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

文章來源:百姓評車碳交易網(wǎng)2021-09-06 12:11

面向低碳和碳中和的車用內(nèi)燃機(jī)的趨勢

 
第一,提高熱效率是內(nèi)然動力系統(tǒng)長期的技術(shù)需求,當(dāng)然這個要保證發(fā)動機(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)。因為必須要滿足發(fā)動機(jī)的要求,滿足環(huán)境的要求。
 
第三,混合動力將會是車用內(nèi)燃機(jī)的系統(tǒng)應(yīng)用的主要方式。純內(nèi)燃機(jī)的汽車將會逐步退出歷史舞臺,內(nèi)燃機(jī)一定要加電。現(xiàn)在國際上最新的報道也認(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)實現(xiàn)凈零排放的根本。
 
這張圖是從國家統(tǒng)計局查到的,在交通運輸領(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年的時候,交通領(lǐng)域的碳排放變得減緩的趨勢,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,因為有的卡車用天然氣。節(jié)能還是我國最近實現(xiàn)交通運輸或者汽車降碳的一個最現(xiàn)實、最重要的途徑。我們也知道,在國內(nèi)外,發(fā)動機(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)動機(jī)技術(shù)的人聊天,他都有一個感受,他說我國汽車技術(shù)的進(jìn)步就是動力總成,發(fā)動機(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)動機(jī)基本可以實現(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,實際上汽油壓燃效率也可以達(dá)到45%,但它有一個最大的優(yōu)點,把負(fù)荷提上去了,滿足更大的動力需求。
 
同樣,商用車像美國超級卡車計劃可以達(dá)到55%的熱效率,我國濰柴去年宣布的50%的熱效率,所以我們在熱效率技術(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,未來可能還會有45%的熱效率的公布。
 
發(fā)動機(jī)面臨另外一個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法規(guī),在現(xiàn)有排放的基礎(chǔ)上達(dá)到90%。如果到了這個排放水平,實際上基本不會超過5個PPM,達(dá)到零環(huán)境影響,對環(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)然這里我們會涉及到相關(guān)的后處理技術(shù),比如說對于后處理系統(tǒng)可能越來越復(fù)雜,重型車采用兩級的SCR系統(tǒng),汽油機(jī)也會采用防氨泄露。
 
另外在發(fā)動機(jī)里面,最重要的是RDE,就是實際的駕駛工況的控制技術(shù)。實際上現(xiàn)在商用車在很多時候,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。另外對于乘用車的油耗,實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,混動化是車用內(nèi)燃動力的方向?;靹踊莾?nèi)燃機(jī)未來內(nèi)然動力應(yīng)用的方向,比如說以重載載貨物流的插電式混動系統(tǒng),它的系統(tǒng)效率提高了30%。還有像18噸的混動客車,能效改善18%,另外還有康明斯,皮卡和物流車可以實現(xiàn)65.2%的接入效率。
 
我們也在開展混動客車的研究,比如重型牽引貨車的混動系統(tǒng),目前的狀態(tài)是實現(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)包括混動系統(tǒng)專用發(fā)動機(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現(xiàn)碳排放的最重要的。
 
燃料儲能是通過燃料的方式把它轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的電。氫發(fā)動機(jī)將來也是一個很好的混合動力系統(tǒng)方案。比如說傳統(tǒng)動力,像博世達(dá)到39%的熱效率。實際上這個效率已經(jīng)很接近燃料電池的效率,所以氫發(fā)動機(jī)還是有很大的空間。所以我想這個是未來的四大技術(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交通運輸能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的動力之一。
 
第三,要滿足近零排放法規(guī)。
 
第四,混合動力是我們內(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,是實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的必然途徑。
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