为啥现在的国产车发动机能超越合资？

众所周知，发动机是燃油车上技术含量最高的部件之一，所以它的好坏直接决定了一款车的综合性能。然而在过去的数十年时间里，由于国产发动机的技术相对落后，所以国产车的油耗、动力甚至质量经常被人诟病。但最近几年，以长城、长安、传祺、奇瑞、上汽为代表的自主品牌，均推出了最新的1.5T和2.0T发动机，这些新发动机不仅动力性能大幅提升，而且热效率也超越了合资产品。要知道，发动机的热效率越高，输出相同的动力所消耗的燃油就越少，也就是说在节油性能方面，国产主流1.5T、2.0T发动机并不比合资厂商差。

从参数对比来看，目前合资1.5T发动机里最具代表性的依然是本田思域的1.5T发动机，最大热效率为38%。与之相比的话，荣威、奔腾的1.5T发动机最大热效率全部都超过39%，而长安和传祺两家的热效率更是达到或超过了40%。

要知道，发动机研发本身是一个十分烧钱的项目，像是那些国际一线的汽车厂商在发动机研发领域的投入动辄数十亿甚至上百亿美元，而且研发周期极其漫长，所以只有少数实力雄厚的厂商才有能力搞发动机。过去自主品牌销量不高，并且主销车型普遍在10万左右的入门价位，厂家自然也就没有动力去研发新技术。而随着最近几年自主品牌销量崛起，并且车型的价格不断上探，形势因此迎来了转变。

从市场占有率来看，2012年自主品牌乘用车总销量为424.68万辆，占到车市总销量的32.2%。而时间来到2022年，今年1-10月自主品牌乘用车销量达到了870万辆，市场占比达到了52%，短短10年不到的时间，自主品牌就已经成为了中国市场的绝对主流。

除了自身的发展需求之外，国产发动机的研发其实也受到了油耗法规的推动。早在2013年，工信部等五部门就联合制定了《乘用车企业平均燃料消耗量核算办法》。简单来说，工信部每年都会对车企的平均油耗进行考核，假设A车的目标油耗为5L/100km，但实际申报油耗为6L，那么每生产一辆A车，就会产生1个“负燃油积分”，反之，如果A车的油耗为4L，那么生产一辆A车就产生1个“正燃油积分”。

由于A车的燃油积分为负，所以生产A的车企就要向“燃油积分为正”的B车企购买积分。要知道1个正积分价格在几百到上千元之间波动，而一款车的产量动辄几万或者几十万台，所以一款车的油耗超过目标值后，该车企需要向另一个车企支付上千万甚至上亿的费用购买积分。也正是迫于企业油耗积分的压力，最近几年有不少在国内生产的大排量车型都已经停产。

如果说市场、政策是推动国产发动机升级的宏观因素，那么国内厂商的发动机研发实力的进步则是必要的条件。以前自主品牌的发动机油耗、动力与外国品牌的确存在一定差距，而导致这种现象的原因主要是研发方法、手段不如国外先进。以发动机油耗为例，从理论上来解释的话，现在的发动机油耗高，都是因为发动机有排气、冷却、泵气、摩擦四大损失。

但是具体到如何去降低损失、提高发动机的热效率时，每个厂家的办法却不一定相同，所以不同厂商所推出的发动机，其最为核心的“燃烧系统”设计必然就不一样了。燃烧系统其实就是发动机的“根基”，它的作用就是把汽油燃烧的能量转换为机械动力，所以发动机的进气道形状、燃烧室设计 、喷油嘴布置、点火等等都被包含在燃烧系统内。可以说，燃烧系统设计的好与坏，直接决定了一款发动机的性能高低。

燃烧系统中的一个细节变动，都会影响到整个发动机的热效率、动力和尾气排放。以上图为例，右侧的发动机在改进了进气道形状后，进气效果就有了明显提升，都能有助于提升发动机的热效率。国产发动机之所以在近些年突飞猛进，最重要的原因就是在发动机技术迭代的过程中，积累并掌握了更先进的燃烧系统设计方法。

以最早自研发动机的奇瑞为例，2003年奇瑞推出了属于自己的第一代发动机，当时奇瑞QQ搭载的0.8L发动机就属于第一代机型，这代产品只是解决发动机有无的问题，当时的燃烧系统设计还处于摸索阶段。

不过，2009年奇瑞推出了第二代后，对于设计燃烧系统就有了较深的了解，于是奇瑞选择从进排气系统入手，首先采用低惯量涡轮让涡轮增压器可以更早地介入工作，同时采用水冷式中冷器来降低进气温度提高效率。以瑞虎7搭载的第二代1.5T发动机为例，虽然这台1.5T虽然采用了进气歧管喷射技术，并不如当时大众1.4T采用的缸内直喷技术，但是得益于低惯量涡轮、水冷中冷等技术的应用，还是做到了37.1%的热效率，比大众1.4T的35%高了不少。

不过我们也可以看到，大众1.4T最大功率达到了150马力、峰值扭矩250牛·米，而奇瑞1.5T最大功率为147马力、扭矩只有210牛·米。也就是说，奇瑞的二代发动机其实是牺牲了一定的动力性能来降低油耗。

2019年，奇瑞推出了第三代发动机。从硬件上来看，第三代发动机最大的变化，不过就是把进气歧管喷射升级为缸内直喷，并且排量扩大了0.1L，但实际上三代发动机进气道、燃烧室、活塞、喷油嘴全部重新设计，也就是说三代发动机有了全新的燃烧系统，奇瑞给新的燃烧系统取名叫“i-HEC”。

如上图所示，采用i-HEC燃烧系统的1.6T发动机，在进气过程中气缸内的滚流更大，借助更大的滚流，汽油颗粒可以快速、均与的与空气混合，并且点火后迅速燃烧，从而使动力变得更强，并且尾气污染物进一步减少。虽然第三代1.6T发动机动力大幅提升，最大功率提高到了197马力，峰值扭矩300牛·米，但是热效率依然保持在了37.1%，可以说三代机兼顾了油耗和动力。

而奇瑞第三代2.0T发动机在“i-HEC”燃烧系统的基础上，又将缸径行程比增加到了1.22，而丰田的TNGA发动机为1.2，更大的缸径行程比使得发动机气缸内的滚流进一步提高。于是奇瑞的2.0T热效率达到了38%，而且最大功率提升到了261马力，峰值扭矩400牛·米。

换算过来，这台发动机的升功率有108马力、升扭矩200牛·米。要知道丰田此前的8AR 2.0T发动机热效率只有36%，最大功率220马力，最大扭矩350牛·米，而丰田最新研发的T24A 2.4T发动机热效率也不过38%，最大功率279马力，最大扭矩430牛·米，不管是热效率还是动力参数，都没有比奇瑞的2.0T强太多。

看到这大家就要说了，国产发动机虽然宣传热效率很高，但是装车后油耗并不一定比合资低。以紧凑型轿车为例，影豹的1.5T热效率达到了40.48%，思域的1.5T只有38%。理论上影豹的油耗应该全面好于思域，但是车主提供的油耗数据显示，思域的实际百公里油耗为6.37-8.48L，而影豹油耗为7.17-9.65L，似乎热效率高的发动机油耗也不低？

事实上，整车油耗高低不仅取决于发动机热效率，而且还跟变速箱的传动效率、动力匹配以及车身轻量化密切相关。而在这些领域，目前自主品牌依然存在薄弱点，所以才会出现发动机性能和热效率都很出色，却发挥不出来的局面。

但如果我们把目光转移到对变速箱要求不高的混动系统上，现在比亚迪DM-i、长城DHT、吉利雷神等主流混动系统，它们的亏电油耗基本跟丰田、本田混动处于同一水平，甚至可能更好。而混动系统恰恰对发动机的热效率有很高要求，在这方面自主品牌的优势就体现出来了。

当然，国产发动机的进步除了车企本身积极的正向研发外，也离不开AVL、FEV等国外顶级发动机技术公司的帮助。这些公司不仅为国内车企提供先进的仿真软件，帮助国内厂商完成发动机前期的设计，而且还提供必要的尖端实验设备来测试发动机性能。

如今国内车企开发新发动机时，一定会用到AVL、FEV的仿真软件。大家千万不要小看这些软件，正是有了他们，才能大幅降低发动机的设计研发时间，帮助车企少走弯路。就拿发动机进气系统来说，空气在发动机内部的流动本身不能被观察到，并且难以被测量，所以发动机进气设计就十分依赖厂商的经验。

 丰田TNGA发动机CFD模拟 

进气系统设计不好，不仅会导致发动机进气量减少动力变差，而且进气效果不佳油耗还会变高。但是有了AVL-FIRE等先进的CFD仿真软件后，只需将进气系统设计参数输入到软件内，然后软件就可以直观的模拟出空气流速和运动方向，这样进气系统的设计好坏就一目了然了。

不仅如此，CFD仿真软件还可以模拟发动机内的喷油、点火以及燃烧时的效果，也就是说汽车厂商可以把发动机各种设计通过软件先模拟一遍，然后选出最佳的搭配方案。同时，也正是有了先进的仿真软件模拟系统，工程师们更加可以脑洞大开地提出很多创意十足的设计。

例如上图的奇瑞1.6T发动机，它采用了类似鱼肚造型的进气道，这样的设计可以降低进气道下面（上图黄圈）的气流速度，增加进气道上面的气流速度（上图红圈）。并且它在气门左侧还有一个小挡板（上图篮圈），它可以引导气流更快地向气缸中央区域流动，这个设计也被官方叫做Masking燃烧室。

 奇瑞1.6T发动机CFD模拟 

看到这就有人要问了，这样设计有什么用呢？从上图的对比可以看出，左侧是未优化的方案，右侧是采用鱼肚型进气道和Masking燃烧室的发动机。在进气过程中，右侧的气缸绿色和橙色区域更多，而蓝色区域比较少，也就是说气缸内的空气运动速度更快，可以加快发动机的燃烧速度，从而降低发动机的油耗。如果不是事先应用了先进的仿真软件模拟，奇瑞的1.6T进气系统和燃烧室设计绝对不会达到现在的效果。

软件仿真的强大不仅限于进气、喷油、点火模拟，例如在设计发动机时，国内外厂商经常用到AVL-BOOST，只要在这个软件内输入发动机的基本参数，通过软件就可以预测发动机动力性能、尾气排放和噪音。而在为发动机匹配涡轮增压器时，国内外厂商也会用到GT-POWER这样的软件进行模拟，从而选出最优的匹配方案。从上述的案例不难看出，先进的仿真软件大大减少了发动机设计难度和工作量。

 光学发动机的燃烧过程 

当然，仿真软件上得出的燃烧系统设计方案，最终还是要通过实际测试才能检验效果。所以设计到这一步的时候，国内的厂商就需要用到国外公司提供的先进测试设备，例如光学发动机。如上图所示，光学发动机就是用透明的耐高温玻璃制作的单缸样机，通过高速摄像机对玻璃样机的喷油、点火以及燃烧过程进行拍摄，将燃烧系统的设计效果直观地呈现在工程师面前。

 日产VC-TURBO发动机结构 

当然，除了前期的设计研发外，真正能将发动机造出来才是关键，否则只是停留在PPT阶段的美梦。而在制造过程中，就离不开配套供应商的帮助了。例如日产的VC-Turbo可变压缩比发动机，其可变结构中最关键的L型臂，就全靠日本供应商搞定了工艺难题才能量产。

 国内投产的大众EA211Evo 2发动机 

随着大众、丰田、通用等海外厂商将新发动机投入国内生产，与之配套的供应商也纷纷在国内建厂或者引入新零件的生产线。不过这些海外供应商并非只服务一家品牌，所以咱们的自主品牌也就搭上了这趟顺风车，用上了国际一线供应商的配件。

前面提到的广汽传祺1.5T、上汽1.5T、2.0T高热效率发动机，都需要降低发动机的冷却、摩擦损失。由于这些系统涉及到很多零部件，例如气门、摇臂、活塞、机油泵、电子节温器等等，所以需要大量升级零件。这些零件虽然看上去不怎么起眼，但是要把小零件的质量和性能做好，其实需要丰富的经验，而这恰好是海外老牌供应商所擅长的。例如德国马勒生产的气门、美国辉门生产的活塞、德国舍弗勒配套的摇臂和正时链条、美国博格华纳配套电子节温器等等。假如今天我们拆解一台比较先进的国产发动机，一定会看到不少国际一线供应商的零配件。

  VTG可变截面涡轮增压器  

虽然如今唱衰内燃机的声音并不少，但我们的自主品牌们显然没有在新能源时代放弃对于“老旧燃油车”的追求，毕竟早年间合资品牌拿着海外市场淘汰的“洋垃圾”在国内卖高价的行为太过深刻，谁也不想重蹈覆辙。如果我们自身不够强大，恐怕如今大众也不会引入1.5T EA211 Evo2发动机，宝马更不会拿来最新的B48TU。好在，咱们的车企就像广大中国劳动者一样努力进取，接受早期落后的事实并积极努力追赶，才有了如今百花齐放的盛况！