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主题：【原创】目标：3升/百公里-未来五年的轿车发动机展望 -- 波波粥
百公里耗油3升，呵呵，这个不是什么梦想，今天已经投入市场的一些小型车如新Smart（3.3升/百公里），Fiat 500（3.69升/百公里）等都已经接近这个油耗水平了。不过呢，小车总归受到那么一点点歧视的，
菲亚特发言了：竟敢歧视俺，等到实行欧六标准了，宝马还要向我买排放指标呢，要是俺不卖给他。。。
Fiat 500
一般来说，受到广大人民群众欢迎的，开起来有点面子，比较风光的的中级轿车大多还是6到7升的水平，要达到3升/百公里的油耗，看来还有好大差距呢,油耗要降低一半呢！那么，汽车厂家们有什么招数来让群众开上既风光又省油的好车呢？说来话长了。。。
行驶中的汽车时时刻刻都在和阻力做斗争，汽车的外界阻力大致有：空气阻力，轮胎的滚动阻力，加速阻力，爬坡阻力。当然，如果既没爬坡也没加速，那么就只有前两项了。按照欧洲道路油耗测试(NEFZ)要求，在标准测试循环中，汽车消耗能量的3%用于克服空气阻力（速度增加，用于克服空气阻力的能量所占比例还会提高），4%用于克服滚动阻力。加起来，才7%啊！！！
那么，其他的能量跑到哪里去了呢？首先是传动系统的损耗，我们知道，发动机做功，要通过传动系统才能最终传到车轮上，这个中间环节消耗了约3%的能量。汽车的附加设备，如车内的附带电子设备等，也消耗了3%的能量。不能忘记的是，在减速过程中，刹车系统也消耗了3%的能量。这16%我们称之为可利用能量。
NEFZ:在相同的条件，相同时间和速度循环中，汽车的CO2排放及油耗的测试（也引申到NOx等排放测试）。
燃料燃烧所产生能量的84%都被发动机用各种方式以热能的形式发散到空气中了，如废气，冷却系统带走的热量，发动机通过热辐射损失的能量等。发动机，就是能量浪费的第一大罪魁祸首，同时，我们也明白了，要降低汽车油耗，从发动机着手是第一要务。
柴油发动机，为达到日趋严格的排放和油耗标准，看来柴油机的希望最大了，因为按照热机的原理，提高工作效率的几大绝招：
1。压缩比
2。峰值压力
3。空燃比
上，柴油机都领先于汽油机，比如柴油机的压缩比已经有20了，而汽油机还在10.5左右。相对而言，柴油发动机的技术路线图比较明晰:直喷：轨压提高到3000bar，更高的喷油压力；带冷却的废气回气：提高发动机废气回气率；涡轮增压：两级增压。但是，在燃烧方式上，柴油发动机也在进步，也在向均质混合燃烧的方式前进。传统的柴油机在吸气阶段吸入的是纯空气，在压缩冲程接近终了时，柴油经喷油器以雾状喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。
在压缩行程终了时（上止点处）喷油
由于柴油机的压缩比高，温度高达750～1000K，大大超过柴油的自燃温度，故柴油喷人气缸后，在很短的时间内即自行着火燃烧。由于混合的时间短，所以柴油和空气并没有完全均匀的混合就已经开始燃烧了。有些燃料还没有充分燃烧就随着废气被排出了，所以我们常见柴油发动机冒出股股黑烟，这里面就包含了许多未燃尽的燃料。
还没有完全混合均匀就开始燃烧了
为提高燃烧过程的效率，柴油机也希望能够让燃料和空气充分混合后在燃烧，这样燃料会燃烧得比较充分。那么就要在压缩终了之前就要开始喷油，即在压缩行程中开始喷油，以达到均匀混合的目的（化学空燃比=1）。
在压缩行程中喷油
均匀混合后的燃烧
汽油发动机么，既然俺在这么多方面都比不上柴油机，那么俺就向柴油机学习么。汽油机也有了三大杀招：
1。缸内直喷
2。VVT（可变进气门），就是吉利以前打广告的那个“VVT发动机，世界先进，中国领先”。
3。可控燃烧过程
呵呵，这第一点和第三点可是向柴油发动机认真学习的成果哦，传统汽油机本来是采用进气道混合方式，就是把油喷在发动机进气道里，油在进气道里就和吸入的空气开始混合，进入发动机燃烧室的是油-空气混合气体，这个混合气体被压缩之后再被火花塞点燃。现在的汽油机，呵呵，越来越像柴油机了，也使用了缸内直喷技术，就是吸入的也是纯空气，直接在燃烧室内 喷入燃料。所谓可控燃烧过程，就是在汽油机里省掉火花塞（不是挥刀自宫哦），采用“压燃”模式（如HCCI）。整个燃烧室内充满均匀的混合气，在同一时间整个混合气都开始燃烧（这个是很理想的状态）。
可以说，排放法规的出台，极大的促进了汽车技术，特别是发动机技术的进步，呵呵，人无压力轻飘飘，厂家也一样呢。目前发动机研发大致是以排放法规为导向，同时，技术的进步又使得排放法规可以进一步提高，这是一个相互促进的关系。
虽然在30年到50年后（我的看法），内燃机会渐渐退出轿车的主流动力装置，但是，夕阳的景色，总是那么绚丽。。。
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当然他们也会推出新车，但万一没来得及怎么办？
另外，是谁来买这个排放标准？车主用户还是生产厂家？
估计中国会欢迎的。
比如宝马可以收购一家生产小型车的公司，那么它的平均排放水平也会下来。
前些时间传闻宝石捷要增持大众的股权，坊间传闻也有排放权的考虑。
橡树村长说的宝马搬到中国来，呵呵，也是一个好主意哦，宝马和奔驰不是都在中国有合资厂了么。
听说合作中出了一些问题。宝马就是到中国直接投资太晚了，好的合作伙伴都已经“一女二嫁”了，没它份了。
华晨拉了宝马的大旗，本以为可以在欧洲有番作为，结果被ADAC的碰撞测试搞得灰头土脸，暂时还没有缓过气来。
俺觉得还是用煤气好些
呵呵，岂不是更有危险么
“整个燃烧室内充满均匀的混合气，在同一时间整个混合气都开始燃烧（这个是很理想的状态）。”
这种状态其实有不少其他叫法：爆燃，爆炸，爆震，一点都不算理想状态，甚至可以称为设计者的噩梦。柴油机的射流燃烧和汽油机的火花塞点燃、燃烧波扩散模式都是为了避免在同一时间整个混合气都开始燃烧。
爆燃问题是发动机的一个本质矛盾。提高发动机效率，最好让燃料在上止点瞬间释放出全部化学能。但这种爆炸产生的冲击波又是不可忍受的。
目前HCCI发动机似乎只能在轻负载情况产生可控的爆燃，尽量避免失火和工作粗暴。但对于重负载情况，承受爆燃的代价太高，发动机又要转为传统的喷射燃烧或点燃方式，你所说的燃烧不充分情况仍然没有得到很好的解决。
ＨＣＣＩ的理论基础已经不属于二区模型了，所以称之为爆震／爆燃是不恰当的。
ＨＣＣＩ是目前汽油机的发展方向之一，比较实用的ＨＣＣＩ发动机（比较接近于在全部工况下的ＨＣＣＩ，但是还是做不到完全），在２００２年已经出来。能够做到全工况下的ＨＣＣＩ是发动机研发人员的梦想，或者说是努力方向。为解决缸体受热等方面的限制，在发动机机体设计和材料学方面都有相当大的进步。也许在不久的将来，我们可以看见更进一步发展的ＨＣＣＩ发动机
爆炸，爆燃，爆震是针对同时发火燃烧这种状态而言的。当火焰传递速度高于音速（比如以光辐射传递），这种状态就是爆轰或者爆炸（完全理想的同时燃烧，就看成传递速度无穷大吧），当火焰传递速度高于燃烧波速度低于音速，就称为爆燃。火焰以燃烧波的形式传递，就称为燃烧。不会为HCCI发动机专门新建一个燃烧概念。
而爆震是指点燃式发动机内部发生的局部爆燃，发生的反复压力升降。而HCCI则期望发生全局爆燃，产生一次稳定高速的压力升降，其正常工作区域就是失火和提前着火、爆震之间狭窄的范围。
放热过快和最大压力过高其实被看作HCCI的缺点而不是优点，所以我不认为你所说的同时发火燃烧是内燃机发展的方向。
回到HCCI，我觉得是看起来很美，其技术的先进性吸引了很多人，但前景不妙。首先是其高昂的材料和控制成本不论，目前HCCI的燃料还处于削足适履阶段，汽油和柴油不是为HCCI而是分别为点燃式和压燃式发动机设计的，所以不是特别满足HCCI的需求。简单的说，就是用汽油的HCCI效率还是很难超过目前的先进柴油机，而用柴油的HCCI高负载问题还是很难解决。而燃料的重新开发，标准设定，设备改进都需要大动作，HCCI是否有足够的吸引力能引发大变局，个人表示怀疑。
一个技术前景是否看好，经济上的优势是决定性因素。如你所说，汽油机NOx和颗粒排放并不严重。HCCI在这方面的排放优势可以忽略。动力性方面，HCCI的输出范围比传统发动机更窄。所以就用节油的经济效益反推可接受的HCCI技术成本开销。
对于家用轿车而言，寿命一般为5-7年，里程为10-20万公里。以百公里7升油，每升油7元计算，全寿命油耗为5-10万元。
采用HCCI技术可将油耗降低15%，因此HCCI带来的节油效果大约是7500-15000元。
作为家庭开支，同时还要考虑到金钱的时间因素，一次性付出的代价要高于分期付出，算上分期利息，HCCI价格最好不要超过5000-10000元。
HCCI发动机是一个不稳定系统，严重依赖控制技术，工作条件也较为恶劣的发动机，其维护保养费用也高于常见发动机。考虑之后，HCCI价格定在4000-8000元在经济上比较合理。
所以问题的关键就是发动机厂商能否用与传统发动机差价低于4000-8000元的价格提供HCCI发动机和相应的变速传动系统。考虑到散热、新材料、机体强度、传感器和控制系统等的开销，我觉得将成本控制在这个范围内难度很大，有些成本不是短期能降低的。HCCI不属于你所说的用几十美元投入降低全寿命几千美元开销的技术。
有人认为油价会继续高涨，比如涨到20-50元一升，这种情况下HCCI似乎就有利可图。但这时候，电动和燃料电池汽车应该成为强劲的竞争对手，即使性能仍然比不上内燃机汽车。
的确是这样，它对喷油，控制，机体材料等各方面的要求都很高。但是，今天的发动机为了达到排放标准，上面已经使用很多传感器，使用电控系统，使用高压喷射系统等等，这些成本都是现有的，ＨＣＣＩ可以说是在现有的技术上挖掘潜力，它已经算不上什么新技术了。可以这样说，汽油机越发展，越像ＨＣＣＩ发动机（当然，还有其他技术途径，只是现在看来，ＨＣＣＩ属于比较触手可及的一种技术）。为满足将来的排放标准而开发的新技术，在今天看来价格可能还有点贵，但是等到排放标准实行的那一天，成本也都会降低很多。
同样，今天的发动机比１０年前的发动机性能提高很多，但是今天的汽车的价格我看比１０年前也高不了多少（大家买的是车么）。
ＨＣＣＩ发动机是以３升／百公里为目标的，所以您的节油１５％，只节省了１５０００元的计算是低估了。而且轿车的平均全寿命行程也不止２０万公里吧。
随着排放标准的强制实行，不能达到排放标准的汽车，就算是属于“经济合算”，也会被淘汰。就目前或者未来五年的技术而言，内燃机车的动力性能是大大优于电池／燃料电池车，在计算整体排放（从一次能源开始算）方面也毫不逊色。在这个方面，是不以油价的高低为转移的，石油，终归是有用完那一天的。
您说得很对，ＨＣＣＩ的工作方式可以这样看，所以已经把ＨＣＣＩ的这种燃烧方式和传统的爆燃区别开了，在２００２年以后的关于ＨＣＣＩ的论文中已经有所涉及了。同时为了扩大ＨＣＣＩ的工作范围，也采取了相应的技术措施，当然，带来的一个负面影响是“纯粹”度上降低一些。将来期望能够发展出更好的技术。