7月9日, 由寰球汽車主辦的 '燃' 力量汽車動力發展趨勢高峰論壇在京召開. 多位內燃機領域權威專家匯聚一堂, 通過解讀汽車動力的新技術, 分析汽車動力未來的發展趨勢.
在《中國製造2025》中, 中國將 '節能與新能源汽車' 作為重點領域發展突破. 與此同時, '國六' 排放標準, '雙積分' 政策, 4階段燃油限制遍准等產業政策即將陸續實施, 上述嚴格的標準表明了中國要走節能減排之路的決心.
在節能環保的大背景下, 汽車動力如何應對排放及燃油消耗的限制?動力產品的功能性和穩定性如何提升?如何進一步挖掘混合動力, 渦輪增壓, 自然吸氣和三缸機發展的潛力成為了與會專家討論的焦點問題.
論壇上, 清華大學教授, 清華大學燃燒能源中心副主任帥石金指出, 內燃機與電機混合作為動力可以優勢互補, 未來傳統動力具有強大的生命力, 是滿足未來嚴格法規的主流技術路線. 另外混合動力內燃機更高效, 更簡單, 更符合節能減排, 在動力變革上有優勢. 中國汽車進一步提升熱效率, 不要放棄傳統動力發展, 未來中國汽車動力既有轉型也有升級, 這真正的反映了國家的核心競爭力, 國家和企業不要簡單地去放棄, 應該加大投入.
以下是清華大學教授, 清華大學燃燒能源中心副主任 帥石金髮言實錄:
前面幾位行業的領導, 還有王秉剛主任給我的話題做了很好的鋪墊, 我下面的話題也是介紹混合動力發動機的一些技術發展的情況. 大家知道清華大學像歐陽老師在電動車方面做了非常好的工作, 我的團隊在做升級的工作, 既做轉型也做升級, 我希望我的報告給大家一些數據, 可以支撐剛才王主任的一些觀點.
我的報告題目就叫做混合動力助內燃機煥發新生, 我想從這麼四個方面來跟大家交流一下.
第一個既然內燃機剛才講了在混合動力要發揮非常重要的作用, 但是到底什麼是混合動力專業發動機這個概念非常重要, 是不是跟傳統的發動機沒有什麼差別?還是有差別?差別在什麼地方?第二個混合動力雖然構型很多, 對內燃機提出了不少的要求, 怎麼深度融合達到節能減排. 最後我要舉一個日本豐田的例子, 是混合動力發動機走在前頭的. 包括未來的發展趨勢.
第一個話題, 什麼是混動動力專用內燃機, 就是專門設計開發用於混合動力汽車的內燃機, 很容易說這個話, 但是到底這種混合動力發動機是汽油機還是柴油機, 是轉子的還是自吸式還是自噴, 等等有很多, 但是不管怎麼樣的混合動力發動機, 首先要講它跟常規的車用內燃機有什麼差異.
第一: 這張發動機的圖, 是常規內燃機為了滿足不同的功耗要在這個區域裡頭行走, 首先由於混合動力發動機有電機的輔助, 那麼它的運行區域是收窄的, 在過去講平原, 高原都要照顧, 以後它到高原去了, 這是混合動力為什麼節能, 主要是因為內燃機在高位運行. 第二個由於混合動力有電機的輔助, 對動力的要求降低了過去, 內燃機動力和排放都要要求, 只要求經濟性排放, 排放當然沒什麼問題, 主要是經濟性, 所以這樣去講混合動力由於有電機的輔助給了內燃機一次挑戰節能的極限, 所以混合動力專業發動機講它要衝高峰, 在原來既要方方面面照顧的基礎上, 由於處於高效區, 動力性要求降低了, 所以它節能的潛力往上升了, 既有高峰又有高原, 這是我講的. 所以很多這種節能技術過去常規來講是不好用的, 像Atkinson的迴圈. 另外我們講混合動力發動機是讓它結構更加簡單的, 過去常規內燃機為了照顧到方方面面整個面, 所以可變技術既要平原用又高高原用, 現在我不用這種可變技術了, 它的結構更簡單, 複雜技術也不用了. 另外還可以更緊湊, 包括今天談的三缸機, 所以像這種車衝程, 轉子發動機都有機會在混合動力得到發展. 還有一個造成要求也很高的, 混合動力發動機怎麼切換, 也是需要做的一些工作. 而且它的成本低, 比常規的汽油機, 混合動力發動機結構簡單導致成本低.
這就是我們講的混合動力事實上給了內燃機一次重生的機會, 一次去挑戰極限的機會, 我想這是一個依據在這個地方.
針對這種混合動力內燃機到底是柴油機還是汽油車, 我分析之後我覺得可能未來是汽油機有這個優勢, 道理很簡單. 由於這個區域由平原往高原運轉, 所以它的經濟性, 汽油機在這個方面由於挑戰這種極限往高處走了, 跟柴油機的效率在高速的時候差距不大. 除此之外汽油機轉速高又是運行, 它的結構要緊湊, 動力性比柴油機好, 燃料比較柔和, 不像柴油一下壓燃, 再一個汽油機的噴射壓力現在也就一兩百, 柴油機一兩千個, 後處理也非常複雜, 所以它的成本也有優勢, 這樣分析下來我覺得未來混合動力發動機具有非常明顯的優勢, 這是我想說的兩點.
在這個基礎上我們來看看汽油機這種混合動力跟電機的結合, 帶來了哪些機會. 下面我想這個構型大家都知道, 混合動力有串聯的, 就是發動機通過電機來驅動, 這時候發動機在非常宅的區域可以高原高峰, 當然也可以採用並聯, 這時候電機要求低一點, 既可以電機驅動也可以發動機驅動, 這種並聯. 還可以混聯, 像通過行星齒輪. 或者混聯式, 又串聯又並聯.
P0, P1, P2, 事實上就是你這個電機可以放到整合跟電機技術在一塊, 有很多選擇, 這種選擇也帶來了讓發動機可以做到很優, 包括如果你插電之後跟電池的匹配也可以有很大的餘地, 電池的裡程增多少, 增十公裡還是二十公裡還是三十公裡, 有很大的餘地, 在成本, 節能減排方面有很大的餘地, 這就是混合動力是非常高的門檻, 非常高的一個技術, 但是它給內燃機給電機恰恰找到了相互補台, 相互融合的機會, 這也是為什麼大家認為混合動力是一個趨勢, 這個圖說明了這個問題.
發動機我剛才講了, 我以HEV這個圖來看, 如果你作為一個企業要選擇高效去沖那個峰, 那麼包括你對動力性, 緊湊性有要求, 那麼你可以用增壓, 用自噴, 如果說我這個車混合動力不那麼高端, 我可能追求成本, 那你可以選擇那種自然吸氣的, 有很多選擇, 你是四缸也可以, 你是三缸也可以, 你是兩缸也可以, 也有很多的選擇餘地, 混合動力的餘地非常大, 非常豐富. 我這裡舉一個例子, 你到底是用這種自然吸氣的, 這種自噴的, 還是用渦輪增壓的, 渦輪增壓一般是自噴, 這是一個趨勢, 符合節能環保的要求. 不管選擇哪一個低能耗是一個重要的目標, 只是有不同的選擇, 沒有對錯先進落後之分, 只是不同路徑的選擇, 總體來講自噴這種增壓度有一個調節的餘地, 對企業的產品不同的型號覆蓋面比較廣, 反而成為了趨勢, 包括我們的豐田過去主導自然吸氣, 現在也在開發但是自噴噴壓的, 包括本田, 包括歐洲的等等. 所以這個是一個可以去選擇的, 我們今年也拿了一個混合動力專項做增程式的動力, 我是負責其中發動機的開發, 現在已經開始啟動了, 我做了一個分析, 作為一個企業自然吸氣跟增壓直奔的有利有弊, 那你到底是看它的動力性, 經濟性, 還是看它整個的成本, 批量?包括你一個企業你原來的基礎是什麼, 如果你在自然吸氣擅長, 如果你在自噴增壓擅長, 你就應該研究自己的綜合效果來做評價, 有不同的選擇, 時間關係我不一個個講了.
發動機我剛才講了, 我以HEV這個圖來看, 如果你作為一個企業要選擇高效去沖那個峰, 那麼包括你對動力性, 緊湊性有要求, 那麼你可以用增壓, 用自噴, 如果說我這個車混合動力不那麼高端, 我可能追求成本, 那你可以選擇那種自然吸氣的, 有很多選擇, 你是四缸也可以, 你是三缸也可以, 你是兩缸也可以, 也有很多的選擇餘地, 混合動力的餘地非常大, 非常豐富. 我這裡舉一個例子, 你到底是用這種自然吸氣的, 這種自噴的, 還是用渦輪增壓的, 渦輪增壓一般是自噴, 這是一個趨勢, 符合節能環保的要求. 不管選擇哪一個低能耗是一個重要的目標, 只是有不同的選擇, 沒有對錯先進落後之分, 只是不同路徑的選擇, 總體來講自噴這種增壓度有一個調節的餘地, 對企業的產品不同的型號覆蓋面比較廣, 反而成為了趨勢, 包括我們的豐田過去主導自然吸氣, 現在也在開發但是自噴噴壓的, 包括我們的本田, 包括歐洲的等等. 所以這個是一個我們可以去選擇的, 我們今年也拿了一個混合動力專項做增程式的動力, 我是負責其中發動機的開發, 現在已經開始啟動了, 我們也做了一個分析, 作為一個企業自然吸氣跟增壓直奔的有利有弊, 那你到底是看它的動力性, 經濟性, 還是看它整個的成本, 批量?包括你一個企業你原來的基礎是什麼, 如果你在自然吸氣擅長, 如果你在自噴增壓擅長, 你就應該研究自己的綜合效果來做評價, 有不同的選擇, 時間關係我不一個個講了.
混合動力增程式也是一個方向, 你增多少是增程, 是五十公裡還是六十公裡, 包括你跟電池的匹配到底是電池多還是少, 有很多. 但不管怎麼樣對於這種電池主導, 一般我們常規講的增程, 發動機只是一個充電寶沒有裡程的時候, 點用完的時候這個我們增程器發動機還有一些機會, 對於小功率的甚至這種轉子發動機, 一個缸, 一排是三個缸的轉, 它的成本很高到底怎麼選擇, 也有不同的餘地, 但不管怎麼樣我們總的調查下來, 可能還是基於這種小排量, 小缸速, 兩缸三缸這種自然吸氣的發動機有優勢, 因為它比較成熟成本低, 反而作為增程器也是合適的, 這是我們了解的情況.
關於混合動力發動機有很多人認為把現有的發動機拿過來匹配, 事實並非如此. 我這裡給一個先進的混合動力它到底會是一個什麼樣的水平. 不管是我們講的豐田, 還是現代, 包括大眾, 他們都在往40靠, 不是40不是專門的混合動力發動機, 這種效率怎麼得來的?就是你有特徵, 高壓縮比沒有低於12的, 缸率自噴, 包括這種低末雜, 降低油耗, 很多的技術都要用才可以提升, 這裡列了先進的國外的混合動力, 別人在做沒有放棄, 只是跟混合動力很好的結合起來, 讓內燃機的效率再往上走.
我們反觀國內, 國內也是混合動力, 那個技術描述也都有增壓, 直噴, 整合, 但是你看它的實際指標, 效率很難超過40, 現在了解的30就是比較好的了, 你看它的壓縮比就做不到人家的13, 14, 我們就在11這裡徘徊, 這些真正的專家一看就看得出問題來, 我們是有差距的, 這些東西不是簡單的標一下, 做不到, 必須做專門的開發, 所以下面我就給大家看看豐田包括日本人家在幹什麼, 我舉一個典型的例子大家看看.
這就是豐田凱美瑞, 這是41量產的, 常規的是35左右, 6個增長點增上去了. 我重點給大家看看它的一些技術, 這裡看看, 列了多少?那麼這個既有發動機燃料通過油氣的配合, 這是核心的, 剛才講你廢氣多了沒有滾流會失火的, VVT技術, 不是你想什麼時候開什麼時候關的, 它有它的要求, 包括低摩擦的技術, 列了很多. 而且他為了照顧到節省成本常規的也用, 事實上如果他不考慮常規的沖42, 43沒問題. 2018年我也參加高校的發動機, 現在連現代已經推出43來, 所以這種技術我覺得是我們應該學的. 你看看你一個國家不做到這個芯, 我們中美貿易戰老在這裡講沒有人去投入, 把這個滾流怎麼形成, 讓他不失火, 包括氣到什麼程度, 連進氣門開的工藝上面都要用雷射的圖譜, 把氣流進氣的效率提升, 摳細節. 這是我認為繞不過去的, 如果僅僅是一個概念搞個新能源中國的水平就上去了, 我不那麼認為, 電動車最後是電池技術, 是材料技術在制約, 我想發動機也是這樣, 這種燃燒, 匹配, 你不從燃料燃燒本質去做你是做不到位的, 我不在這裡宣傳豐田是沒有辦法的.
再看E-POWER, 它是一種串聯, 過去認為串聯是八是增程, 實際上已經打破這個概念了, 剛才我講的三缸機用混合動力是有優勢的, 它是自然吸氣的, 現在大家知道三缸挑戰就是挑戰雜訊能不能做到位, 這種東西我認為在座的像吉利, 奇瑞, 包括上汽應該能夠做到這點, 我想它就會有非常好的這種效果. 所以這是關於這個, 另外你看看它這種混合動力電池是1.5度, 也就是內燃機在這個過程中是長時間處在一個狀態, 但是它的成本低很多, 所以在日本市場看除了普銳斯, 他是賣的最好的. 這也打破了過去認為的串聯做不到這種情況, 給了我們更多的空間, 混合動力不斷突破人們的想象, 把增程, 串聯簡單地理解一個增程已經把它打破了, 值得我們思考.
最後我想講講趨勢, 這個圖大家都知道, 2012年FCEV就做了一個預測, 內燃機為什麼慢慢減少, 因為友好法規在這個地方, 所以我們也要認可, 你要大排量的標準在那個地方, 你從5升到4.2升, 這個是有挑戰的, 但是內燃機在這個過程中並沒有消亡, 它反而在什麼地方?即使到了2040年還是在增長, 只是比例減少了, 往油電, 插電走了, 這是我剛講的混合動力的技術要求更高了, 難道這不是機會嗎?這不是內燃機的生命力嗎?當然我們搞內燃機的也要感謝電機, 使得我們內燃機煥發新生, 當然電在城市短距離, 中國的人口密度也是合理的, 電池打個問號, 是不是有電了中國還要去推, 有沒有必要?所以這個預算, 這個趨勢再看那邊那個圖, 2015年我們同時找到的, 看得出來那個方面趨勢沒有變, 但是它的量變化了, 包括電動車的這個增速是換了, 這個是在一個變化的過程中, 我覺得一直降下來沒有了, 我覺得還值得觀察. 剛才講的40, 難道沒有空間的嗎?不對. 這也是豐田包括我們搞發動機的, 混合動力最後要往45, 50走, 技術路線在什麼地方也有. 壓縮比再升提升17, 而且你是稀釋點燃, 要不稀釋壓燃, 我們的馬自達就是這個意思, 它部分混合不行, 到高混合非常容易壓著, 非常好控制, 這種技術還在走.
這是我自己做的圖, 我認為節能減排技術是螺旋上升, 過去我們不講排放, 後來加上去了把油耗提升一點, 我們又有了支配又上了, 但是現在壓燃還有空間. 所以我想未來內燃機沖45%, 50%還是我們要去做的事. 當然回憶一下今天我們的話題, 就是渦輪增壓直噴三缸汽油機, 摩擦損失減少, 可以提高機械效率, 減少油耗.
最後總結, 帥石金指出, 內燃機與電機混合作為動力可以優勢互補, 未來傳統動力具有強大的生命力, 是滿足未來嚴格法規的主流技術路線. 另外混合動力內燃機更高效, 更簡單, 更符合節能減排, 在動力變革上有優勢. 中國汽車進一步提升熱效率, 不要放棄傳統動力發展, 未來中國汽車動力既有轉型也有升級, 這真正的反映了國家的核心競爭力, 國家和企業不要簡單地去放棄, 應該加大投入.