何先生
在2020年，严格的CO2排放或者油耗法规就会在美国，欧洲，中国强制实行，留给内燃机的时间真的不太多，全球的汽车企业不得不制定相关的技术路线以面对政府的要求，同时还要兼顾市场和消费者的期望。
为了顺应时代的发展，眼下已经有不少品牌推出了排量更小的三缸发动机，并在混合动力、纯电动等新能源领域投入更多的研发精力。很多消费者也开始愿意接受这类新技术。
所以，是时候思考，2020年之后的发动机是什么样子了。
本文作者何先生，汽车工程师、知乎KOL，首发于他的知乎专栏。让我们一起了解一下，作为发动机领域专业工程师，他是如何看待这个问题的。
在2020年，严格的CO2排放或者油耗法规就会在美国，欧洲，中国强制实行，留给内燃机的时间真的不太多，全球的汽车企业不得不制定相关的技术路线以面对政府的要求，同时还要兼顾市场和消费者的期望。
从欧1到欧6排放法规，除了污染物在不断的减少，CO2的排放限值也在不断的降低。而每一次的排放升级都能带来内燃机技术的进步。
到2020年，CO2的目标值为95g/km，更加长期的CO2减排目标正在商议，不过在2014年欧盟就建议将2025年CO2 的目标值设为68-78g/km。
除了在法规上CO2的排放限值不断降低，就连测试法规也要变更。在中国和欧洲通用的NEDC测试法规到国六/欧六要转换到WLTP。
相比NEDC，WLTP工况变化更加激烈，相应的也更加反应真实的排放情况。
除了政府对于CO2/油耗的法规要求，还有消费者对于汽车的要求也越来越高，成本以及动力性，操控性都越来越重要，确实，消费者的口味越来越挑剔了。
所以，摆在眼前很现实的矛盾就是，CO2法规相当严格，测试法规也更加贴近真实排放；而消费者越来越挑剔。
那么在新能源还不是很成熟的情况下，眼前的2020年，在合理的成本范围内，我们应该选用何种内燃机技术来满足CO2 排放目标？
这里谈到新能源，比如混合动力(HEV)；插电式混合动力(PHEV)；以及纯电动(EV)；对于达到 CO2排放目标简直是不费吹灰之力。
但是汽车市场是一个自由经济市场，除了考虑到排放法规，同时还有混合动力的成本、消费者接受度。
同时如果切换到混合动力，又能够有多少销量，这些都需要权衡，综合考虑到这些，才能够制定出未来的动力总成技术路线。
当然每家汽车企业达到CO2排放目标的技术路线都会不一样，同时，做出这些抉择肯定需要大量的实际研究，内燃机技术巨头FEV早在2015年就有研究报告来探讨未来应对排放法规的具体技术路线。
在这里我节选这份报告的一些内容，给大家介绍一下未来发动机的模样。这份报告中以一台1.4L的4缸机为例，来阐述各种技术手段对发动机CO2排放的影响。
在进行技术升级之前，原1.4L的发动机技术参数是这样的：
图1 原车动力总成配置
可以看出，原来的1.4L发动机运用的是传统的废气阀式增压器，排气可变正时，同时他的CO2排放水平为128g/km。
在运用多种技术手段，比如发动机小型化downsizing；7速的DCT；提高增压水平；使用米勒循环之后，发动机的CO2排放有所降低，如下图为单个技术手段的贡献值：
图2 单个技术手段对CO2排放的贡献
从图上可以看出，小型化，使用多档位的变速箱，以及米勒循环对CO2排放的贡献是最大的。
基于以上的分析，需要同时结合集中技术手段，才能达到2020年的目标：
图3 为达到2020年目标需要的技术路线
可以看出，在Mid-spec package的基础上，加上整车性能的优化，以及微混（起停技术），碳排放从128g/km降到了92g/km，完成了2020年的目标。
这里的Mid-spec package包括一系列技术手段，比如： 小型化成1.0的三缸机，减少摩擦损失，进排气门可变气门正时。这些技术手段统统用上，能够降低约19%的CO2排放。
以上分析报告可以看出，在原有的发动机技术上，配合增压小型化，整车性能的提升，是能够达到2020年碳排放目标的。
同时，消费者接受度，成本，以及整个发动机产品线的接受度，都在可控范围内。
以上毕竟是研究报告，其实在整个业界也有类似的实例，比如说通用：
通用即将上市的2018款阅朗、GL6，以及科沃兹上搭载的是1.0T以及1.3T发动机，这两款高度小型化的增压三缸机是基于上一代1.5L自然吸气发动机和1.4T发动机而来的。
现在以1.0T为例来说明通用是如何进行在上一代发动机 基础上进行技术升级的。
先来看看改款发动机技术提升：在油耗上，1.0T比1.5L自然吸气发动机减少了10%，油耗的降低也意味着CO2排放的降低；1.0T最大功率为92kw，最大扭矩为165-170Nm，数据优于1.5L发动机的83Kw/141Nm，提升了20%-33%。
为了达到性能提升（主要是油耗），这台发动机作了如下技术升级：
增压小型化：排量减小到1.0T，升功率提高了不少，强化发动机是能够提高热效率的。当然鉴于三缸机天生喜欢抖的毛病，这台三缸机用了钟摆式双质量飞轮，全新平衡轴，消除了三缸机的一阶不平衡力矩，三缸机“抖”的问题有所缓解。
轻量化：使用了全铝缸体，排气管集成在缸盖上，整体布局也进一步紧凑，减重对于油耗的提升是显著的，1.0T比1.5L减重了25公斤。
E-WGT：涡轮使用了电动的废气阀，同时还使用了低惯量的涡轮，有助于增压小型化。
VVL：中置式双可变气门正时，直接布置在凸轮轴上，这一块属于发动机燃烧技术的提升。
减少摩擦功损失：在滚动轴承设计了减摩涂层，以及采用了可变机油泵，能够减少摩擦损失，1.0T比1.5L减少了15%的摩擦功损失。
这些技术手段类似于FEV报告里的Mid-Spec package，属于发动机技术提升。
前面也提到，现在单纯的依靠发动机技术满足油耗法规是远远不够的，因此阅朗/GL6/科沃兹上：
还配备了6DCT智能启停变速箱；
根据水温开启和关闭水循环的智能热管理；
智能启停-选用了大功率的起动机，在车速小于10Km/h的高油耗区域自动停机，这一项在NEDC测试中能够帮助降低油耗3%。
这些整车方面的技术也能够用来帮助降低油耗，以达到中国地区在2020年的油耗法规。
在这篇文章，我们只是探讨了当前发动机为应对法规做出的选择，其实也反映了内燃机未来的发展趋势——小型化。
小型化已经成为帮助降低油耗，碳排放的重要手段。从上图也可以看出，Downsizing程度越高，对CO2降低的程度也是越高的。
当然也有一些企业通过适度的电动化来达到严格的油耗（CO2 ）法规，这样也会有好处，那就是不用在发动机上过多的投入。
无论何种技术路线，都是车企根据自身所长做出的选择，但是我们也看到在沃德年度十佳发动机里，2.0T以下的三缸机越来越多，不仅仅通用，还有宝马，丰田等都在开发自己的小型三缸机，可见小排量涡轮增压发动机是眼下性价比最高的应对油耗法规策略了。
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