[汽車之家 改裝賽事大講堂]  各位,，你覺得賽車到底有什么意義？或許在環(huán)保主義者口中你已經(jīng)聽說過關(guān)于“叫停賽車運(yùn)動”的倡議,，大概意思是說賽車只是無意義地在賽場里轉(zhuǎn)圈圈,，毫無意義地浪費(fèi)燃油，殊不知賽車運(yùn)動除了廠商宣傳的平臺以外,，更是汽車新技術(shù)研發(fā)中不可或缺的驗(yàn)證平臺,。許多現(xiàn)在普遍使用的技術(shù)都是最早在賽場上得到驗(yàn)證和完善，待到成熟之后才應(yīng)用到量產(chǎn)車領(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)動機(jī)艙蓋都是誕生于賽車場上。這次我們來討論下賽車對于量產(chǎn)車的另一個技術(shù)貢獻(xiàn),，兼顧性能和環(huán)保的ERS（能量回收系統(tǒng)）,。

　　幾年前，汽車廠商掀起了“渦輪復(fù)興”運(yùn)動,，使用很小的排量實(shí)現(xiàn)高效的大功率輸出,。這個趨勢在近幾年增長迅速，從高端品牌到低端廠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、更富有動力性,。WTCC世界房車錦標(biāo)賽,、WEC勒芒系列耐力賽等高端賽事紛紛向小排量發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)型；民用市場方面寶馬M,、奔馳AMG,、法拉利等頂級運(yùn)動車廠商已經(jīng)紛紛推出搭載渦輪發(fā)動機(jī)的高性能產(chǎn)品。

　　現(xiàn)在就連F1一級方程式賽車這種頂級汽車賽事也已經(jīng)開始使用1.6L V6渦輪增壓發(fā)動機(jī),。誰都知道大排量自然吸氣發(fā)動機(jī)的聲浪更好聽,，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),。同時為了實(shí)現(xiàn)不增加排放前提下的性能提升,，賽車搭載了新一代的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（動能回收）和TERS（熱能回收）憑借電動馬達(dá)回收剎車和排氣的能量，并在需要時重新輸出到車輪上,，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)保人士詬病的一級方程式運(yùn)動,，從此有了一個更加“環(huán)保”的新面孔,。

● KERS動能回收系統(tǒng)

　　KERS動能回收系統(tǒng)在上一代F1發(fā)動機(jī)上就已經(jīng)存在了,，大概結(jié)構(gòu)是一臺電動/發(fā)電機(jī)，一個高能蓄電池組和一個控制模塊,。那么在動能回收系統(tǒng)中,，最初始的“動能”都是從哪里來呢,？每當(dāng)賽車在制動時，那些讓剎車盤變得滾燙,、升溫至動輒上千℃的能量就是源泉,。如果沒有KERS系統(tǒng)，它們么能會被無端浪費(fèi)在剎車盤上,。

　　KERS系統(tǒng)使用一個電動馬達(dá)和發(fā)動機(jī)連接,，還有發(fā)電機(jī)連接在傳動軸或發(fā)動機(jī)飛輪上，在車輛減速的時候,，將本會轉(zhuǎn)化為熱的能量變成電能,，儲存在電池組里，這些儲存起來的電能可以通過電動機(jī)重新用于加速,，在電動機(jī)和汽油機(jī)的聯(lián)合運(yùn)作下，車子的直線動力性能會有質(zhì)的提高,。要記住,，幫助你加速的這些能量是從車輛前進(jìn)動能中獲得儲存起來的，并沒有使用其它的額外資源,，也就是將本來可能會浪費(fèi)掉的的能量有效利用起來,，同時實(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能單元,，在快速充放電時電池會大量發(fā)熱,，過熱的鋰電池功率會產(chǎn)生衰減，還可能會導(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上都使用了超級電容來代替電池組。

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

　　這樣的優(yōu)點(diǎn)是沒有了鋰電池的化學(xué)儲能過程,，也不需要生產(chǎn)在制造過程中會產(chǎn)生污染的鋰電池，不過就目前技術(shù)來看,，飛輪儲能和超級電容的能量存儲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40%的熱能會因?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渦輪葉片，再作用在吸入發(fā)動機(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)動機(jī)燃燒效率提高到一個全新的高度。

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

　　TERS系統(tǒng)可以通過渦輪的旋轉(zhuǎn)為系統(tǒng)充電,，回收的能量也能在需要的時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)動機(jī)能夠?qū)①悎鲋械挠秃慕档偷街�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,，梅賽德斯的F1發(fā)動機(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)分開放置在發(fā)動機(jī)前后兩端，前面放進(jìn)氣側(cè),，后面放排氣側(cè),，中間用長長的傳動軸穿過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,；弊端是這么長的傳動軸必然變重,，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)保密問題我們只能看到示意圖,，可能在幾年之后發(fā)動機(jī)解密了,，才能見到梅賽德斯發(fā)動機(jī)的真身。

● 混合ERS系統(tǒng)及其演變

　　近幾年F1對內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的真正革新,，在于使用了多重混合動力系統(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)時變成驅(qū)動后輪的能量。根據(jù)賽事規(guī)則，用于直接驅(qū)動車輪的電能,，每圈比賽可以使用最多33秒,。屆時，KERS系統(tǒng)可以將發(fā)動機(jī)功率能提高至少160馬力,。同時電能還可以用于驅(qū)動渦輪增壓器上的電動機(jī),，保持渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速，解決頻繁變速時的渦輪遲滯問題,，讓渦輪增壓發(fā)動機(jī)也擁有自然吸氣發(fā)動機(jī)一樣的高速響應(yīng),。

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

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

　　這種儲能飛輪結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐漸在應(yīng)用于量產(chǎn)車市場,，不過我感覺沒人能接受自己車?yán)镉幸粋�動輒十萬轉(zhuǎn)/分運(yùn)轉(zhuǎn)的一個高速物體,，雖然未必真會損壞什么,，但總讓人感覺不太好……以上是純個人感覺哈,。說到量產(chǎn)車,，我們就聊聊ERS系統(tǒng)在量產(chǎn)車上的應(yīng)用吧,。

● ERS系統(tǒng)的民用價值

　　如果說環(huán)保車型的首選，普銳斯可能是比較典型的例子,�,；旌蟿恿υ诿裼密嚿系膽�(yīng)用,，在大多數(shù)人的認(rèn)知中就是用慢吞吞的動力換來更好的經(jīng)濟(jì)性�,，F(xiàn)在有了來自賽場的ERS系統(tǒng)的民用化方案,，高性能車型也能在環(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,、保時捷918,，還有即將和大家見面的新一代謳歌NSX等都使用了ERS系統(tǒng)中類似KERS動能回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),。使用和賽車類似的電動馬達(dá),、電池組和控制單元組成的結(jié)構(gòu)，使得在內(nèi)燃機(jī)動力的基礎(chǔ)上再獲得新的提高,。

　　街道車輛沒有F1賽場的復(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使用了兩臺獨(dú)立電動機(jī),。一臺154馬力的馬達(dá)位于后輪附近，與發(fā)動機(jī)聯(lián)動,；另一臺125馬力的電動機(jī)直接驅(qū)動前輪,，并可以用離合器控制斷開。這樣,，918 Spyder就成了一輛混合四輪驅(qū)動的跑車,。

　　對于保時捷918或邁凱倫P1來說，你甚至可以用全電動模式來駕駛,。在踩下制動踏板時,，電動馬達(dá)可以將車輛前進(jìn)動能重新儲存到儲能單元——大多是鋰電池組中,。不過這些超級跑車不是用來玩純電模式的，它們源自于賽車科技的ERS系統(tǒng)總是在處心積慮如何在環(huán)保的前提下讓車跑得更快,。在這一點(diǎn)上,，法拉利的LaFerrari（這名字無語了）做得更純粹一些，它沒有純電動模式,，像是純賽車一樣它的KERS系統(tǒng)只有兩個模式：儲能和釋放動能,，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)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速區(qū)間的扭矩,，使得發(fā)動機(jī)調(diào)校人員可以專注推進(jìn)9000rpm附近的高轉(zhuǎn)速工況,。

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

　　也許你會想到，電池組一般都會很重,，那么一套ERS系統(tǒng)在性能車上是否會增加很多累贅呢,？雖然這個問題還沒得到完美解決方案，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,。

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

　　有朋友可能會提醒我忽略了什么，必須提及的就是有一些中國品牌已經(jīng)推出了同時標(biāo)榜性能的燃油經(jīng)濟(jì)性的混合動力車型,，而其結(jié)構(gòu)和賽車用的KERS動能回收系統(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)稱性能,，估計(jì)大家已經(jīng)能猜出我說的是哪個品牌了，不提到名字也是為了避免引起太多人圍觀,。雖然它還沒有做到完美,，但作為一個努力奮進(jìn)的中國品牌，我們還是要為它叫一聲好,，說不定哪天扛起國內(nèi)混動性能車大旗的一員中就會有它,。

　　驅(qū)動渦輪TERS熱能回收目前還沒有應(yīng)用于量產(chǎn)車，應(yīng)該是暫時的成本制約吧,，畢竟十幾萬轉(zhuǎn)/分的渦輪增壓器是目前主流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速噩夢,。雖然沒有具體的賽用TERS系統(tǒng)的造價信息，但相信在目前的技術(shù)背景下還是個天文數(shù)字,。隨著時間推移,，技術(shù)不斷進(jìn)步，當(dāng)TERS系統(tǒng)能夠裝備到量產(chǎn)車上的時候,，相信會是渦輪增壓系統(tǒng)的二次革命,。然后,，完備的ERS整合方案將大大延長傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)作為主流動力單元的時間，讓僅存的石油能源更有效的利用,。在特斯拉那種純電動車普及之前,，我們可以有更長的時間享受內(nèi)燃機(jī)的美妙歌唱。

● 寫在最后

　　有人說大可不必討論內(nèi)燃機(jī)的話題了,，反正它也要被電動車取代,，可是你讓酷愛汽車運(yùn)動的車迷朋友們怎么活,？發(fā)動機(jī)迷人的聲浪永遠(yuǎn)是汽車魅力不可或缺的部分，我們對經(jīng)典V8的低聲咆哮津津樂道,，為V10的狂野嘶鳴而興奮不已,，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)鬼魅般的嗓音未必是所有人的菜，但哪怕是一臺調(diào)校良好的直列四缸發(fā)動機(jī)都能帶給人些許的聽覺享受,。如果電動時代來臨,，這一切即將遠(yuǎn)去,，如果電動時代來臨,，這些彌漫在賽場上、旅途中甚至街角處的樂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)注汽車廠商在環(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)動車領(lǐng)域有了更長遠(yuǎn)的前景，而這一切都來自于賽場,，是看似毫無意義的賽車運(yùn)動造就了前沿技術(shù)的第一個測試平臺……好了,，要不這次就討論到這里，如果你對源自于賽場的ERS系統(tǒng)民用方案有什么獨(dú)到的見解,，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/汽車之家 許云鶴）

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