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• | 斯巴鲁:下一代e-BOXER |
• | 马自达:转子EV系统概念 |
• | 丰田1.5升与2.0升直列四缸发动机 |
• | 以3家公司的“本色”创造汽车产业的未来 |
• | <参考>“直列”、“V型”、“水平对置”和“转子”发动机之间的区别 |
斯巴鲁、马自达和丰田在5月28日举行的多路径说明会上,就研发电动化时代的全新发动机发表了三方声明。
三家公司的CEO在致辞中表达了对研发工作的想法,随后首席技术官(CTO:Chief Technology Officer)对全新发动机进行了说明。
三家公司都“不服输”,在汽车运动一线的竞争中不断完善自身的技术。
工程师们十分自豪地介绍了他们研发的发动机,现场气氛十分热烈。
是“重生”而不是“延寿”,本期报道详细介绍了三家公司追求各自独特性的全新技术。
※文章末尾介绍了“直列”、“水平对置”、“转子”等发动机的基本知识。
“一味追求效率时,水平对置发动机并不一定是最优解。但没有水平对置发动机的斯巴鲁会是什么样子呢?(想到这儿)一切就变得明朗。当今世界唯一一家平民化品牌水平对置发动机的制造商,是斯巴鲁。”
斯巴鲁 董事 专务董事执行役员 藤贯哲郎CTO
负责在斯巴鲁展台进行演讲的是藤贯哲郎CTO。他谈到,为了让品牌突出重围,应该进一步加强斯巴鲁的特色。
此次,斯巴鲁在会上公开了名为“下一代e-BOXER”的水平对置发动机混合动力系统。
藤贯CTO表示,该混合动力系统的研发主题是“打动一直以来支持斯巴鲁的粉丝,并攻破目前的弱点——油耗性能”。
目前的e-BOXER是并联式混合动力系统,由发动机和电机双方提供动力。新系统为混联式混合动力,既能让发动机直接提供驱动力,又有望降低油耗。
混合动力技术大致分为3种:①并联式混合动力,发动机和电机两者均能提供驱动力;②串联式混合动力,将发动机作为发电机,由电机提供驱动力;③混联式混合动力系统,以上两种系统的组合,根据行驶状况,电机和发动机双方均能提供驱动力。第三种的混联式混合动力系统能让发动机休息,有利于降低油耗。
它的特征是紧凑。在全长较短的水平对置发动机之后,依次是驱动前轮的差速器、混合动力单元的两个电机、变速器、用于向后轮传递扭矩的分动箱,以上所有装置紧紧相连,构成一个一体化的系统。
另外,以往动力控制单元会占用燃料箱的一部分空间,现在能直接搭载在发动机舱中,所以确保了燃料箱的容量,做到让这款车在续航里程方面具有相当的竞争力。
另外,斯巴鲁还将在琦玉县北本市建立一家工厂,生产这种混合动力的驱动装置,并计划于今年秋季开始生产工作。
藤贯CTO还提到了与马自达、丰田合作研发碳中和燃料,以及在超级耐力赛上推出新车(High Performance X Future Concept)的计划,进一步展现了三家公司在“共创”和“竞争”方面投入的热情。
“转子发动机是马自达独一无二的内燃机。然而,由于其结构特点,它曾多次面临严峻的环境监管挑战,甚至曾经在市场上消失过。但是我们认为,现在正是利用我们这份独特性并将其转化为优势的时候。”
上图为马自达董事、专务执行役员:广濑一郎CTO。
马自达的广濑一郎CTO强调,作为公司代名词的转子发动机在帮助实现碳中和社会方面发挥着越来越重要的作用。
马自达展示了包括单转子和双转子在内的“转子EV系统概念”。该电动动力系统活用了转子发动机“体积小、重量轻和输出功率大”的特点。
单转子模型(横置*)结构紧凑,即使与电动装置组合使用,也可直接装入专为纯电动车(BEV)设计的发动机舱。
双转子模型(纵置*)具有创新的低重心设计,其重心低于左右轮胎的顶部。广濑CTO自豪地说:“这可以说是打破传统发动机汽车框架的结构”。
*横置和纵置:横置发动机是指,相对于行驶方向,将作为发动机旋转轴的曲柄轴横向安装在发动机上,这种安装方式多见于前轮驱动车辆,以此可获得更大的车内空间;纵置发动机的安装方向则与车辆行驶方向平行,可以轻松地将发动机的动力传递到车辆后部,这种安装方式多见于后轮驱动车辆。
另外在演讲中,广濑CTO还抽出时间说明了转子发动机和碳中和燃料的相容性。
虽说它们统称为碳中和燃料,但其种类、特性多种多样。既有不易燃的燃料,也有非常易燃的燃料。既有燃料本身具有润滑性的,也有不具有润滑性的醇类燃料。
转子发动机的特征在于,它具有与其他发动机不同的独特旋转方式,由此发生的燃烧也独一无二。
在燃烧室内沿着一个方向,产生强劲的流动,让燃料与空气混合,不易燃的燃料也能充分燃烧。
另一方面,由于发动机内的燃烧室和吸入空气的进气室相互分开,进气室内不易形成高温,因此也能够抑制易燃燃料不必要的过分燃烧。
此外,转子发动机的构造中没有阀门,所以几乎不受燃料的润滑性影响。
发布会上,马自达的毛笼胜弘社长谈到了“(转子发动机)具有非常高的燃料通用性”,指的就是这件事。
对马自达来说,最大的课题仍然是日趋严格化的排放气体限制。例如欧洲预计从2028年1月开始在乘用车和商用车导入“欧洲第七阶段排放标准(欧7)”。欧美对排放有着严格的法规限制,这是马自达必须解决的难题。
对于这一难题,马自达认为或许能够通过多种手段促进实现清洁排放。例如在适合用发动机的区域,选择性地发电并积蓄电力;或者在发动机起动后(排放非常高的阶段),用电力加热发动机主体等。
广濑CTO总结道:“我们要让商品打破固有的内燃机汽车框架,提供更多样化、让顾客满意的选项,并以此参与碳中和社会的建设和环境贡献。此外,也能和BEV的普及同步推进,共同实现碳中和化。”
转子发动机将通过挑战电动化和碳中和燃料对应等,再次成为多路径解决方案的选项之一。
“今天向大家展示的这款发动机,与一直以来丰田所使用的发动机,在概念上完全不同。我们将其定义为‘Engine Reborn’。”
丰田汽车副社长中嶋裕树。
中嶋裕树CTO满怀激情地向大家介绍的产品是排气量分别为1.5升与2.0升的两款直列四缸发动机,它以电动化为前提设计,具有小型化、高效率、高马力等特点。
首先,他为大家介绍的是全新1.5升发动机。现场还准备了自然吸气与搭载了涡轮增压器的两种类型。
作为自然吸气式发动机之间的对比,将现有1.5升三缸发动机作为参照,全新1.5升发动机的体积与整体高度均减少了10%。
通过增加一个气缸,实现了整体机身高度的缩小,为发动机自身体积的小型化改进起到了实质性作用。
今后,为适应欧美地区预计实施的严格尾气排放限制规定,现有发动机要以牺牲一部分功率来作为代价,并且为净化尾气还需用到大量催化剂,也会因此提高成本。
与此相对,全新发动机通过燃烧技术的改善,能够在符合规定的前提下保持现有马力。且由于自身体积小,起到了降低前机盖高度的作用,实现了削减气动阻力的效果。将全新发动机搭载到轿车车型上,预计能够节省12%的油耗。
另外,全新1.5升发动机加装涡轮增压器后,性能可以堪比牵引重物用车辆所搭载的2.5升自然吸气发动机。
对比因受排放限制规定的制约,不得不降低约30%马力的现有发动机,全新1.5升涡轮增压发动机能够在保持马力的同时,实现体积减少20%,整体高度减少15%。
另外,全新2.0升涡轮增压发动机与现有2.4升涡轮增压发动机相比,体积与整体高度都减少了10%。
不但如此,这款发动机的马力还得到了大幅提升。无论是卡车这种大型车,还是运动车型,足够强劲的马力能够支持其被广泛地用于各种有着高输出需求的车型。
“拥有高效率化、小型化等特点,同时具有大马力的发动机,再通过与电动装置的结合,对比BEV车型,今后有望能以更实惠的价格实现销售。”
无论是BEV还是发动机,丰田都在认真研发。中嶋副社长的演讲中再次流露出了对发动机更多可能性的期待。
“现在,发动机仍能作为实现碳中和的切实手段,有其发挥作用的一席之地。所以,让我们继续研究与开发发动机技术吧。让我们成立一个发动机研发项目吧。”
摄影:三桥仁明/N-RAK PHOTO AGENCY
今年1月,Morizo车手,即丰田章男会长在2023东京改装车展上如此说道。与会长想法产生共鸣的3家公司决定合作。
此次,充满热情的他们,以继续展开发动机研发的姿态,面向新增人员众多的汽车产业供应链,做出宣言:“一起创造内燃机的未来”(佐藤恒治社长)。
在本次活动开始时,会场中先播放了一段介绍3家公司发动机研发史的视频。《大气净化法案》 (又称马斯基法案) 的出台、石油危机的爆发……回顾历史,发动机几度遭遇存亡危机。可以说发动机的研发史,正是记录了各家公司与供应商一起用技术的力量克服重重危机,并将其转变为独步全球技术优势的挑战史。
面向碳中和社会,发动机再次直面变革。各公司将相互切磋,在不断钻研各自强项的同时,携手“共创”汽车产业的未来。
一般来说,发动机的名称取决于气缸(发动机内部的圆柱形燃烧室)的排列方式,单独一排称为“直列”,左右交替的V字形排列称为“V型”。
此外,“水平对置”是指气缸水平排列,相互面对。“转子”的特点是其中有一个三角转子,通过旋转产生动力。
水平对置发动机重心低,发动机高度低。此外,得益于两侧的活塞以相互抵消振动的方式运动,水平对置发动机还具有低振动的特点。
转子发动机结构简单,体积小、重量轻,但输出功率高。在消失11年之后,转子发动机于去年重新焕发生机,现在已不再用作动力,而是被用作发电机。