汽车的动力总成的发展已经达到瓶颈了么?

当前汽车格式各样,发动机、变速箱原理五花八门,不过好多技术都是几十年前的老技术,汽车制造商现在对发动机、变速箱的改良效果微乎其微,动力总成这方面是不是已经无法发展了?30年前的发动机和现在的发动机是不是没什么多大区别?
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知乎处女答,来说说发动机。

本来准备给题主系统的讲一下当前的发动机技术。但是打了好几百字之后通通给删了,因为我突然意识到题主需要的不是科普。

首先说对题主的问题,答案无疑使否定的。

题主说“好多技术都是几十年前的老技术”,我觉得题主混淆了技术和原理之间的差异。发动机的原理别说30年,就是百年间也未曾改变许多。原理指引我们前进的方向,技术才是通往目标的桥梁。发动机的原理就是燃烧燃油放出热量,然后把热能转换成机械能。而我们要做的是控制发动机怎么用更少的油,放出更多的机械能,或者怎么用更小的发动机发出更大的功率,同时保证排出的尾气污染尽量少,概括说,发动机的技术目标在于实现高效清洁燃烧,而实现的手段,在于精确地控制,对发动机每一个系统每一个部件的精确控制。

过去,发动机就是一个黑箱子,我们输入燃油和空气,在某一时刻点火,它就会输出能量和尾气。人们通过调节输入来改变输出,人们发现当改变油量、气量,或者点火时刻之后,发动机的功率和尾气排放也随之改变。于是人们试着用不同的输入组合去实现想要的输出结果。这个时期,我称之为宏观的控制,只关注燃烧的边界条件(或者说是外部条件),是一种粗放的控制。

现在,研究深入到气缸内,深入到细微的每一个燃料基团,深入到燃烧的本质机理。也就是说要把黑箱子打开,研究缸内的气流运动、油气混合、燃烧发展等等规律,并对发动机做更精确的控制。这对控制的要求是空前的。举一个例子来说,现在的高压共轨柴油机可以实现5段喷射,也就是说在几毫秒的时间内喷油器要完成5次开闭的动作,而且还是在2000bar的油压下,现在已经能精确控制这5次开闭的时刻,这难道不是巨大的技术进步吗?

发动机是一个整体的系统,涉及到各门学科,比如尾气中有害物质的生产机理,这是化学研究的内容;怎么减小机构之间的摩擦以提高效率,这是物理学的研究内容;采用哪种材料可以承受更高的压力和燃烧温度,是材料学的研究内容;如何制造出复杂的零件,这是机械制造类学科的研究内容。因此,与其说发动机技术的提高,不如说整个工业体系技术实力的成长。

最后,不知道题主有没有看到过知乎上一个关于”为什么近年来物理学发展缓慢“的问题,我用相同的观点来结束我的回答,不是发动机的技术发展停滞,而是现在的技术已经发展到大多数人弄不懂的地步以至于大家认识不到而已。
请允许我用闲扯淡的调调拉说说这个事。
第一篇;发动机

动力总成,无非就是发动机和变速箱,那咱就先从发动机来说
要看发动机这二三十年来有多大的发展,最简单的就是看数据,功率扭矩摆在那儿,咱拉出来比比不就行了。
第一组
MP4-4 VS W05
既然楼上的 @Dickies Gao谈到了F1,咱就从F1开始比
要说F1的第一个涡轮时代,自然是绕不过迈凯轮的超级神车MP4-4,全年16站比赛15个冠军大杀四方。

MP4-4用的是HONDA的1.5升涡轮增压引擎,极限调教下功率超过1200bhp,正常调教下的功率约850-900bhp。
而今年的F1重新使用涡轮增压引擎之后,神车换成了梅赛德斯GP的W05,前5站全胜,还有4次包揽一二名,实力也不必多说。
W05使用的是梅赛德斯-奔驰的1.6升涡轮增压引擎,配合ERS系统,整个动力单元可以输出650bhp左右的功率,其中汽油机的功率约580bhp左右。
各位看官看到这里就要问了,这过了25年时间过去了,引擎动力反而下降了,这是怎么个意思?
其实看似引擎动力下降了,但是这很大程度上是规则的约束所导致的。
今年的F1有严格的燃料限制,每场比赛只能携带100KG的燃料,不省着用是跑不完比赛的,这奇葩的规则导致了F1需要省油!!!
你没看错,就是省油!!!!!
此外今年的F1还对引擎的使用数量做出了限制,全年比赛一辆车只能使用5台引擎,这就意味着一台引擎要跑4站比赛,现在的一站比赛所有里程加起来要跑800km以上,一台引擎要用3000km以上,这放在80年代几乎是不可想象的。那时候的引擎一台也就用个一站比赛,有时候一站比赛甚至可能用两台引擎,所以引擎的寿命提高了4倍!!!!
要是以现在的技术来制造符合80年代条件的引擎,1200bhp是输出完全不是问题,1800bhp都未必是极限。
第二组
法拉利348 VS 法拉利458
看了第一组,有些同学肯定要说,答主你搞毛啊,比较个我们一辈子都开不上的F1,还得出个现在还不如80年代的结论,这不是坑我们么?
不着急,这第二组就来个咱买得到的,咱看看法拉利,反正知乎上大牛多,大壕也多,买得起法拉利的也多。
公平起见,咱来个祖孙对决,从车型变革上看458可以看作是348的直系后代。
法拉利348(1989-1996)
引擎: DOHC,32气门, V8,3405 cc
功率: 300 bhp (224 kW) @ 7200 rpm
法拉利458(2009-今)
引擎: DOHC,32气门, V8,4499 cc
功率: 578 bhp (425 kW) @ 9000 rpm

可能你又要说了这排量都不一样怎么比啊,好办,咱把功率除以排量比升功率就好了。
348:88.2bhp/L
458:128.4bhp/L
升功率提升了45.6%
这个提升不算小了吧?什么,你买不起法拉利?好吧,我也买不起,不过没关系,咱接着往下比。
第三组
福特Escort RS Cosworth VS 奔驰A45 amg
咱比了F1,也比了超跑,可都买不起。想要驾驶乐趣?来辆小钢炮吧,要挑就要挑个最强的,就它了,奔驰的A45amg,不过要放20年前,最强小钢炮福特Escort RS Cosworth要说第二,可真没人敢说第一,刚好又都是2.0T的主流排量,咱就来比比这俩钢炮王。
福特Escort RS Cosworth
功率 225bhp (168 kW) /6,250 rpm
扭矩310 N·m (229 lb·ft) /3,500 rpm

奔驰A45amg
功率360bhp/6000rpm
扭矩450N·m/2250-5000rmp
20年的发展成果不用我多说了吧。
比了三组数据,可以看出,虽然发动机无非还是自然吸气,涡轮增压,但实际上性能还是在这20年间有了很大的发展,其最主要的原因可以归结为两点
1.金属加工技术的发展,冶金技术以及铸造和锻造的发展,为发动机性能的提升起到了很大的作用,强度更大的零部件可以让发动机承受更高的转速,更大的缸内压力,和更强的震动等等,为更强的动力提供了基础。
2.发动机电控技术的发展,发动机的控制对于发动机性能的提升有着非常大的作用。
各种直喷,可变技术都是在建立这两点的基础上的,所以未来发动机的 发展,还是要依托这两方面技术的进步。也许未来的几年内不会有各种新技术的大爆发,不会像近20年一样涌现出这么多的新技术名词,但发动机的发展并不会停滞。
第二篇:变速箱
变速箱的发展似乎不能用数据来写了,咱就来聊聊这20年在技术应用上的发展。
要说变速箱,无非就是大家嘴里的手动挡和自动挡,但是啊但是,自动挡的形式可是有很多种,有传统的AT,有双离合,有CVT,还有混动车型上的ECVT。
手动挡这些年来的发展也就仅限于挡位数的增多和换挡手感的变化,就不再多讲,我们重点就来讲讲自动挡的发展。
AT——液力变矩器行星齿轮式自动变速器
最传统的自动变速器就是这种,液力变矩器加行星齿轮组的结构,这种结构老美60年代已经满大街都是了,是在算不得什么新技术,但是这不代表它没有新的发展。想想我们最早见过的自动挡车,90年代那些雅阁佳美,用的都是4速变速器,在当年可是高大上的代表,现在你个自动挡车,没有6个档位,哪好意思跟别人打招呼。ZF和爱信的8AT已经满世界跑了,吉普的自由光已经用上了9AT,以前我们印象中的自动挡油耗高早就不是那么回事了。我要说它这20年的变化小,你敢相信么?
当然AT变速箱的发展不仅仅在挡位数上,手自一体十年前的时候还是个新鲜词,到现在,几乎是个自动挡都要有个手动模式,更不用说拨片了,这些变化都深切的改变着我们的驾驶习惯,只是我们没有发现罢了。
DCT——双离合变速箱
首先要个大家交待清楚,不管是大众的DSG,保时捷的PDK,还是福特的powershift,都是双离合变速箱,其结构原理都是一样的,都是double clutch transmission 即DCT,所以就不分开解释了。
要说DCT的故事,还要从80年代的赛车场说起,由于当时FIA的规则下,group B和groupC组别的限制很少,对新技术的应用非常开放,DCT这种具有时代性的设计第一次出现在了赛车上。首先应用双离合变速箱的是奥迪的quattro S1和保时捷的956,这两款车的辉煌战绩我就不多说了,大家可以自行百度。之后将双离合用在民用车上便是20年之后的事了,21世纪初,大众首次把旗下的初代DSG搭载在了GOLF R32上,而如今,上到布加迪威龙,下到比亚迪速瑞都用上了双离合。
广泛应用的问题解决了,但双离合变速器还远不成熟,首当其冲的就是低速顿挫的问题,大众同学试图通过增加挡位数,用更密集的档位来保证低速的平顺性,而日本的汽车界技术宅本田更是大胆的开发出了新的玩法,用液力变矩器来代替传统的离合器片,结合AT和DCT的有点,开发新型的DCT变速箱。
十年时间,已经有无数车用上了双离合,未来双离合这种变速箱结构依旧会是很重要的一部分。
CVT-------无级变速器
CVT的兴起也是近十几年的事情,而且近年来已经发展出了模拟档位的和拨片换挡的功能,其简单的结构和较轻的重量,以及非常好的平顺性和对燃油经济性,使其在家用车上的前景十分广阔。
第三篇:混合动力
上面扯了那么多,但是要说汽车的动力总成斤30年来的发展,以及未来的发展趋势,混合动力才是真正的重点。
混合动力是个筐,什么都能往里装。
说起混合动力,第一反应肯定是普锐斯,1997年第一代普锐斯上市,混动时代拉开序幕.
以普锐斯为代表的的丰田混合动力的方案,是以自然吸气引擎为基础,用电机回收下坡和刹车时候的能量,储存在电池中,并在加速和上坡时输出,保证发动机持续处于最为节能的工作状态,从而起到节油的效果。
以比亚迪秦为代表的插电式混合动力,在普锐斯的方案上,增加了电池的数量,可以外接电源充电,从而更好地给发动机降低油耗,也可以增加行驶里程。
这两种方案,都是以节油为目的,而高端大气上档次的迈凯轮开想出了一个更强大的办法,让混动系统为性能服务。在迈凯轮的旗舰P1上,混动系统在涡轮启动前介入,抵消涡轮增压的迟滞,为跑车带来线性的动力输出。
此外各家车厂在混动的匹配上也各不相同,自然吸气,涡轮增压,甚至还有柴油机AT,DCT ,CVT,以及丰田专为混动设计的ECVT,多种多样,各家都拿出最擅长的技术来搭配混动,所以说,混动是个筐,看你会装不会装。
此外混合动力中储能介质也在快速的发展,丰田使用超级电容技术的赛车已经跑了三年,而本田前几天也刚刚在总部楼下展示了使用燃料电池技术的新型混动概念车。
扯了这么多,总结一下,我个人的观点认为,当今的发动机变速箱的新技术确实不会像前几年一样有那么多新的结构,新的名词出现,但是现有的技术还有非常大的发展空间。而未来的十年,混合动力将会是最最重要的发展方向,将现有的各项技术整合到混合动力当中,未来的汽车动力总成,将会向着这个方向发展。
为什么?