相德寶 文

發(fā)動機發(fā)展趨勢與商用車可替代動力

相德寶 文

A Discussion about the Developing Trend of Diesel Engine and Alternative Power of Commercial Vehicles

Today, the question of “What are the developing trend of diesel engine”has already been a hot issue to be discussed among the industrial experts, and furthermore, was an important research subject of global environment and long-term sustainable growth. Since E-drive, hybrid-power and NEV have been playing a key role in the fast development of auto technologies, so that the topics of developing trend of diesel engine and alternative power of commercial vehicles were widely discussed among the industry.

在漫長的“動力換位”過程中，國內(nèi)車企壓力會比以往更大，任務(wù)也會越來越重，他們需要將傳統(tǒng)內(nèi)燃機優(yōu)化追趕國際水平、積極開發(fā)目前較為可行的純電、混動、天然氣汽車。

最近在微信上看到的一篇“豐田戰(zhàn)略大轉(zhuǎn)移，停止燃油發(fā)動機生產(chǎn)和銷售”的文章。文中寫到：豐田汽車公司公布了一項令人震驚的長期規(guī)劃，到2050年，豐田將停止制造、銷售僅靠發(fā)動機驅(qū)動行駛的汽車，并將逐步提高混合動力車(HV)、插電混動車(PHV）、燃料電池車(FCV)和化學電池純電動車(EV)的比率；與此同時，到2050年，豐田生產(chǎn)的新車平均CO2排放量將削減至2010年的10%。

文章一出，不僅讓筆者大吃一驚，畢竟豐田作為世界最大的汽車制造商之一，要毅然摒棄沿用了100多年的燃油發(fā)動機著實令人震驚。另外。筆者也注意到，隨著全球汽車市場對燃油效率及排放標準越來越嚴，各大汽車廠商模擬發(fā)展著屬于自己的戰(zhàn)略方針。越來越多的傳統(tǒng)汽車制造商開始加入新能源汽車開發(fā)這一領(lǐng)域。

“柴油機發(fā)展走向”是行業(yè)內(nèi)人士共同關(guān)注的話題，更是全球環(huán)境保護、可持續(xù)發(fā)展的重要研究課題。如今電動、混動、新能源已經(jīng)成為新一代汽車技術(shù)快速發(fā)展的著力點?，F(xiàn)今，讓我們再次聚焦發(fā)動機動力走向與商用車可替代動力。

獨領(lǐng)風騷百余年，百舸爭流看今朝

自1860年法國人勒努瓦(Lenoir)研制成功煤氣機，出現(xiàn)了世界上第1臺內(nèi)燃機至今已有近200年歷史，不斷地改革創(chuàng)新，適應(yīng)發(fā)展的需要證明人類進步文明、工業(yè)化、自動化進程離不開內(nèi)燃機。它以獨特的優(yōu)良動力性、經(jīng)濟性、環(huán)保性和可靠性，滿足交通運輸、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、漁業(yè)船舶、發(fā)電設(shè)備、國防裝備、石油鉆機、園林機械以及各種通用機械的主導動力設(shè)備的需求，對配套整機的技術(shù)進步和發(fā)展具有重大影響。伴隨著技術(shù)進步，隨著燃油噴射、電控共軌、增壓中冷、排氣再循環(huán)、后處理技術(shù)以及燃油清潔技術(shù)的應(yīng)用、推廣，內(nèi)燃機早已成為動力引擎的不二之選，獨領(lǐng)風騷百余年。

而如今，環(huán)境污染的加重，人們環(huán)保意識的加強，直接作用于汽車市場。各大汽車市場對燃油效率及排放的標準越來越嚴格：歐盟已敲定，到2021年，新車整體CO2排放應(yīng)達到95 g/km；美國2025年輕型汽車燃料經(jīng)濟性達到54.5 m/g；日本也已提出，到2020年，乘用車平均燃料經(jīng)濟性水平需達到20.3 km/L。而在世界最大的汽車市場中國，商用車、乘用車的燃油消耗值也是日益逼近國際水準。

在這種環(huán)境、政策變化的大背景下，符合環(huán)保要求的新能源車得到各國政府和消費者的大力支持。燃油已并非唯一動力，電動、混動、新能源已經(jīng)成為各大內(nèi)燃機廠變革發(fā)力的主要方向之一。

百花齊放，可替代動力競爭妍

目前內(nèi)燃機可替代動力基本包括純電動、混動、氣體燃料、甲醇燃料、生物柴油、合成燃料等。而由于CO2排放法規(guī)、石油資源自主性和能源效率的不同，各國對于替代燃料的選擇亦會不同。

純電動能源。電動能源因政府與國家政策的倡導，零排放的優(yōu)點受到廣大汽車企業(yè)的青睞，并且已經(jīng)成為燃氣車之外的認可度較高的替代動力。但是電池能量密度與電池技術(shù)卻遭遇了瓶頸，同時2016年我國鋰離子動力電池計劃產(chǎn)能將達到90～100 gWh，以7成的產(chǎn)能利用率計算，2016年產(chǎn)量將達到63～70 gWh。2015年我國電動汽車產(chǎn)量近38萬輛，動力電池市場需求量約為15 gWh；2016年電動汽車產(chǎn)量按照80萬輛計算，動力電池市場需求在32 gWh左右，可見電池產(chǎn)能過剩，盡管國內(nèi)市場生產(chǎn)動力電池的企業(yè)約有170家，但真正滿足下游企業(yè)技術(shù)要求且能進入主流電動汽車生產(chǎn)企業(yè)供應(yīng)鏈的動力電池供應(yīng)商卻只有20家左右，包括國軒高科、微宏、中航鋰電、寧德時代等企業(yè)。動力電池應(yīng)用主要體現(xiàn)在新能源乘用車、物流車上。隨著國內(nèi)新能源汽車補貼的明顯下調(diào)，電動汽車產(chǎn)銷量增速將顯著下滑，對于動力電池市場的拉動效應(yīng)大大減弱，加上動力電池市場產(chǎn)能結(jié)構(gòu)性過剩，市場將迎來大洗牌。

混動能源。一般是指一輛車的動力來源于內(nèi)燃機車發(fā)電機，再加上蓄電池，可以減少汽車的污染，提高純電動汽車的行駛里程。采用混合動力后，可按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。需要大功率內(nèi)燃機功率不足時，由電池來補充；負荷少時，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。二者“并肩戰(zhàn)斗”，取長補短，汽車的熱效率可提高10%以上，廢氣排放可改善30%以上。

氣體燃料。主要體現(xiàn)在天然氣及氫氣的使用。事實證明天然氣發(fā)動機在實現(xiàn)低排放的同時，仍然保持較高的燃燒效率。作為對動力石油的替代燃料，天然氣具有很多優(yōu)點，比如CO2排放較低、PM排放幾乎為零、資源豐富價格低廉、高辛烷值、可燃性好等。在美國和其他一些環(huán)境空氣質(zhì)量惡劣的地區(qū)，重型天然氣發(fā)動機已被廣泛應(yīng)用于汽車運輸業(yè)。隨著排放法規(guī)的日益嚴格，柴油機的排放水平逐漸接近天然氣發(fā)動機。但柴油機需要用到昂貴的后處理裝置，且各種燃燒策略的運用直接導致油耗增加。如果能夠采用適當?shù)募夹g(shù)，那么一定程度上氣體發(fā)動機的性能和排放可以超越柴油機或其他替代燃料發(fā)動機。

醇類燃料。美國在過去幾年中不斷增加對乙醇代用燃料的使用，希望借此降低對石油的需求。這一舉措雖然成功地滿足了這一目標，但用于汽車工業(yè)的乙醇燃油成本卻遠遠高于石油。甲醇燃料使用方便、價格便宜、環(huán)保清潔，在我國甲醇以各種比例摻混汽油使用于在用車輛、開發(fā)高比例摻混或M100純甲醇專用發(fā)動機汽車等研究已有幾十年歷史，也有國際國內(nèi)領(lǐng)先的應(yīng)用技術(shù)。甲醇熱值低、氣化潛熱大、沸點高、蒸汽壓低、閃點高、自燃溫度高、發(fā)火溫度高、層流燃燒速度低，甲醇的爆炸極限低限值較高……這些性能指標對于甲醇燃料使用過程的燃爆控制、消防管理都更安全。甲醇汽車的尾氣排放,常規(guī)排放優(yōu)于汽油,非常規(guī)排放也并不比汽油差。電控技術(shù)、尾氣催化處理可以有效降低甲醛和甲醇的排放，但仍需要制定相關(guān)標準。

生物柴油。生物柴油是由動植物油脂與醇經(jīng)過酯交換反應(yīng)制得的脂肪酸單烷基酯，最典型的為脂肪酸甲酯，是一種綠色、可再生清潔能源，具有閃點高，運輸、儲存安全的特點，并能以任意比例與石化柴油摻燒，有利于維持全球CO2排放平衡，減輕溫室效應(yīng)。美國EPA研究結(jié)果表明，燃用生物柴油(BD100)可以使CO2排放量降低78%,致癌物成分減少94%，生物柴油的降解速度是傳統(tǒng)柴油的4倍，是唯一成功通過《清潔空氣法》排放測試的燃料。歐洲生物柴油主要應(yīng)用在公路運輸、船舶航運、農(nóng)業(yè)動力、家庭取暖等，并且具有完善的市場激勵機制。我國的柴油機燃用BD5生物柴油的可靠性試驗結(jié)果表明，發(fā)動機長時間燃用BD5生物柴油,性能不會出現(xiàn)惡化，零部件磨損與柴油基本一致。生物柴油整車排放結(jié)果表明，按照15循環(huán)測試，生物柴油HC、CO、PM排放下降幅度可達50%左右，僅有NOx排放上升5.8%。生物柴油可以在國Ⅱ、國Ⅲ柴油機上長期燃用，柴油機性能與燃燒礦物柴油的性能一樣，具有滿足國Ⅳ排放標準的潛力，但需要開發(fā)相應(yīng)的燃料管理、排放控制系統(tǒng)。同時，生物柴油也面臨著成本偏高、低溫流動性較差、氧化安定性較差、NOx排放較高等挑戰(zhàn)。

上述替代能源中均已被應(yīng)用到商用車領(lǐng)域，以天然氣燃料和電動能源居多。

可替代動力大放異彩，車企研發(fā)動力換位在眼前？

在IAA 2016上，我們不僅可以看到最前沿的商用車技術(shù)，還能看到未來商用車的發(fā)展趨勢。在這個全球最大的商用車展上，到處都能看到新能源的身影。概念車型中用新能源彰顯對于節(jié)能減排的重視，成熟車型則展示了新能源動力的領(lǐng)先技術(shù)。

德國曼恩、扶桑、奔馳、日產(chǎn)分別展示了純電動重型卡車、物流車、MPV等車型，這些車型動力表現(xiàn)絲毫不遜色于柴油車，且達到低排放、零排放；現(xiàn)代、麥格納采用了氫能源燃料，更是達到了零排放，為節(jié)能、減排貢獻更多手段；日產(chǎn)、達夫、麥格納展示的產(chǎn)品則實現(xiàn)了柴油和電能的切換，節(jié)約燃油，節(jié)省成本，電能也更為綠色和環(huán)保。

面對可替代動力的大好發(fā)展，國家發(fā)改委能源研究所研究員姜克雋曾表示：2025年，新能源汽車替代傳統(tǒng)燃油車成為國內(nèi)車市全部增量新車的可能是存在的。從宏觀大環(huán)境和全球汽車行業(yè)發(fā)展趨勢來看，新能源汽車的普及，或許比想象中來得更快，希望國內(nèi)汽車企業(yè)做好準備。

不過，與姜克雋的“超前”觀點不同的是，很多業(yè)內(nèi)專家認為，新能源汽車無疑是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，但由于各種制約因素，傳統(tǒng)動力還將在很長時間占據(jù)主導地位。如今，在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的交叉口上，如何合理進行路線選擇的確給企業(yè)帶來了不小的難題。

筆者認為，在漫長的“動力換位”過程中，國內(nèi)車企壓力會比以往更大，任務(wù)也會越來越重，他們需要將傳統(tǒng)內(nèi)燃機優(yōu)化追趕國際水平、積極開發(fā)目前較為可行的純電、混動、天然氣汽車。但是如何平衡之間的關(guān)系，還需企業(yè)做出合理的、適合企業(yè)自身發(fā)展的路線選擇，在這一過程中，還需把握好市場規(guī)律，才能立足于行業(yè)前沿。