[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聽說過關于“叫停賽車運動”的倡議，大概意思是說賽車只是無意義地在賽場里轉圈圈,，毫無意義地浪費燃油,，殊不知賽車運動除了廠商宣傳的平臺以外,，更是汽車新技術研發(fā)中不可或缺的驗證平臺,。許多現(xiàn)在普遍使用的技術都是最早在賽場上得到驗證和完善,，待到成熟之后才應用到量產車領域的。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車的另一個技術貢獻,，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“渦輪復興”運動,，使用很小的排量實現(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,，宣傳重點自然是更環(huán)保,、更高效、更富有動力性,。WTCC世界房車錦標賽,、WEC勒芒系列耐力賽等高端賽事紛紛向小排量發(fā)動機轉型；民用市場方面寶馬M,、奔馳AMG,、法拉利等頂級運動車廠商已經紛紛推出搭載渦輪發(fā)動機的高性能產品。

　　現(xiàn)在就連F1一級方程式賽車這種頂級汽車賽事也已經開始使用1.6L V6渦輪增壓發(fā)動機,。誰都知道大排量自然吸氣發(fā)動機的聲浪更好聽,，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,，輸出功率大約在550-600匹馬力的水平,，可謂是小排量、大力道,。新結構的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)動機已經不相上下。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)動機上就已經存在了,，大概結構是一臺電動/發(fā)電機，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在剎車盤上,。

　　KERS系統(tǒng)使用一個電動馬達和發(fā)動機連接，還有發(fā)電機連接在傳動軸或發(fā)動機飛輪上,，在車輛減速的時候,，將本會轉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重新用于加速,，在電動機和汽油機的聯(lián)合運作下，車子的直線動力性能會有質的提高,。要記住,，幫助你加速的這些能量是從車輛前進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掉的的能量有效利用起來,，同時實現(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生衰減，還可能會導致電池的損壞,，于是散熱成了KERS系統(tǒng)的技術難點之一,。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,，這種方式廣泛應用在勒芒賽車上,。它使用一個超高速旋轉的飛輪以純動能的方式儲存能量，在需要時以動能轉換電能的方式釋放,。

　　這樣的優(yōu)點是沒有了鋰電池的化學儲能過程,，也不需要生產在制造過程中會產生污染的鋰電池，不過就目前技術來看,，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)

　　內燃機在工作中,，超過40%的熱能會因為排氣而損失掉，傳統(tǒng)渦輪增壓裝置實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)動機的空氣上，實現(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,。和傳統(tǒng)的渦輪相比簡直就是天才設計,。實際上，這種混動渦輪結構最早在二戰(zhàn)時期就出現(xiàn)了,，當時使用在某些戰(zhàn)斗機和柴油卡車上,。該技術最大的優(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。這樣可以大大減少遲滯效應,，提高動力單元的平順性和燃油經濟性,。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格的限制,。帶有ERS系統(tǒng)的渦輪發(fā)動機能夠將賽場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,，梅賽德斯的F1發(fā)動機使用一種創(chuàng)新的渦輪設計：將渦輪的進氣側與排氣側分開放置在發(fā)動機前后兩端，前面放進氣側,，后面放排氣側,，中間用長長的傳動軸穿過兩組氣缸中間的空隙連接。這樣的設計有利有弊,。好處是進氣側有了更低的工作溫度,，進氣效率更高，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,，其慣性力矩和扭轉效應也隨之加劇。很可惜目前由于技術保密問題我們只能看到示意圖,，可能在幾年之后發(fā)動機解密了,，才能見到梅賽德斯發(fā)動機的真身。

● 混合ERS系統(tǒng)及其演變

　　近幾年F1對內燃機技術的真正革新，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，也可以直接轉移到KERS上,，實時變成驅動后輪的能量,。根據(jù)賽事規(guī)則，用于直接驅動車輪的電能,，每圈比賽可以使用最多33秒。屆時,，KERS系統(tǒng)可以將發(fā)動機功率能提高至少160馬力,。同時電能還可以用于驅動渦輪增壓器上的電動機，保持渦輪增壓器的轉速,，解決頻繁變速時的渦輪遲滯問題,，讓渦輪增壓發(fā)動機也擁有自然吸氣發(fā)動機一樣的高速響應。

　　還有另外一種ERS系統(tǒng)是類似于勒芒賽車的電混四驅系統(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驅動另外兩組車輪。在大部分勒芒賽車上,，通用的結構是中置發(fā)動機通過變速箱驅動后輪,，并通過與發(fā)動機連接的電動馬達進行功率輔助和能量回收，同時還有另外一組電動機直接驅動前輪,，除了輔助動能回收,、減少浪費在制動系統(tǒng)上的能量以外，前輪上的電動機還能起到相當比例的驅動作用,，實現(xiàn)電混四驅,，大大提升了車輛的彎道性能，賽車從中置后驅搖身一變成了中置四驅,。

　　一些勒芒賽車并不實用高壓鋰電池組作為儲能設備,，而是實用超級電容或儲能飛輪結構，在輕量化和可靠性上應該說是更勝一籌,。

　　這種儲能飛輪結構已經逐漸在應用于量產車市場,，不過我感覺沒人能接受自己車里有一個動輒十萬轉/分運轉的一個高速物體，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,。說到量產車，我們就聊聊ERS系統(tǒng)在量產車上的應用吧,。

● 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。混合動力在民用車上的應用,，在大多數(shù)人的認知中就是用慢吞吞的動力換來更好的經濟性�,，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,。

　　這樣的產品實際上已經有了,，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)的結構,。使用和賽車類似的電動馬達,、電池組和控制單元組成的結構,，使得在內燃機動力的基礎上再獲得新的提高。

　　街道車輛沒有F1賽場的復雜規(guī)則限制,，他們可以更自由的設計KERS系統(tǒng),。比如918 Spyder使用了兩臺獨立電動機。一臺154馬力的馬達位于后輪附近,，與發(fā)動機聯(lián)動,；另一臺125馬力的電動機直接驅動前輪，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，電動馬達可以將車輛前進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馬力釋放到加速當中,，而且還彌補了V12發(fā)動機在低轉速區(qū)間的扭矩,，使得發(fā)動機調校人員可以專注推進9000rpm附近的高轉速工況。

　　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構：電混四驅系統(tǒng),。它們都是用一臺中置發(fā)動機驅動后輪，然后再有獨立的電動馬達驅動前輪實現(xiàn)四輪驅動,，而驅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,，如果沒有電混結構,，誰也不會把一臺區(qū)區(qū)213馬力的1.5T發(fā)動機和跑車聯(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)的應用還是稍微有些曲高和寡,。那么有沒有應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)動機和民用化KERS系統(tǒng)的輔助下實現(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推出了同時標榜性能的燃油經濟性的混合動力車型,，而其結構和賽車用的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”的標稱性能,，估計大家已經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混動性能車大旗的一員中就會有它,。

　　驅動渦輪TERS熱能回收目前還沒有應用于量產車,，應該是暫時的成本制約吧,，畢竟十幾萬轉/分的渦輪增壓器是目前主流電動機的轉速噩夢。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背景下還是個天文數(shù)字,。隨著時間推移，技術不斷進步,，當TERS系統(tǒng)能夠裝備到量產車上的時候,，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)內燃機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燃機的美妙歌唱,。

● 寫在最后

　　有人說大可不必討論內燃機的話題了，反正它也要被電動車取代,，可是你讓酷愛汽車運動的車迷朋友們怎么活,？發(fā)動機迷人的聲浪永遠是汽車魅力不可或缺的部分，我們對經典V8的低聲咆哮津津樂道,，為V10的狂野嘶鳴而興奮不已,，轉子發(fā)動機鬼魅般的嗓音未必是所有人的菜，但哪怕是一臺調校良好的直列四缸發(fā)動機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燃機的歌聲唱得更久一些，不妨持續(xù)關注汽車廠商在環(huán)保方面孜孜不倦的研發(fā),，是他們的付出才讓內燃機在運動車領域有了更長遠的前景,，而這一切都來自于賽場，是看似毫無意義的賽車運動造就了前沿技術的第一個測試平臺……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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