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發動機將消失？豐田宣布“發動機車零銷售”的真正含義     目前，發動機領域正在瞄準不久的將來掀起巨大的技術革新，那就是“可變壓縮比發動機”和“HCCI（均質預混合壓燃）發動機”。另一方面，豐田則公布了將來使發動機車銷售“基本減為零”的目標，這讓很多部件與材料廠商感到不安。發動機的革新技術是什么，發動機是否會消失？記者就此采訪了K&KTechnoResearch代表、WORLDTECH講師、曾任職于電裝的加藤克司。
    什么是可變壓縮發動機？
    ——“可變壓縮比發動機”是什么樣的發動機呢？
    加藤：正如其名稱一樣，可變壓縮比發動機是可以按照工作狀態調整壓縮比的機發動機。日產汽車公司在巴黎車展上宣布，數年之后將量產可變壓縮比發動機。估計時間在2018年。這種發動機的******特點是，在曲軸和連桿之間設置了多連桿機構。由此，可以根據工作狀態調整活塞的上死點位置，在低轉速和高轉速時改變壓縮比。日產的可變壓縮比發動機的壓縮比可在8～14范圍內變動。
    發動機的壓縮比提高后，熱效率會提升。不過，這樣做存在的問題是，壓縮比過高則容易發生爆震。如果在殘留有未燃燒氣體的狀態下壓力升高，就會因為溫度過高而在火花點火之前發生自動點火。這樣，就會在正常燃燒之前發生異常燃燒。這種異常燃燒會變成壓力波，以音速在汽缸內往返。這會對汽缸壁等造成沖擊，產生“咔啦咔啦”的異響，不僅會對發動機帶來損害，也會讓用戶感到不安。
    因此，目前采取的措施是采用爆震控制系統。通過信號判斷出要發生爆震時，通過推遲點火時間來避免發生爆震。但是，這樣做會導致輸出功率和熱效率下降。因此，現行發動機使用阿特金森循環等技術來降低實際壓縮比。
    可以解決上述課題的，就是可變壓縮比發動機。在高轉速·高負荷區域降低壓縮比（日產將其降低到8）。這樣的壓縮比可以防止爆震發生。而在不易發生爆震的低轉速·中負荷區域，則提高壓縮比（日產將其提高至14）。通過這種方法，可以提高熱效率并降低燃耗。
    燃效與HEV接近
    可變壓縮比發動機的吸引力在于發動機本身就可使燃效接近HEV。日產稱這種發動機可使燃效較原來提高27％。
    其實，本田已經開發出了可作為其基礎的機械復式連桿機構。該公司開發的是復式連桿型高膨脹比發動機“EXlink”。該產品已在2011年推出的家用燃氣發動機與熱電聯產系統“ECOWILL”的發電用燃氣發動機上投入實用。其工作原理是，使用“機械復式連桿機構”來改變吸氣時和膨脹時的活塞下死點，從而改變膨脹比。
    阿特金森循環發動機同樣是高膨脹比發動機，通過改變發動機的吸排氣閥門的配氣定時，實現了高膨脹比。因為比較簡單，目前這種發動機是主流。而本田則以機械方式實現了高膨脹比發動機。日產以與之類似的機械機構為基礎，對發動機進行了大幅改進，使其能夠隨著工作狀態調整壓縮比。
    不過，這種技術存在的課題是成本較高。因需要嵌入多連桿機構，發動機的構造也必須較以往作出大幅改變。目前來看估計只會在高檔車中采用。
    什么是HCCI發動機？
    ——請介紹一下另一種革新性發動機“HCCI發動機”。
    加藤：HCCI被稱為發動機的“終極燃燒”。很多廠商都在開發這項技術，估計2018～2020年前后會實現量產化。
    要了解HCCI發動機，首先要了解柴油發動機的工作原理。因為HCCI發動機與柴油發動機一樣，采用使燃料自動點火的方法。與汽油發動機不同，不使用火花點火方式。
    關于柴油發動機，燃燒室的溫度升高時，氮氧化物（NOx）會增加，而顆粒狀物質（PM）則會減少。相反，燃燒室的溫度降低時，NOx會減少，而PM則會增加。也就是說，NOx與PM的排放量是此消彼長的關系。不過，現在的尾氣規定要求NOx和PM同時減少。為了達到這種嚴格的規定，目前很多廠商都依賴于催化劑。使用可去除PM的DPF（柴油顆粒過濾器、柴油顆粒狀物質去除裝置）和NOx催化劑（NOx存儲還原催化劑及尿素選擇還原裝置）。
    不過，要通過燃燒DPF中積存的PM進行DPF的再生，就要進行與燃燒無關的燃料噴射，因此燃效會降低。催化劑的耐久性也是一大課題。而且，最重要的是成本較高。我認為這是導致德國大眾（VW）出現尾氣排放作弊問題（2015年曝光）的主要原因之一。
    可解決這種問題的就是HCCI發動機。這種技術的優點是，可以提高發動機的熱效率，同時降低NOx和PM。普通柴油發動機在燃燒室內自動點火之后，燃燒不斷蔓延，導致燃燒溫度上升，因此會造成NOx增加。相反，燃燒溫度降低后，NOx會減少，而PM則會增加。
    而HCCI在燃燒室中形成均勻的混合氣體之后，會自動點火，并迅速擴大到整個燃燒區域。因此，通過抑制燃燒溫度升高，不僅可以減少NOx，還可以減少PM量。柴油發動機和汽油發動機都在朝著HCCI的方向努力。
    不過，這種技術也存在難題，就是HCCI的工作范圍有限。因此，各公司都在為擴大HCCI的工作范圍推進開發。
    發動機將會消失？
    ——說起發動機，豐田2015年宣布的目標對社會帶來了巨大沖擊。該公司說，“到2050年，將使發動機車的新車銷售基本減為零”。這讓很多部件廠商和材料廠商感到擔憂。發動機會消失嗎？
    加藤：發動機不會消失。豐田宣布的這一目標的意思是，傳統型（Conventional）發動機車，也就是與只配備了發動機的現行車相同類型的汽油發動機車和柴油發動機車（純發動機車）將會大幅減少。我認為并不是說發動機會消失。
    混合動力車（HEV）、插電式混合動力車（PHEV）和天然氣車也都配備發動機。有統計數據顯示，到2050年，“發動機車”的比例會高達55％左右。而且，發動機車具有價格便宜的吸引力，估計在新興市場國家等仍會存在根深蒂固的需求。
    至于什么類型的汽車會成為主流，這受到多種因素的影響，各地區的情況也都不同。
    HEV在歐洲十分暢銷
    ——與很多產品一樣，汽車開發也會受到市場變化的影響。請介紹一下目前應該關注的全球性市場變化。
    加藤：目前HEV在歐洲十分暢銷。歐洲的汽車行業藍圖是，暫時發展清潔柴油車，然后在一段時期內推廣“弱HEV”.，最后再轉向純電動汽車（EV）。不過，這種藍圖因為剛才提到的大眾作弊問題曝光而逐漸崩塌。很難憑借清潔柴油車來達到尾氣規定和燃效規定要求的企業不只是大眾，依賴于催化劑的所有汽車廠商都很難做到。
    目前歐洲汽車行業正在大力發展的并不是豐田及本田占優勢的“強HEV”，而是使用48V電源的“弱HEV”。與使用變壓器將12V電源電壓提高至200V以上的強HEV相比，弱HEV具有成本低的優點。但這種汽車的輸出功率低，無法實現讓發動機停止工作而只依靠電力行駛的EV行駛。因此，與能夠以純電動模式行駛的強HEV相比，燃效要差一些。
    在強HEV的開發方面，日本汽車廠商一直處于領先地位。為了與日本廠商抗衡，5家德國汽車廠商聯合起來制定了48V電源標準，推進了弱HEV用部件的通用化。這樣，5家公司就可以使用通用規格的部件，可以進一步降低成本。這些廠商打算以低成本為武器，推動48V電源弱HEV在歐洲普及。
    這樣一來，部件廠商也會受到影響。原因是強HEV用部件和弱HEV用部件很難實現通用化。
    HEV在美國陷入苦戰的的理由
    在不久之后EV就會普及的中國市場，目前也是歐洲車較多，48V弱HEV可能會普及。在未來經濟有望大幅增長的印度，也可能會因為歐洲部件廠商大力推銷而實現48V弱HEV的普及。
    不過，印度的******問題在于電力短缺造成的停電。盡管目前該國對煤炭火力發電的依賴程度很高，但最近日本等其他國家的核電技術合作援助也是熱門話題。如果這種合作援助不斷推進，估計核電供應基礎設施將會獲得完善。這樣的話，動力傳動系統的電動化也會取得進展。
    雖然眼下東南亞的經濟已經停滯，但印度尼西亞人口眾多，經濟仍有很大的增長余地。越南和緬甸目前也以摩托車為主，但今后汽車會穩步普及。不過，我認為這些國家和地區的主流暫時仍會是傳統的汽油車和柴油車。
    而在美國，汽油的價格便宜了很多，因此很多人不再在意燃效，HEV的銷售額不斷下滑。而且，ZEV（Zero Emission Vehicle，零排放車）規定將在2018年以后發生重大變化，HEV將不再被視為ZEV對象。受此影響，預計HEV會減少，EV及PHEV將會增加。
    汽車業對于各國來說都是非常重要的基礎產業。以前汽車的銷售動向一直受到政治、經濟、燃料動向等的巨大影響。預計今后世界各國仍會繼續出現重大變化，動力傳動系統的趨勢將會因為地區和年代不同而發生明顯改變。因此，部件廠商和材料廠商要與汽車廠商一樣，時刻關注動力傳動系統的動向。