蘇萬華:各位專家:下午好!我來做這個報告題目是“車用內(nèi)燃機技術的發(fā)展趨勢”,我分五個問題來講,第一個問題是未來在相當長的時間內(nèi)汽車內(nèi)燃機依然占有支配地位,這是我的一個基本觀點。我認為新能源汽車大量發(fā)展還需要突破諸多社會和技術的屏障,新能源汽車它的發(fā)展應當以新能源系統(tǒng)的發(fā)展和應用來作為前提,F(xiàn)在新能源的話,因為上午李駿院士的那個報告也從碳排放的角度論述了這個問題,實際上低碳排放還不能完全看作是新能源,新能源應該主要指太陽能、風能和再生物質的能源。這些能源應該可以成為新的能源,這些新的能源目前還沒有一個發(fā)展的時間點,明確的在什么時間可以占有一個支配的地位。新能源車特別是
電池的材料和制造,在制造過程中也會引起相當多的環(huán)境問題。而另一方面內(nèi)燃機技術,特別是碳排放和污染物的排放方面也顯示了巨大的潛力。
內(nèi)燃機有很多優(yōu)點,比如說能量密度高,現(xiàn)在乘用車的升功率在實驗室里面可以達到150Kw/L,內(nèi)燃機的熱效率最高,汽油機可以達到45%,這個還不是最高的汽油技術,它和最新的超超臨界就是發(fā)電系統(tǒng),目前的火力發(fā)電效率最高的兩種方式,一種是超超臨界發(fā)電一個是IGCC熱點聯(lián)產(chǎn)的發(fā)電,它的效率相當,可以達到46%左右,柴油機的熱效率接近50%,這是目前很快就達到的。
內(nèi)燃機可以使用靈活的燃料,包括化石燃料、天然氣、生物質燃料、乙醇燃料等等。內(nèi)燃機有很大的一個保有量,現(xiàn)在機動車已經(jīng)突破3億量,乘用車也是達到了2億量。內(nèi)燃機的加工技術成熟,維修使用方便,我國產(chǎn)品的品牌汽車所占有率目前在國內(nèi)很多種系列汽車里面是名列前茅的。
汽車仍然具有很大的發(fā)展?jié)摿,現(xiàn)在國際內(nèi)燃機研發(fā)的重心在提高熱效率,有效熱效率60%是國際內(nèi)燃機界在奮斗的目標,這是一個奮斗的目標。內(nèi)容的電氣化,就是內(nèi)燃機采用和電的結合,和電動的結合發(fā)展也很迅速,包括水泵、汽油泵的推動,蒸壓汽電動的增壓等等這方面的技術發(fā)展很快。世界各主要國家均設定了大幅度的降低油耗和二氧化碳排放的法規(guī),這個是內(nèi)燃機技術現(xiàn)在發(fā)展的一個很重要的動力。目前有害排放物已經(jīng)達到近零的水平,前十年是超低排放,超超低排放,現(xiàn)在比那個超超低排放還要低很多,它的主要排放物降低了90%左右。完善燃油車的排放物檢測方法,包括實際道路排放檢測法規(guī)R&DE正在準備實施,這對于降低有害排放物非常有利。
這是我國和其他世界各國關于二氧化碳排放發(fā)改委制訂的這樣一個規(guī)劃,我們從2015年的170克左右降到了不到115克的狀態(tài),每年相當于要減少排放,二氧化碳排放會達到5%。
第二個問題,汽車工業(yè)是最具有創(chuàng)新力的行業(yè),這個不僅在中國,全世界我們看一些統(tǒng)計的數(shù)據(jù),波士頓咨詢公司研究發(fā)現(xiàn),全世界最具創(chuàng)新力的TOP20公司汽車公司占了一個很大的比重,而且在TOP20的汽車公司制造業(yè)里面企業(yè)占主體,所以現(xiàn)在企業(yè)是技術創(chuàng)新的一個主體。汽車制造業(yè)創(chuàng)新它的動力是什么呢?按照原文翻譯,就是通過提高動力總成的效率來提高傳統(tǒng)汽車的燃油消耗;第二個是開發(fā)整車系統(tǒng)的潛力和電子模塊;第三個是開發(fā)更輕的車身;第四開發(fā)快速增長的用戶需求; 目前的用戶需求是要求舒適性為主,最近的SUV車比經(jīng)濟型車增長快很多。
汽車加工和貿(mào)易聯(lián)盟里面他們統(tǒng)計,汽車生產(chǎn)商每天花費的R&D經(jīng)費已經(jīng)超過1000億美元,美國是180億,中國在這方面的總投入也不容小覷。在這1000多億的美元要和航天、國防的R&D開支相比,國防和航天的R&D開支是255億,所以汽車的投入和R&D投入比航天是他們的4倍,所以可見大家對于汽車的開發(fā)重視的程度和投入的程度。TOP20的這些企業(yè)他們在投入的過程當中有十分重要的特點也值得我們考慮,就是它非常關注和提升零部件供應商的合作關系,會和零部件供應商分享60%—70%的利潤,這樣提高供應商的積極性。我們也知道很多對于技術的掌握和技術的提升是在供應商來完成的,包括燃油系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)等等。如果沒有一二級供應商解決他們的可靠性問題,實際上也很難應用,所以這種合作關系也值得我們參考。
第三個問題是車用發(fā)動機的技術進展和趨勢。第一個趨勢就是新一代先進的燃燒技術的層出不窮,有很多燃燒技術,包括汽油的壓燃,雙燃料的反應活性控制或者燃料不同的混合方式的反應的活性控制,HCCI燃燒,還有就是汽油機的直噴壓燃等等,反映出很高的對熱效率的推進作用。
第二個特點就是多可變控制技術現(xiàn)在發(fā)展非?欤瑹o論是在汽油機還有柴油機,加速了內(nèi)燃機的智能化,所以傳統(tǒng)意義的內(nèi)燃機不知道他們講的是什么,但是內(nèi)燃機實際上始終是在沿著這種可變、可控、智能方面的發(fā)展,而且最近十來年發(fā)展速度很快,這里包括可變增壓技術,可變氣門定時和升程技術,可變直噴或者雙噴技術,可變壓縮技術等等。
第三個就是增壓小型化Dowsizing,這個現(xiàn)在看起來是汽車內(nèi)燃機發(fā)展的一個主流技術。密西根大學交通研究所他們發(fā)現(xiàn),按照北美統(tǒng)計到2025年50%的乘用車將應用增壓技術,在中國很可能比這個進步要快,目前新的車型基本都采用了小型增壓的技術。乘用車市場里面3缸和4缸汽油機將占66%,3缸技術加上48V的混動技術會節(jié)省成本的有效性,過去有人估計過汽車在滿足各個國家的排放法規(guī)和油耗的前提下,在3缸機的情況下進一步進行混動有可能是最好的,F(xiàn)在限制混動技術很重要的一個因素就是成本因素,3缸機開發(fā)出來加上48V便宜的技術將會有很大的發(fā)展前景。但是現(xiàn)在比較清楚,普思瑞的混合動力那個方案大家放棄了,當然輕型卡車4缸和6缸的汽油機將超綱75%,美國在重載車上開始用汽油加上增程式的混合動力,非常有前景。美國的燃油規(guī)范里面也推進柴油機,但是由于柴油的碳排放比較高,所以碳排放的降低的水平會打一定的折扣。
第四個方面,就是在減少各方面的損失,我們認為減少損失就是在提高效率,因為這里面的損失可以包括排氣損失、冷卻損失、泵器損失、潤滑損失等等,針對這些損失,所采用的增壓、壓縮比余熱利用,低散技術現(xiàn)在發(fā)展非常好,包括對國3的油冷卻也有很多新的技術出現(xiàn)。關于泵的損失,我們現(xiàn)在用可變頻泵,就是便攜化的技術,這個實際上是一個相當簡單的問題,不是很難的技術,主要是成本問題。像潤滑技術這方面的研究工作非常豐富。
第五個就是汽車控制技術的進步,目前根據(jù)我說的這個控制專家Chris的觀點比較同意,主要是提高車載的計算能力,如果提高1000倍可以解決發(fā)動機的效率,這個車載計算能力不僅僅是解決內(nèi)燃機的控制問題和計算問題,主要是系統(tǒng),系統(tǒng)的Connectivity Revolusion這個角度。另外就是要多變量實時控制,這方面我們國內(nèi)做了很多的工作。
2025年電子產(chǎn)品在動力總成占的成本將增加15%,所以實際上智能化、電氣化并不是
電動車的專利,對于內(nèi)燃機汽車實際上我們也是在要積極的向信息化、電氣化、智能化方向發(fā)展,而且實際上已經(jīng)獲得了相當成功的效果。
4、典型的高效、節(jié)能、清潔車用內(nèi)燃機的新技術。
第一個叫HyBoost技術,基于一個小型強化的汽油發(fā)動機,這里面利用可以回收剎車能量,也可以利用一個電子的負荷來回收尾氣的能量,這兩個能量回收起來以后可以用來拖動一個電子的增壓器,當然還可以提供給車上的其他的用電用途。這個系統(tǒng)實際上非常簡單,它可以和原來傳統(tǒng)的強混的技術可以達到同樣的效果,成本大大降低。但是即使是這樣一個48V技術,有關開發(fā)的企業(yè)自己講,實際上在2020年以前也不會大規(guī)模的應用,最主要是因為成本因素,而不是由于技術的因素,所以不考慮成本這是不現(xiàn)實的。我們在滿足排放法規(guī)和油耗法規(guī)的前提下作為汽車企業(yè)首先要降低成本,這也是用戶的需求。
新技術報道,美國ORNL實驗室,某些多缸實驗發(fā)動機熱效率已經(jīng)提高到55%以上。豐田這個已經(jīng)是一個上市的ENR—FTS這個機型,渦輪增壓,最高的熱效率不是很高,但是這個發(fā)動機它可以達到百公里5.15L的油耗,這個油耗就是美國2025年的值。這個技術可以想像,一個是燃燒過程,在燃燒過程做的很多工作,提高了燃油經(jīng)濟性,另外一方面就是采用了很多降低損失的辦法,使得低負荷的熱效率提高。馬自達的第三代,他講是1919年會推出,用的是HCCI燃燒,Lamda是2.5,效率是40%,這個技術最大的特點就是實現(xiàn)低轉數(shù)、大扭矩,變速箱可以大大簡化,可以通過變速箱的變化使得油在低負荷的油耗大幅度的改進,采用混動的需求必要性就會降低,這樣一來成本就降低了。當然它在這個過程當中降低損失也是他們非常重要的一個研究的內(nèi)容,包括降低摩擦的損失,包括降低熱損失。
這是我們開發(fā)的汽油HCCI高熱效率工作,這個工作大家可以看到也是很有意思,整個熱效率會在51%左右,在整個的工作過程里面,從低負荷到高負荷這個熱效率做的很高,可以做到接近51%。在這一段我們沒有做變氣門,如果結合起來整個效率還可以提高。整個采用我們采用增壓技術、氣口噴射技術、可變氣門技術、可變增壓技術,可變氣門技術主要解決低符合這一段實現(xiàn)HCCI。
這個是我們關于采用多變可變技術,對發(fā)動機進行控制的技術。我們這里面是為國內(nèi)的開發(fā)的一個O6柴油機,我們配置了可變的兩級增壓器,開發(fā)了延時系統(tǒng),開發(fā)了可控系統(tǒng),開發(fā)了功能很強大的智能控制系統(tǒng),實現(xiàn)了整個發(fā)動機的可變壓速率。這個情況下這個熱效率可以有很大提高,另外就是控制對于道路的適應性,對于工況的適應性非常強。比如一個工況的控制,既可以通過VGT增壓器的控制,通過可變壓比的控制,通過油量變化的控制。所以我們這樣一個O6的過程,幾個學生不到一個月就完成,可見多變量的這樣一個系統(tǒng)具有很大的優(yōu)越性。
這個也是我們搞的,我們在清潔計劃行動,采用的停缸技術,我們當時可以用停缸技術可以停1—5缸,這樣發(fā)動機使得它的工作缸就可以在一個比較高熱效率的條件下,這個當時按天然氣來說可以減少天然氣使用達到45%,百公里的氣耗,效果明顯,我們在國內(nèi)和很多企業(yè)聯(lián)系過,但是目前沒有用,在博世和寶馬最近他們高端的汽車上采用了這種停缸技術。
最近報道的就是噴水技術,這個也是非常有意思的技術,這個技術也有很多難度,最大的好處就是具有抗爆性,具有柴油機的扭矩,使汽油機的轉矩達到和柴油機相同的水平。使得低轉速的扭矩提高,和變速箱的系統(tǒng)集成結合起來可以打大降低整體的油耗。博世系統(tǒng)他們在實驗室進行了工作,他們的油水比達到35%,BMEP可以達到20bar,降低油耗是13%,這個技術非常有前景,這個技術如何來使用水的噴射不帶來負面的作用,這是大家需要研究的問題。
目前提高汽油機辛烷值也是一個很重要的有可能成為一個趨勢,主要是因為美國,美國認為歐洲的做法是對的,所以他們也在力圖提高辛烷值,可以提高熱效率5%,這是很不容易的。在我們實驗室里面,我們搞了一個分子重振的技術也是在提高燃料的辛烷值,也可以使得熱效率達到52%。
余熱回收,這個很有前景,主要是成本的問題,成本解決以后會得到3%—5%的效果。內(nèi)燃機也非常重視儲能技術,通過提高電池的和超級電容它們的使用,我們可以用負荷或者是剎車回收來提高效果。另外就是電增壓器目前主要是成本問題,這些如果成本問題解決以后,用量大了以后也會取得很好的效果。
結論,第一個,內(nèi)燃機節(jié)能減排任重道遠,是能源和環(huán)境安全的主戰(zhàn)場之一,意義重大。加快車用內(nèi)燃機技術的發(fā)展是國家能源和環(huán)境的大事。在世界范圍內(nèi)內(nèi)燃機以提高能量利用率,降低碳排放為目標,新技術發(fā)展速度快,新技術層出不窮,我國內(nèi)燃機工業(yè)不可懈怠,積極鼓勵內(nèi)燃機工業(yè)創(chuàng)新是中國汽車工業(yè)走向強國的正確道路。我國車用內(nèi)燃機技術加快發(fā)展,成績是很卓越的,我們期待顛覆性的、引領性的技術在中國出現(xiàn),那個時候我們就可以說中國是一個汽車強國。我匯報到這兒,謝謝大家。
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