[汽車(chē)之家 改裝賽事大講堂]  各位，你覺(jué)得賽車(chē)到底有什么意義？或許在環(huán)保主義者口中你已經(jīng)聽(tīng)說(shuō)過(guò)關(guān)于“叫停賽車(chē)運(yùn)動(dòng)”的倡議，大概意思是說(shuō)賽車(chē)只是無(wú)意義地在賽場(chǎng)里轉(zhuǎn)圈圈，毫無(wú)意義地浪費(fèi)燃油，殊不知賽車(chē)運(yùn)動(dòng)除了廠(chǎng)商宣傳的平臺(tái)以外，更是汽車(chē)新技術(shù)研發(fā)中不可或缺的驗(yàn)證平臺(tái)。許多現(xiàn)在普遍使用的技術(shù)都是最早在賽場(chǎng)上得到驗(yàn)證和完善，待到成熟之后才應(yīng)用到量產(chǎn)車(chē)領(lǐng)域的。渦輪增壓如此，電控燃油噴射如此，就連看似普通的發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋都是誕生于賽車(chē)場(chǎng)上。這次我們來(lái)討論下賽車(chē)對(duì)于量產(chǎn)車(chē)的另一個(gè)技術(shù)貢獻(xiàn)，兼顧性能和環(huán)保的ERS（能量回收系統(tǒng)）。

　　幾年前，汽車(chē)廠(chǎng)商掀起了“渦輪復(fù)興”運(yùn)動(dòng)，使用很小的排量實(shí)現(xiàn)高效的大功率輸出。這個(gè)趨勢(shì)在近幾年增長(zhǎng)迅速，從高端品牌到低端廠(chǎng)商都在宣傳他們新的渦輪增壓技術(shù)，宣傳重點(diǎn)自然是更環(huán)保、更高效、更富有動(dòng)力性。WTCC世界房車(chē)錦標(biāo)賽、WEC勒芒系列耐力賽等高端賽事紛紛向小排量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)型；民用市場(chǎng)方面寶馬M、奔馳AMG、法拉利等頂級(jí)運(yùn)動(dòng)車(chē)廠(chǎng)商已經(jīng)紛紛推出搭載渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能產(chǎn)品。

　　現(xiàn)在就連F1一級(jí)方程式賽車(chē)這種頂級(jí)汽車(chē)賽事也已經(jīng)開(kāi)始使用1.6L V6渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。誰(shuí)都知道大排量自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的聲浪更好聽(tīng)，功率也并不遜色，讓它們不得不皈依渦輪的主要原因就是向環(huán)保妥協(xié)。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)不增加排放前提下的性能提升，賽車(chē)搭載了新一代的ERS能量回收系統(tǒng)。

　　今年F1使用的1.6升V6渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，輸出功率大約在550-600匹馬力的水平，可謂是小排量、大力道。新結(jié)構(gòu)的ERS能量回收系統(tǒng)，分為KERS（動(dòng)能回收）和TERS（熱能回收）憑借電動(dòng)馬達(dá)回收剎車(chē)和排氣的能量，并在需要時(shí)重新輸出到車(chē)輪上，使得總功率可以提高到大約750馬力，和之前2.4升V8發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)不相上下。這意味著燃燒效率提高了40%，一度讓環(huán)保人士詬病的一級(jí)方程式運(yùn)動(dòng)，從此有了一個(gè)更加“環(huán)�！钡男旅婵住�

● KERS動(dòng)能回收系統(tǒng)

　　KERS動(dòng)能回收系統(tǒng)在上一代F1發(fā)動(dòng)機(jī)上就已經(jīng)存在了，大概結(jié)構(gòu)是一臺(tái)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，一個(gè)高能蓄電池組和一個(gè)控制模塊。那么在動(dòng)能回收系統(tǒng)中，最初始的“動(dòng)能”都是從哪里來(lái)呢？每當(dāng)賽車(chē)在制動(dòng)時(shí)，那些讓剎車(chē)盤(pán)變得滾燙、升溫至動(dòng)輒上千℃的能量就是源泉。如果沒(méi)有KERS系統(tǒng)，它們么能會(huì)被無(wú)端浪費(fèi)在剎車(chē)盤(pán)上。

　　KERS系統(tǒng)使用一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)和發(fā)動(dòng)機(jī)連接，還有發(fā)電機(jī)連接在傳動(dòng)軸或發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上，在車(chē)輛減速的時(shí)候，將本會(huì)轉(zhuǎn)化為熱的能量變成電能，儲(chǔ)存在電池組里，這些儲(chǔ)存起來(lái)的電能可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)重新用于加速，在電動(dòng)機(jī)和汽油機(jī)的聯(lián)合運(yùn)作下，車(chē)子的直線(xiàn)動(dòng)力性能會(huì)有質(zhì)的提高。要記住，幫助你加速的這些能量是從車(chē)輛前進(jìn)動(dòng)能中獲得儲(chǔ)存起來(lái)的，并沒(méi)有使用其它的額外資源，也就是將本來(lái)可能會(huì)浪費(fèi)掉的的能量有效利用起來(lái)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了環(huán)保和性能提升。

　　目前大部分F1的KERS系統(tǒng)都使用高壓鋰離子電池作為儲(chǔ)能單元，在快速充放電時(shí)電池會(huì)大量發(fā)熱，過(guò)熱的鋰電池功率會(huì)產(chǎn)生衰減，還可能會(huì)導(dǎo)致電池的損壞，于是散熱成了KERS系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)之一。因此在寶馬和豐田的賽車(chē)上都使用了超級(jí)電容來(lái)代替電池組。

　　還有一種思路是飛輪動(dòng)能儲(chǔ)能方式，這種方式廣泛應(yīng)用在勒芒賽車(chē)上。它使用一個(gè)超高速旋轉(zhuǎn)的飛輪以純動(dòng)能的方式儲(chǔ)存能量，在需要時(shí)以動(dòng)能轉(zhuǎn)換電能的方式釋放。

　　這樣的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有了鋰電池的化學(xué)儲(chǔ)能過(guò)程，也不需要生產(chǎn)在制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生污染的鋰電池，不過(guò)就目前技術(shù)來(lái)看，飛輪儲(chǔ)能和超級(jí)電容的能量存儲(chǔ)量還不能和鋰電池相比較。

● TERS熱能回收系統(tǒng)

　　內(nèi)燃機(jī)在工作中，超過(guò)40%的熱能會(huì)因?yàn)榕艢舛鴵p失掉，傳統(tǒng)渦輪增壓裝置實(shí)際上就是能量回收的方法之一，它使用排氣的能量推動(dòng)渦輪葉片，再作用在吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣上，實(shí)現(xiàn)了一部分能量的循環(huán)利用。而TERS熱能回收系統(tǒng)的加入，能將發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率提高到一個(gè)全新的高度。

　　TERS系統(tǒng)的精髓就在與渦輪上連接的一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)。和傳統(tǒng)的渦輪相比簡(jiǎn)直就是天才設(shè)計(jì)。實(shí)際上，這種混動(dòng)渦輪結(jié)構(gòu)最早在二戰(zhàn)時(shí)期就出現(xiàn)了，當(dāng)時(shí)使用在某些戰(zhàn)斗機(jī)和柴油卡車(chē)上。該技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)就是能量再次利用的可控性，從而可以使用在最需要的時(shí)候。

　　TERS系統(tǒng)可以通過(guò)渦輪的旋轉(zhuǎn)為系統(tǒng)充電，回收的能量也能在需要的時(shí)候送回到渦輪上保持渦輪高速旋轉(zhuǎn)。這樣可以大大減少遲滯效應(yīng)，提高動(dòng)力單元的平順性和燃油經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)新賽季規(guī)則，F(xiàn)1載油量從之前的230升降低到140升，燃油流速也有了更嚴(yán)格的限制。帶有ERS系統(tǒng)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?qū)①悎?chǎng)中的油耗降低到之前V8的一半，用更少的燃油保持和之前一樣的行駛里程。

　　據(jù)說(shuō)，梅賽德斯的F1發(fā)動(dòng)機(jī)使用一種創(chuàng)新的渦輪設(shè)計(jì)：將渦輪的進(jìn)氣側(cè)與排氣側(cè)分開(kāi)放置在發(fā)動(dòng)機(jī)前后兩端，前面放進(jìn)氣側(cè)，后面放排氣側(cè)，中間用長(zhǎng)長(zhǎng)的傳動(dòng)軸穿過(guò)兩組氣缸中間的空隙連接。這樣的設(shè)計(jì)有利有弊。好處是進(jìn)氣側(cè)有了更低的工作溫度，進(jìn)氣效率更高，渦輪和中冷器也可以做得更小巧；弊端是這么長(zhǎng)的傳動(dòng)軸必然變重，其慣性力矩和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)也隨之加劇。很可惜目前由于技術(shù)保密問(wèn)題我們只能看到示意圖，可能在幾年之后發(fā)動(dòng)機(jī)解密了，才能見(jiàn)到梅賽德斯發(fā)動(dòng)機(jī)的真身。

● 混合ERS系統(tǒng)及其演變

　　近幾年F1對(duì)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的真正革新，在于使用了多重混合動(dòng)力系統(tǒng)，集合了的TERS系統(tǒng)和使用新一代控制器的KERS系統(tǒng)。由TERS回收的電能可以用于給電池組充電，也可以直接轉(zhuǎn)移到KERS上，實(shí)時(shí)變成驅(qū)動(dòng)后輪的能量。根據(jù)賽事規(guī)則，用于直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的電能，每圈比賽可以使用最多33秒。屆時(shí)，KERS系統(tǒng)可以將發(fā)動(dòng)機(jī)功率能提高至少160馬力。同時(shí)電能還可以用于驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器上的電動(dòng)機(jī)，保持渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速，解決頻繁變速時(shí)的渦輪遲滯問(wèn)題，讓渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)也擁有自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)一樣的高速響應(yīng)。

　　還有另外一種ERS系統(tǒng)是類(lèi)似于勒芒賽車(chē)的電混四驅(qū)系統(tǒng)。除了現(xiàn)有的KERS動(dòng)能回收系統(tǒng)外，還會(huì)有另外一組電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)另外兩組車(chē)輪。在大部分勒芒賽車(chē)上，通用的結(jié)構(gòu)是中置發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)變速箱驅(qū)動(dòng)后輪，并通過(guò)與發(fā)動(dòng)機(jī)連接的電動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行功率輔助和能量回收，同時(shí)還有另外一組電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)前輪，除了輔助動(dòng)能回收、減少浪費(fèi)在制動(dòng)系統(tǒng)上的能量以外，前輪上的電動(dòng)機(jī)還能起到相當(dāng)比例的驅(qū)動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)電混四驅(qū)，大大提升了車(chē)輛的彎道性能，賽車(chē)從中置后驅(qū)搖身一變成了中置四驅(qū)。

　　一些勒芒賽車(chē)并不實(shí)用高壓鋰電池組作為儲(chǔ)能設(shè)備，而是實(shí)用超級(jí)電容或儲(chǔ)能飛輪結(jié)構(gòu)，在輕量化和可靠性上應(yīng)該說(shuō)是更勝一籌。

　　這種儲(chǔ)能飛輪結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐漸在應(yīng)用于量產(chǎn)車(chē)市場(chǎng)，不過(guò)我感覺(jué)沒(méi)人能接受自己車(chē)?yán)镉幸粋�(gè)動(dòng)輒十萬(wàn)轉(zhuǎn)/分運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)高速物體，雖然未必真會(huì)損壞什么，但總讓人感覺(jué)不太好……以上是純個(gè)人感覺(jué)哈。說(shuō)到量產(chǎn)車(chē)，我們就聊聊ERS系統(tǒng)在量產(chǎn)車(chē)上的應(yīng)用吧。

● ERS系統(tǒng)的民用價(jià)值

　　如果說(shuō)環(huán)保車(chē)型的首選，普銳斯可能是比較典型的例子。混合動(dòng)力在民用車(chē)上的應(yīng)用，在大多數(shù)人的認(rèn)知中就是用慢吞吞的動(dòng)力換來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)性。現(xiàn)在有了來(lái)自賽場(chǎng)的ERS系統(tǒng)的民用化方案，高性能車(chē)型也能在環(huán)保和性能提升上雙方面受益。

　　這樣的產(chǎn)品實(shí)際上已經(jīng)有了，例如最新的邁凱倫P1、保時(shí)捷918，還有即將和大家見(jiàn)面的新一代謳歌NSX等都使用了ERS系統(tǒng)中類(lèi)似KERS動(dòng)能回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。使用和賽車(chē)類(lèi)似的電動(dòng)馬達(dá)、電池組和控制單元組成的結(jié)構(gòu)，使得在內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力的基礎(chǔ)上再獲得新的提高。

　　街道車(chē)輛沒(méi)有F1賽場(chǎng)的復(fù)雜規(guī)則限制，他們可以更自由的設(shè)計(jì)KERS系統(tǒng)。比如918 Spyder使用了兩臺(tái)獨(dú)立電動(dòng)機(jī)。一臺(tái)154馬力的馬達(dá)位于后輪附近，與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)動(dòng)；另一臺(tái)125馬力的電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)前輪，并可以用離合器控制斷開(kāi)。這樣，918 Spyder就成了一輛混合四輪驅(qū)動(dòng)的跑車(chē)。

　　對(duì)于保時(shí)捷918或邁凱倫P1來(lái)說(shuō)，你甚至可以用全電動(dòng)模式來(lái)駕駛。在踩下制動(dòng)踏板時(shí)，電動(dòng)馬達(dá)可以將車(chē)輛前進(jìn)動(dòng)能重新儲(chǔ)存到儲(chǔ)能單元——大多是鋰電池組中。不過(guò)這些超級(jí)跑車(chē)不是用來(lái)玩純電模式的，它們?cè)醋杂谫愜?chē)科技的ERS系統(tǒng)總是在處心積慮如何在環(huán)保的前提下讓車(chē)跑得更快。在這一點(diǎn)上，法拉利的LaFerrari（這名字無(wú)語(yǔ)了）做得更純粹一些，它沒(méi)有純電動(dòng)模式，像是純賽車(chē)一樣它的KERS系統(tǒng)只有兩個(gè)模式：儲(chǔ)能和釋放動(dòng)能，能將額外的161馬力釋放到加速當(dāng)中，而且還彌補(bǔ)了V12發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速區(qū)間的扭矩，使得發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)校人員可以專(zhuān)注推進(jìn)9000rpm附近的高轉(zhuǎn)速工況。

　　在保時(shí)捷918和寶馬i8上，工程師們使用了更接近勒芒賽車(chē)的結(jié)構(gòu)：電混四驅(qū)系統(tǒng)。它們都是用一臺(tái)中置發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪，然后再有獨(dú)立的電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)前輪實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)，而驅(qū)動(dòng)能量的來(lái)源除了插座充電以外，都來(lái)自制動(dòng)時(shí)的能量回收。以寶馬i8為例，如果沒(méi)有電混結(jié)構(gòu)，誰(shuí)也不會(huì)把一臺(tái)區(qū)區(qū)213馬力的1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)和跑車(chē)聯(lián)系在一起，但是在額外130馬力混動(dòng)系統(tǒng)的幫襯下，i8只用4.67秒就能完成0-100km/h加速，而實(shí)測(cè)綜合油耗僅有5.7L/100km。

　　也許你會(huì)想到，電池組一般都會(huì)很重，那么一套ERS系統(tǒng)在性能車(chē)上是否會(huì)增加很多累贅呢？雖然這個(gè)問(wèn)題還沒(méi)得到完美解決方案，但我可以給你一些希望：一套輸出80馬力的F1 KERS系統(tǒng)的總共重量只有34kg。

　　如果只是專(zhuān)注于高端的話(huà)，ERS系統(tǒng)的應(yīng)用還是稍微有些曲高和寡。那么有沒(méi)有應(yīng)用在稍微平易近人一些的性能車(chē)上的例子呢？我可以告訴你很快就有了。早在2012年，普銳斯的發(fā)明者豐田汽車(chē)就研發(fā)出了用于GT86的混動(dòng)平臺(tái)，在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和民用化KERS系統(tǒng)的輔助下實(shí)現(xiàn)超過(guò)300馬力的最大功率輸出，據(jù)稱(chēng)碳排放僅有200g/km左右。

　　有朋友可能會(huì)提醒我忽略了什么，必須提及的就是有一些中國(guó)品牌已經(jīng)推出了同時(shí)標(biāo)榜性能的燃油經(jīng)濟(jì)性的混合動(dòng)力車(chē)型，而其結(jié)構(gòu)和賽車(chē)用的KERS動(dòng)能回收系統(tǒng)如出一轍。如果提到“百公里加速4.9秒、油耗僅2升/百公里”的標(biāo)稱(chēng)性能，估計(jì)大家已經(jīng)能猜出我說(shuō)的是哪個(gè)品牌了，不提到名字也是為了避免引起太多人圍觀(guān)。雖然它還沒(méi)有做到完美，但作為一個(gè)努力奮進(jìn)的中國(guó)品牌，我們還是要為它叫一聲好，說(shuō)不定哪天扛起國(guó)內(nèi)混動(dòng)性能車(chē)大旗的一員中就會(huì)有它。

　　驅(qū)動(dòng)渦輪TERS熱能回收目前還沒(méi)有應(yīng)用于量產(chǎn)車(chē)，應(yīng)該是暫時(shí)的成本制約吧，畢竟十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)/分的渦輪增壓器是目前主流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速噩夢(mèng)。雖然沒(méi)有具體的賽用TERS系統(tǒng)的造價(jià)信息，但相信在目前的技術(shù)背景下還是個(gè)天文數(shù)字。隨著時(shí)間推移，技術(shù)不斷進(jìn)步，當(dāng)TERS系統(tǒng)能夠裝備到量產(chǎn)車(chē)上的時(shí)候，相信會(huì)是渦輪增壓系統(tǒng)的二次革命。然后，完備的ERS整合方案將大大延長(zhǎng)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)作為主流動(dòng)力單元的時(shí)間，讓僅存的石油能源更有效的利用。在特斯拉那種純電動(dòng)車(chē)普及之前，我們可以有更長(zhǎng)的時(shí)間享受內(nèi)燃機(jī)的美妙歌唱。

● 寫(xiě)在最后

　　有人說(shuō)大可不必討論內(nèi)燃機(jī)的話(huà)題了，反正它也要被電動(dòng)車(chē)取代，可是你讓酷愛(ài)汽車(chē)運(yùn)動(dòng)的車(chē)迷朋友們?cè)趺椿�？發(fā)動(dòng)機(jī)迷人的聲浪永遠(yuǎn)是汽車(chē)魅力不可或缺的部分，我們對(duì)經(jīng)典V8的低聲咆哮津津樂(lè)道，為V10的狂野嘶鳴而興奮不已，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)鬼魅般的嗓音未必是所有人的菜，但哪怕是一臺(tái)調(diào)校良好的直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)都能帶給人些許的聽(tīng)覺(jué)享受。如果電動(dòng)時(shí)代來(lái)臨，這一切即將遠(yuǎn)去，如果電動(dòng)時(shí)代來(lái)臨，這些彌漫在賽場(chǎng)上、旅途中甚至街角處的樂(lè)趣將只能留在以后的老電影里成為談資……如果你跟我一樣想讓內(nèi)燃機(jī)的歌聲唱得更久一些，不妨持續(xù)關(guān)注汽車(chē)廠(chǎng)商在環(huán)保方面孜孜不倦的研發(fā)，是他們的付出才讓內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)動(dòng)車(chē)領(lǐng)域有了更長(zhǎng)遠(yuǎn)的前景，而這一切都來(lái)自于賽場(chǎng)，是看似毫無(wú)意義的賽車(chē)運(yùn)動(dòng)造就了前沿技術(shù)的第一個(gè)測(cè)試平臺(tái)……好了，要不這次就討論到這里，如果你對(duì)源自于賽場(chǎng)的ERS系統(tǒng)民用方案有什么獨(dú)到的見(jiàn)解，歡迎在留言區(qū)中和我一起討論，尤其是性能迷們，留下你的墨寶再走。（文/汽車(chē)之家 許云鶴）

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