帅石金:中国汽车加强内燃机动力研究更符合主流技术路线(附图)

发布时间:2018-07-09 16:32    来源:V讯网
 

关键词:汽车动力 内燃机 国六排放标准 节能减排

摘要:7月9日,由寰球汽车主办的“燃”力量汽车动力发展趋势高峰论坛在京召开。多位内燃机领域权威专家汇聚一堂,通过解读汽车动力的新技术,分析汽车动力未来的发展趋势。论坛上,清华大学教授、清华大学燃烧能源中心副主任帅石金指出,内燃机与电机混合作为动力可以优势互补,未来传统动力具有强大的生命力,是满足未来严格法规的主流技术路线。另外混合动力内燃机更高效、更简单,更符合节能减排,在动力变革上有优势。中国汽车进一步提升热效率,不要放弃传统动力发展,未来中国汽车动力既有转型也有升级,这真正的反映了国家的核心竞争力,国家和企业不要简单地去放弃,应该加大投入。

  7月9日,由寰球汽车主办的“燃”力量汽车动力发展趋势高峰论坛在京召开。多位内燃机领域权威专家汇聚一堂,通过解读汽车动力的新技术,分析汽车动力未来的发展趋势。

  在《中国制造2025》中,中国将“节能与新能源汽车”作为重点领域发展突破。与此同时,“国六”排放标准、“双积分”政策、4阶段燃油限制遍准等产业政策即将陆续实施,上述严格的标准表明了中国要走节能减排之路的决心。

  在节能环保的大背景下,汽车动力如何应对排放及燃油消耗的限制?动力产品的功能性和稳定性如何提升?如何进一步挖掘混合动力、涡轮增压、自然吸气和三缸机发展的潜力成为了与会专家讨论的焦点问题。

  论坛上,清华大学教授、清华大学燃烧能源中心副主任帅石金指出,内燃机与电机混合作为动力可以优势互补,未来传统动力具有强大的生命力,是满足未来严格法规的主流技术路线。另外混合动力内燃机更高效、更简单,更符合节能减排,在动力变革上有优势。中国汽车进一步提升热效率,不要放弃传统动力发展,未来中国汽车动力既有转型也有升级,这真正的反映了国家的核心竞争力,国家和企业不要简单地去放弃,应该加大投入。

  

  以下是清华大学教授、清华大学燃烧能源中心副主任 帅石金发言实录:

  前面几位行业的领导,还有王秉刚主任给我的话题做了很好的铺垫,我下面的话题也是介绍混合动力发动机的一些技术发展的情况。大家知道清华大学像欧阳老师在电动车方面做了非常好的工作,我的团队在做升级的工作,既做转型也做升级,我希望我的报告给大家一些数据,可以支撑刚才王主任的一些观点。

  我的报告题目就叫做混合动力助内燃机焕发新生,我想从这么四个方面来跟大家交流一下。

   

  第一个既然内燃机刚才讲了在混合动力要发挥非常重要的作用,但是到底什么是混合动力专业发动机这个概念非常重要,是不是跟传统的发动机没有什么差别?还是有差别?差别在什么地方?第二个混合动力虽然构型很多,对内燃机提出了不少的要求,怎么深度融合达到节能减排。最后我要举一个日本丰田的例子,是混合动力发动机走在前头的。包括未来的发展趋势。

  第一个话题,什么是混动动力专用内燃机,就是专门设计开发用于混合动力汽车的内燃机,很容易说这个话,但是到底这种混合动力发动机是汽油机还是柴油机,是转子的还是自吸式还是自喷,等等有很多,但是不管怎么样的混合动力发动机,首先要讲它跟常规的车用内燃机有什么差异。

   

   

  第一:这张发动机的图,是常规内燃机为了满足不同的功耗要在这个区域里头行走,首先由于混合动力发动机有电机的辅助,那么它的运行区域是收窄的,在过去讲平原、高原都要照顾,以后它到高原去了,这是混合动力为什么节能,主要是因为内燃机在高位运行。第二个由于混合动力有电机的辅助,对动力的要求降低了过去,内燃机动力和排放都要要求,只要求经济性排放,排放当然没什么问题,主要是经济性,所以这样去讲混合动力由于有电机的辅助给了内燃机一次挑战节能的极限,所以混合动力专业发动机讲它要冲高峰,在原来既要方方面面照顾的基础上,由于处于高效区,动力性要求降低了,所以它节能的潜力往上升了,既有高峰又有高原,这是我讲的。所以很多这种节能技术过去常规来讲是不好用的,像Atkinson的循环。另外我们讲混合动力发动机是让它结构更加简单的,过去常规内燃机为了照顾到方方面面整个面,所以可变技术既要平原用又高高原用,现在我不用这种可变技术了,它的结构更简单,复杂技术也不用了。另外还可以更紧凑,包括今天谈的三缸机,所以像这种车冲程、转子发动机都有机会在混合动力得到发展。还有一个造成要求也很高的,混合动力发动机怎么切换,也是需要做的一些工作。而且它的成本低,比常规的汽油机,混合动力发动机结构简单导致成本低。

  这就是我们讲的混合动力事实上给了内燃机一次重生的机会,一次去挑战极限的机会,我想这是一个依据在这个地方。

  

  针对这种混合动力内燃机到底是柴油机还是汽油车,我分析之后我觉得可能未来是汽油机有这个优势,道理很简单。由于这个区域由平原往高原运转,所以它的经济性,汽油机在这个方面由于挑战这种极限往高处走了,跟柴油机的效率在高速的时候差距不大。除此之外汽油机转速高又是运行,它的结构要紧凑,动力性比柴油机好,燃料比较柔和,不像柴油一下压燃,再一个汽油机的喷射压力现在也就一两百,柴油机一两千个,后处理也非常复杂,所以它的成本也有优势,这样分析下来我觉得未来混合动力发动机具有非常明显的优势,这是我想说的两点。

  

  在这个基础上我们来看看汽油机这种混合动力跟电机的结合,带来了哪些机会。下面我想这个构型大家都知道,混合动力有串联的,就是发动机通过电机来驱动,这时候发动机在非常宅的区域可以高原高峰,当然也可以采用并联,这时候电机要求低一点,既可以电机驱动也可以发动机驱动,这种并联。还可以混联,像通过行星齿轮。或者混联式,又串联又并联。

  

  P0、P1、P2,事实上就是你这个电机可以放到集成跟电机技术在一块,有很多选择,这种选择也带来了让发动机可以做到很优,包括如果你插电之后跟电池的匹配也可以有很大的余地,电池的里程增多少,增十公里还是二十公里还是三十公里,有很大的余地,在成本、节能减排方面有很大的余地,这就是混合动力是非常高的门槛,非常高的一个技术,但是它给内燃机给电机恰恰找到了相互补台,相互融合的机会,这也是为什么大家认为混合动力是一个趋势,这个图说明了这个问题。

  

  发动机我刚才讲了,我以HEV这个图来看,如果你作为一个企业要选择高效去冲那个峰,那么包括你对动力性、紧凑性有要求,那么你可以用增压,用自喷,如果说我这个车混合动力不那么高端,我可能追求成本,那你可以选择那种自然吸气的,有很多选择,你是四缸也可以,你是三缸也可以,你是两缸也可以,也有很多的选择余地,混合动力的余地非常大,非常丰富。我这里举一个例子,你到底是用这种自然吸气的,这种自喷的,还是用涡轮增压的,涡轮增压一般是自喷,这是一个趋势,符合节能环保的要求。不管选择哪一个低能耗是一个重要的目标,只是有不同的选择,没有对错先进落后之分,只是不同路径的选择,总体来讲自喷这种增压度有一个调节的余地,对企业的产品不同的型号覆盖面比较广,反而成为了趋势,包括我们的丰田过去主导自然吸气,现在也在开发但是自喷喷压的,包括本田,包括欧洲的等等。所以这个是一个可以去选择的,我们今年也拿了一个混合动力专项做增程式的动力,我是负责其中发动机的开发,现在已经开始启动了,我做了一个分析,作为一个企业自然吸气跟增压直奔的有利有弊,那你到底是看它的动力性、经济性,还是看它整个的成本,批量?包括你一个企业你原来的基础是什么,如果你在自然吸气擅长,如果你在自喷增压擅长,你就应该研究自己的综合效果来做评价,有不同的选择,时间关系我不一个个讲了。

  

  发动机我刚才讲了,我以HEV这个图来看,如果你作为一个企业要选择高效去冲那个峰,那么包括你对动力性、紧凑性有要求,那么你可以用增压,用自喷,如果说我这个车混合动力不那么高端,我可能追求成本,那你可以选择那种自然吸气的,有很多选择,你是四缸也可以,你是三缸也可以,你是两缸也可以,也有很多的选择余地,混合动力的余地非常大,非常丰富。我这里举一个例子,你到底是用这种自然吸气的,这种自喷的,还是用涡轮增压的,涡轮增压一般是自喷,这是一个趋势,符合节能环保的要求。不管选择哪一个低能耗是一个重要的目标,只是有不同的选择,没有对错先进落后之分,只是不同路径的选择,总体来讲自喷这种增压度有一个调节的余地,对企业的产品不同的型号覆盖面比较广,反而成为了趋势,包括我们的丰田过去主导自然吸气,现在也在开发但是自喷喷压的,包括我们的本田,包括欧洲的等等。所以这个是一个我们可以去选择的,我们今年也拿了一个混合动力专项做增程式的动力,我是负责其中发动机的开发,现在已经开始启动了,我们也做了一个分析,作为一个企业自然吸气跟增压直奔的有利有弊,那你到底是看它的动力性、经济性,还是看它整个的成本,批量?包括你一个企业你原来的基础是什么,如果你在自然吸气擅长,如果你在自喷增压擅长,你就应该研究自己的综合效果来做评价,有不同的选择,时间关系我不一个个讲了。

  混合动力增程式也是一个方向,你增多少是增程,是五十公里还是六十公里,包括你跟电池的匹配到底是电池多还是少,有很多。但不管怎么样对于这种电池主导,一般我们常规讲的增程,发动机只是一个充电宝没有里程的时候,点用完的时候这个我们增程器发动机还有一些机会,对于小功率的甚至这种转子发动机,一个缸,一排是三个缸的转,它的成本很高到底怎么选择,也有不同的余地,但不管怎么样我们总的调查下来,可能还是基于这种小排量,小缸速,两缸三缸这种自然吸气的发动机有优势,因为它比较成熟成本低,反而作为增程器也是合适的,这是我们了解的情况。

  

  关于混合动力发动机有很多人认为把现有的发动机拿过来匹配,事实并非如此。我这里给一个先进的混合动力它到底会是一个什么样的水平。不管是我们讲的丰田,还是现代,包括大众,他们都在往40靠,不是40不是专门的混合动力发动机,这种效率怎么得来的?就是你有特征,高压缩比没有低于12的,缸率自喷,包括这种低末杂,降低油耗,很多的技术都要用才可以提升,这里列了先进的国外的混合动力,别人在做没有放弃,只是跟混合动力很好的结合起来,让内燃机的效率再往上走。

  我们反观国内,国内也是混合动力,那个技术描述也都有增压、直喷、集成,但是你看它的实际指标,效率很难超过40,现在了解的30就是比较好的了,你看它的压缩比就做不到人家的13、14,我们就在11这里徘徊,这些真正的专家一看就看得出问题来,我们是有差距的,这些东西不是简单的标一下,做不到,必须做专门的开发,所以下面我就给大家看看丰田包括日本人家在干什么,我举一个典型的例子大家看看。

  

   

   

   

   

  这就是丰田凯美瑞,这是41量产的,常规的是35左右,6个增长点增上去了。我重点给大家看看它的一些技术,这里看看,列了多少?那么这个既有发动机燃料通过油气的配合,这是核心的,刚才讲你废气多了没有滚流会失火的,VVT技术,不是你想什么时候开什么时候关的,它有它的要求,包括低摩擦的技术,列了很多。而且他为了照顾到节省成本常规的也用,事实上如果他不考虑常规的冲42、43没问题。2018年我也参加高校的发动机,现在连现代已经推出43来,所以这种技术我觉得是我们应该学的。你看看你一个国家不做到这个芯,我们中美贸易战老在这里讲没有人去投入,把这个滚流怎么形成,让他不失火,包括气到什么程度,连进气门开的工艺上面都要用激光的图谱,把气流进气的效率提升,抠细节。这是我认为绕不过去的,如果仅仅是一个概念搞个新能源中国的水平就上去了,我不那么认为,电动车最后是电池技术,是材料技术在制约,我想发动机也是这样,这种燃烧、匹配,你不从燃料燃烧本质去做你是做不到位的,我不在这里宣传丰田是没有办法的。

  再看E-POWER,它是一种串联,过去认为串联是八是增程,实际上已经打破这个概念了,刚才我讲的三缸机用混合动力是有优势的,它是自然吸气的,现在大家知道三缸挑战就是挑战噪声能不能做到位,这种东西我认为在座的像吉利、奇瑞,包括上汽应该能够做到这点,我想它就会有非常好的这种效果。所以这是关于这个,另外你看看它这种混合动力电池是1.5度,也就是内燃机在这个过程中是长时间处在一个状态,但是它的成本低很多,所以在日本市场看除了普锐斯,他是卖的最好的。这也打破了过去认为的串联做不到这种情况,给了我们更多的空间,混合动力不断突破人们的想象,把增程、串联简单地理解一个增程已经把它打破了,值得我们思考。

  

   

   

  最后我想讲讲趋势,这个图大家都知道,2012年FCEV就做了一个预测,内燃机为什么慢慢减少,因为友好法规在这个地方,所以我们也要认可,你要大排量的标准在那个地方,你从5升到4.2升,这个是有挑战的,但是内燃机在这个过程中并没有消亡,它反而在什么地方?即使到了2040年还是在增长,只是比例减少了,往油电、插电走了,这是我刚讲的混合动力的技术要求更高了,难道这不是机会吗?这不是内燃机的生命力吗?当然我们搞内燃机的也要感谢电机,使得我们内燃机焕发新生,当然电在城市短距离,中国的人口密度也是合理的,电池打个问号,是不是有电了中国还要去推,有没有必要?所以这个预算,这个趋势再看那边那个图,2015年我们同时找到的,看得出来那个方面趋势没有变,但是它的量变化了,包括电动车的这个增速是换了,这个是在一个变化的过程中,我觉得一直降下来没有了,我觉得还值得观察。刚才讲的40,难道没有空间的吗?不对。这也是丰田包括我们搞发动机的,混合动力最后要往45、50走,技术路线在什么地方也有。压缩比再升提升17,而且你是稀释点燃,要不稀释压燃,我们的马自达就是这个意思,它部分混合不行,到高混合非常容易压着,非常好控制,这种技术还在走。

  这是我自己做的图,我认为节能减排技术是螺旋上升,过去我们不讲排放,后来加上去了把油耗提升一点,我们又有了支配又上了,但是现在压燃还有空间。所以我想未来内燃机冲45%、50%还是我们要去做的事。当然回忆一下今天我们的话题,就是涡轮增压直喷三缸汽油机,摩擦损失减少,可以提高机械效率,减少油耗。

  

   

  最后总结,帅石金指出,内燃机与电机混合作为动力可以优势互补,未来传统动力具有强大的生命力,是满足未来严格法规的主流技术路线。另外混合动力内燃机更高效、更简单,更符合节能减排,在动力变革上有优势。中国汽车进一步提升热效率,不要放弃传统动力发展,未来中国汽车动力既有转型也有升级,这真正的反映了国家的核心竞争力,国家和企业不要简单地去放弃,应该加大投入。(郭岩)

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