 利用排放废热 SIP“创新性燃烧技术”收获成果 (注)：SIP是指由日本内阁主导的战略性创新创造项目 （Strategic Innovation Promotion Program） 等将在未来10年取得发展，到2030年代，高效发动机将占据全球汽车销量的90%，起到重要的作用。
	(IEA/ETP的乘用车销量预测 (2012)：MarkLines根据大圣教授资料制作) 注) IEA/ETP＝International Energy Agency/Energy Technology Perspectives

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关键词

IC、ICE、内燃机、热效率、e-Power、VC-Turbo 电动化、电动车、PHEV、HEV、FCV、BEV、EV、丰田、本田、日产、马自达

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