天津大學(xué)堯命發(fā)：雙碳目標(biāo)下的車用內(nèi)燃機(jī)技術(shù)趨勢(shì)

 

第一，提高熱效率是內(nèi)然動(dòng)力系統(tǒng)長期的技術(shù)需求，當(dāng)然這個(gè)要保證發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，包括整車效率，無論是采用什么能源，都是長期的技術(shù)需求。

 

第二，在使用過程中，我們必須減少或者進(jìn)一步降低內(nèi)燃機(jī)的排放，也就是說零環(huán)境影響的排放控制是內(nèi)燃機(jī)生存的基礎(chǔ)。因?yàn)楸仨氁獫M足發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，滿足環(huán)境的要求。

 

第三，混合動(dòng)力將會(huì)是車用內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)應(yīng)用的主要方式。純內(nèi)燃機(jī)的汽車將會(huì)逐步退出歷史舞臺(tái)，內(nèi)燃機(jī)一定要加電。現(xiàn)在國際上最新的報(bào)道也認(rèn)為，內(nèi)燃機(jī)與電系統(tǒng)的結(jié)合，整體熱效率提高的潛力可以超過65%。

 

第四，碳中和燃料是內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)凈零排放的根本。

 

這張圖是從國家統(tǒng)計(jì)局查到的，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域近二十年，柴油、汽油和天然氣的消耗情況折算的二氧化碳排放。我國汽車保有量在逐步增長，電動(dòng)車也在增長，但是比例還是比較小。由于技術(shù)的進(jìn)步，所以我國在2015年的時(shí)候，交通領(lǐng)域的碳排放變得減緩的趨勢(shì)，到了2018、2019年，成品油的消耗是在逐步降低，這里把天然氣也算上了，因?yàn)橛械目ㄜ囉锰烊粴狻９?jié)能還是我國最近實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸或者汽車降碳的一個(gè)最現(xiàn)實(shí)、最重要的途徑。我們也知道，在國內(nèi)外，發(fā)動(dòng)機(jī)的高效率技術(shù)這幾年發(fā)展也很快，我昨天跟一些不搞發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的人聊天，他都有一個(gè)感受，他說我國汽車技術(shù)的進(jìn)步就是動(dòng)力總成，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)進(jìn)步很大。我說本世紀(jì)初，一汽提出二十年的進(jìn)步，我說這就是二十年。2000年到現(xiàn)在，發(fā)動(dòng)機(jī)基本可以實(shí)現(xiàn)自主開發(fā)，所以進(jìn)步還是很大的。

 

這里面有一些國際上最先進(jìn)的技術(shù)，包括超稀薄燃燒，實(shí)際上汽油壓燃效率也可以達(dá)到45%，但它有一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)，把負(fù)荷提上去了，滿足更大的動(dòng)力需求。

 

同樣，商用車像美國超級(jí)卡車計(jì)劃可以達(dá)到55%的熱效率，我國濰柴去年宣布的50%的熱效率，所以我們?cè)跓嵝始夹g(shù)方面，國內(nèi)也取得了很大的進(jìn)步，包括去年很多乘用車企業(yè)分別宣布了41%、42%的熱效率，未來可能還會(huì)有45%的熱效率的公布。

 

發(fā)動(dòng)機(jī)面臨另外一個(gè)問題是汽車排放向近零排放的發(fā)展。目前我們說國六很嚴(yán)，在2020年6月份美國加州通過了一個(gè)法規(guī)，在現(xiàn)有排放的基礎(chǔ)上達(dá)到90%。如果到了這個(gè)排放水平，實(shí)際上基本不會(huì)超過5個(gè)PPM，達(dá)到零環(huán)境影響，對(duì)環(huán)境沒有負(fù)面作用了。乘用車也是一樣的，歐洲在討論歐7的問題，我國也在討論國七的問題。當(dāng)然這里我們會(huì)涉及到相關(guān)的后處理技術(shù)，比如說對(duì)于后處理系統(tǒng)可能越來越復(fù)雜，重型車采用兩級(jí)的SCR系統(tǒng)，汽油機(jī)也會(huì)采用防氨泄露。

 

另外在發(fā)動(dòng)機(jī)里面，最重要的是RDE，就是實(shí)際的駕駛工況的控制技術(shù)。實(shí)際上現(xiàn)在商用車在很多時(shí)候，道路行駛的排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于法規(guī)規(guī)定的排放，這是面臨的問題。另外對(duì)于乘用車的油耗，實(shí)際道路的油耗往往比工況高20%-30%，如何縮小差距很重要。

 

第三，混動(dòng)化是車用內(nèi)燃動(dòng)力的方向。混動(dòng)化是內(nèi)燃機(jī)未來內(nèi)然動(dòng)力應(yīng)用的方向，比如說以重載載貨物流的插電式混動(dòng)系統(tǒng)，它的系統(tǒng)效率提高了30%。還有像18噸的混動(dòng)客車，能效改善18%，另外還有康明斯，皮卡和物流車可以實(shí)現(xiàn)65.2%的接入效率。

 

我們也在開展混動(dòng)客車的研究，比如重型牽引貨車的混動(dòng)系統(tǒng)，目前的狀態(tài)是實(shí)現(xiàn)47噸百公里油耗小于29L，還有物流車，ECVT功率分流式混合動(dòng)力系統(tǒng)，節(jié)油率可以達(dá)到25%，所以有很大的潛力。當(dāng)然這里的技術(shù)包括混動(dòng)系統(tǒng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，系統(tǒng)構(gòu)型與機(jī)電協(xié)同匹配等等。

 

最終實(shí)現(xiàn)碳中和只有依賴于生物質(zhì)和碳中和燃料，當(dāng)然低碳燃料也是降低碳排放的途徑。另外可再生燃料部分摻混。從燃料的角度來講是實(shí)現(xiàn)碳排放的最重要的。

 

燃料儲(chǔ)能是通過燃料的方式把它轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電。氫發(fā)動(dòng)機(jī)將來也是一個(gè)很好的混合動(dòng)力系統(tǒng)方案。比如說傳統(tǒng)動(dòng)力，像博世達(dá)到39%的熱效率。實(shí)際上這個(gè)效率已經(jīng)很接近燃料電池的效率，所以氫發(fā)動(dòng)機(jī)還是有很大的空間。所以我想這個(gè)是未來的四大技術(shù)方向。

 

第一，高效內(nèi)燃機(jī)仍然要發(fā)揮很重要的作用。

 

第二，提高效率，減少石化能源的使用并降低碳排放是推動(dòng)交通運(yùn)輸能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的動(dòng)力之一。

 

第三，要滿足近零排放法規(guī)。

 

第四，混合動(dòng)力是我們內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展方向。

 

第五，拓展生物質(zhì)燃料、碳中和燃料，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的必然途徑。