發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)與商用車可替代動(dòng)力

相德寶 文

發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)與商用車可替代動(dòng)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(zhǎng)的“動(dòng)力換位”過(guò)程中，國(guó)內(nèi)車企壓力會(huì)比以往更大，任務(wù)也會(huì)越來(lái)越重，他們需要將傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)優(yōu)化追趕國(guó)際水平、積極開(kāi)發(fā)目前較為可行的純電、混動(dòng)、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(dòng)機(jī)生產(chǎn)和銷售”的文章。文中寫(xiě)到：豐田汽車公司公布了一項(xiàng)令人震驚的長(zhǎng)期規(guī)劃，到2050年，豐田將停止制造、銷售僅靠發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛的汽車，并將逐步提高混合動(dòng)力車(HV)、插電混動(dòng)車(PHV）、燃料電池車(FCV)和化學(xué)電池純電動(dòng)車(EV)的比率；與此同時(shí)，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(dòng)機(jī)著實(shí)令人震驚。另外。筆者也注意到，隨著全球汽車市場(chǎng)對(duì)燃油效率及排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)，各大汽車廠商模擬發(fā)展著屬于自己的戰(zhàn)略方針。越來(lái)越多的傳統(tǒng)汽車制造商開(kāi)始加入新能源汽車開(kāi)發(fā)這一領(lǐng)域。

“柴油機(jī)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(hù)、可持續(xù)發(fā)展的重要研究課題。如今電動(dòng)、混動(dòng)、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(diǎn)?，F(xiàn)今，讓我們?cè)俅尉劢拱l(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力走向與商用車可替代動(dòng)力。

獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷百余年，百舸爭(zhēng)流看今朝

自1860年法國(guó)人勒努瓦(Lenoir)研制成功煤氣機(jī)，出現(xiàn)了世界上第1臺(tái)內(nèi)燃機(jī)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(jìn)步文明、工業(yè)化、自動(dòng)化進(jìn)程離不開(kāi)內(nèi)燃機(jī)。它以獨(dú)特的優(yōu)良動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和可靠性，滿足交通運(yùn)輸、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、漁業(yè)船舶、發(fā)電設(shè)備、國(guó)防裝備、石油鉆機(jī)、園林機(jī)械以及各種通用機(jī)械的主導(dǎo)動(dòng)力設(shè)備的需求，對(duì)配套整機(jī)的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展具有重大影響。伴隨著技術(shù)進(jìn)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(jī)早已成為動(dòng)力引擎的不二之選，獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷百余年。

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

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(guó)政府和消費(fèi)者的大力支持。燃油已并非唯一動(dòng)力，電動(dòng)、混動(dòng)、新能源已經(jīng)成為各大內(nèi)燃機(jī)廠變革發(fā)力的主要方向之一。

百花齊放，可替代動(dòng)力競(jìng)爭(zhēng)妍

目前內(nèi)燃機(jī)可替代動(dòng)力基本包括純電動(dòng)、混動(dòng)、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(guó)對(duì)于替代燃料的選擇亦會(huì)不同。

純電動(dòng)能源。電動(dòng)能源因政府與國(guó)家政策的倡導(dǎo)，零排放的優(yōu)點(diǎn)受到廣大汽車企業(yè)的青睞，并且已經(jīng)成為燃?xì)廛囍獾恼J(rèn)可度較高的替代動(dòng)力。但是電池能量密度與電池技術(shù)卻遭遇了瓶頸，同時(shí)2016年我國(guó)鋰離子動(dòng)力電池計(jì)劃產(chǎn)能將達(dá)到90～100 gWh，以7成的產(chǎn)能利用率計(jì)算，2016年產(chǎn)量將達(dá)到63～70 gWh。2015年我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)量近38萬(wàn)輛，動(dòng)力電池市場(chǎng)需求量約為15 gWh；2016年電動(dòng)汽車產(chǎn)量按照80萬(wàn)輛計(jì)算，動(dòng)力電池市場(chǎng)需求在32 gWh左右，可見(jiàn)電池產(chǎn)能過(guò)剩，盡管國(guó)內(nèi)市場(chǎng)生產(chǎn)動(dòng)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(jìn)入主流電動(dòng)汽車生產(chǎn)企業(yè)供應(yīng)鏈的動(dòng)力電池供應(yīng)商卻只有20家左右，包括國(guó)軒高科、微宏、中航鋰電、寧德時(shí)代等企業(yè)。動(dòng)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(guó)內(nèi)新能源汽車補(bǔ)貼的明顯下調(diào)，電動(dòng)汽車產(chǎn)銷量增速將顯著下滑，對(duì)于動(dòng)力電池市場(chǎng)的拉動(dòng)效應(yīng)大大減弱，加上動(dòng)力電池市場(chǎng)產(chǎn)能結(jié)構(gòu)性過(guò)剩，市場(chǎng)將迎來(lái)大洗牌。

混動(dòng)能源。一般是指一輛車的動(dòng)力來(lái)源于內(nèi)燃機(jī)車發(fā)電機(jī)，再加上蓄電池，可以減少汽車的污染，提高純電動(dòng)汽車的行駛里程。采用混合動(dòng)力后，可按平均需用的功率來(lái)確定內(nèi)燃機(jī)的最大功率，此時(shí)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(jī)功率不足時(shí)，由電池來(lái)補(bǔ)充；負(fù)荷少時(shí)，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機(jī)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(zhǎng)補(bǔ)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(shí)證明天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)現(xiàn)低排放的同時(shí)，仍然保持較高的燃燒效率。作為對(duì)動(dòng)力石油的替代燃料，天然氣具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如CO2排放較低、PM排放幾乎為零、資源豐富價(jià)格低廉、高辛烷值、可燃性好等。在美國(guó)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(dòng)機(jī)已被廣泛應(yīng)用于汽車運(yùn)輸業(yè)。隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，柴油機(jī)的排放水平逐漸接近天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。但柴油機(jī)需要用到昂貴的后處理裝置，且各種燃燒策略的運(yùn)用直接導(dǎo)致油耗增加。如果能夠采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，那么一定程度上氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和排放可以超越柴油機(jī)或其他替代燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。

醇類燃料。美國(guó)在過(guò)去幾年中不斷增加對(duì)乙醇代用燃料的使用，希望借此降低對(duì)石油的需求。這一舉措雖然成功地滿足了這一目標(biāo)，但用于汽車工業(yè)的乙醇燃油成本卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石油。甲醇燃料使用方便、價(jià)格便宜、環(huán)保清潔，在我國(guó)甲醇以各種比例摻混汽油使用于在用車輛、開(kāi)發(fā)高比例摻混或M100純甲醇專用發(fā)動(dòng)機(jī)汽車等研究已有幾十年歷史，也有國(guó)際國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的應(yīng)用技術(shù)。甲醇熱值低、氣化潛熱大、沸點(diǎn)高、蒸汽壓低、閃點(diǎn)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(biāo)對(duì)于甲醇燃料使用過(guò)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(biāo)準(zhǔn)。

生物柴油。生物柴油是由動(dòng)植物油脂與醇經(jīng)過(guò)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(diǎn)高，運(yùn)輸、儲(chǔ)存安全的特點(diǎn)，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(guó)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(guò)《清潔空氣法》排放測(cè)試的燃料。歐洲生物柴油主要應(yīng)用在公路運(yùn)輸、船舶航運(yùn)、農(nóng)業(yè)動(dòng)力、家庭取暖等，并且具有完善的市場(chǎng)激勵(lì)機(jī)制。我國(guó)的柴油機(jī)燃用BD5生物柴油的可靠性試驗(yàn)結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間燃用BD5生物柴油,性能不會(huì)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(cè)試，生物柴油HC、CO、PM排放下降幅度可達(dá)50%左右，僅有NOx排放上升5.8%。生物柴油可以在國(guó)Ⅱ、國(guó)Ⅲ柴油機(jī)上長(zhǎng)期燃用，柴油機(jī)性能與燃燒礦物柴油的性能一樣，具有滿足國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)的潛力，但需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的燃料管理、排放控制系統(tǒng)。同時(shí)，生物柴油也面臨著成本偏高、低溫流動(dòng)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(dòng)能源居多。

可替代動(dòng)力大放異彩，車企研發(fā)動(dòng)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(lái)商用車的發(fā)展趨勢(shì)。在這個(gè)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(duì)于節(jié)能減排的重視，成熟車型則展示了新能源動(dòng)力的領(lǐng)先技術(shù)。

德國(guó)曼恩、扶桑、奔馳、日產(chǎn)分別展示了純電動(dòng)重型卡車、物流車、MPV等車型，這些車型動(dòng)力表現(xiàn)絲毫不遜色于柴油車，且達(dá)到低排放、零排放；現(xiàn)代、麥格納采用了氫能源燃料，更是達(dá)到了零排放，為節(jié)能、減排貢獻(xiàn)更多手段；日產(chǎn)、達(dá)夫、麥格納展示的產(chǎn)品則實(shí)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(duì)可替代動(dòng)力的大好發(fā)展，國(guó)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(guó)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(shì)來(lái)看，新能源汽車的普及，或許比想象中來(lái)得更快，希望國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)做好準(zhǔn)備。

不過(guò)，與姜克雋的“超前”觀點(diǎn)不同的是，很多業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，新能源汽車無(wú)疑是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，但由于各種制約因素，傳統(tǒng)動(dòng)力還將在很長(zhǎng)時(shí)間占據(jù)主導(dǎo)地位。如今，在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的交叉口上，如何合理進(jìn)行路線選擇的確給企業(yè)帶來(lái)了不小的難題。

筆者認(rèn)為，在漫長(zhǎng)的“動(dòng)力換位”過(guò)程中，國(guó)內(nèi)車企壓力會(huì)比以往更大，任務(wù)也會(huì)越來(lái)越重，他們需要將傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)優(yōu)化追趕國(guó)際水平、積極開(kāi)發(fā)目前較為可行的純電、混動(dòng)、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(guò)程中，還需把握好市場(chǎng)規(guī)律，才能立足于行業(yè)前沿。