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清华大学帅石金:高效柴油机技术进步与优势

2月19日,由中国欧洲经济技术合作协会智能网联汽车分会主办、北京汽车博物馆协办,《财圈社》及《道哥说车》作为官方合作媒体的《中国轻型商用车动力进化论坛》正式拉开帷幕,本届论坛围绕“油电之争,一定要见分晓吗?”主题,希望通过专家与车企高管分析当前市场现状及未来发展趋势,探讨高效柴油发动机技术的发展潜力及其在节能减排方面的贡献。

开幕致辞环节,清华大学航空发动机研究院副院长,清华大学燃烧能源中心副主任,清华大学壳牌清洁交通能源中心主任帅石金教授发表了题为“高效柴油机技术进步与优势”的演讲。




以下为演讲实录:

尊敬的各位领导、嘉宾和媒体朋友,大家下午好。

首先感谢王总主办方请我来做技术交流,前面陈秘书长把背景做了很好的交代,现在中国的轻型商用车是我们不能忽视的战场,尽管量上乘用车量比较大,但商用车在我们国家油非常重要的地位。

今天我们围绕轻型商用车这个小的市场,我做的报告是其中的柴油机动力谈谈我个人的看法。我学发动机的,汽油机、柴油机是我的专业,现在也面临行业拥抱电动化,电动化转型。我们柴油车作为车用动力,在轻型车里面油应用。包括十年前欧洲推乘用车柴油机化,只不过中国当时是环保压力没有走这条路,现在重型商用车更不用讲,柴油车是主流。所以目前的阶段,电动化也提了相当长的一段时间,包括美国、欧洲有点回潮,我一道认为全球变暖都是伪命题。当然我们还是科学的态度,尤其中国现在已经转到新能源转型,所以这种大背景下这个话题非常有意义。

一个是轻型乘用柴油机用到这些场景油哪些机遇,优势是什么?有没有挑战和不足?我从技术的角度分析。第二方面是针对现在柴油车的技术,尤其是轻型商用车,包括重型我认为是相关的,它的节能技术有没有技术进步?未来怎么拥抱电?怎么拥抱智能化?这个也是值得探讨的,在这个基础上做一点结论。

思考。

轻型柴油车我站在发动机的角度可以告诉大家就是两条路线,一个是汽油机为代表的,一种是柴油机,是压燃的,稀燃的。国外没有柴油机、汽油机之分,只有点燃和压燃之分,所以柴油机是一种典型的压燃燃烧模式。从我们搞发动机燃烧的角度,提高效率、动力的角度,柴油机这种压燃、稀燃的优势非常明显,包括汽油机它的优势是在小的能量密度比较高,但要追求大的功率,追求高效,柴油机这种稀燃、压燃的模式非常重要。

我是一个教授,这个公式不管汽油机、柴油机,不管点燃、压燃,你提高效率就是跟这两个参数有关,柴油机压燃就是高,汽油机大概10-12、13,柴油机是15以上,早期还有22,现在也是17-20之间,就是因为柴油机压燃模式效率高上去了,所以只能20%-30%,尤其是柴油机比汽油机更节能,就是因为稀燃带来的优势,它发出的热量就强。这就是我万变不离其宗,核心就是柴油机它的节能和动力这种压燃的钢劲(音)可以做得非常大,几米的,这就是柴油机最大的好处。用在乘用车里,高效效率到50%以上,现在最高的效率就是压燃,柴油机拿出来了,当然轻型的转速高一点,效率要低一点。另外它的耐久性非常好,早期柴油机先是点燃汽油机,再是柴油,为什么取代它?就是可靠性压燃模式更好,点火的可靠性原来也不好,所以目前耐久性柴油机仍然能表现出优势,包括它的安全性。柴油机唯一的问题就是这个柴油容易压着,但它偏重,它的物理特性不容易挥发,所以高压喷射,颗粒物不好它的排放有问题,氮氧化物尤其是稀燃条件下,这是它的挑战。

物流配送、城市运输,尤其是过去不讲电机的时候,不讲混合动力的时候柴油机的优势非常明显,稀燃效率比汽油机高多了,30%-40%的提升,所以有非常本质的工作过程和原理决定了优势。

技术进步就是针对目前排放法规加严,柴油的稀燃氮氧化物要喷尿素,分成燃烧,高压做不到位,颗粒物产生,而且要有过滤器,所以这些年柴油机的技术进步就是围绕节能减排,标志性的就是提高共轨压力,江铃应该是最高的压力,2000多个,这是一个标志性的技术。另外增压,只有气多了,包括把废气能量回收效率才能上去。后面的EGR就是为了解决柴油机,唯一最大的问题就是稀燃条件下氮氧化物和颗粒物产生的要满足要求,这是技术进步这些年有很高的技术特征,挑战不比汽油多多了。

现在对中国来讲,我们现在是不光看自己,过去讲这个车的动力柴油机、汽油机好,我们中国这几年也发展起来了,当然电动领先,在传统这块我们也跟上去了,尤其在混合动力我们也走在前列。我们要瞄准中国的市场,更要瞄准未来。现在轻型市场在中国开放的大环境下,中国在新能源转型,在智能化,包括的节能减排技术方面已经做的非常好,所以对拓展海外新的市场我认为这个需求巨大的,他们的电动化那么快,尤其是美国的生活模式和我们不一样,欧洲,更不要说非洲这些国家,他可能还有生存的问题。这种海外市场不同层次的对柴油机仍有巨大需求,包括轻型车方面。

刚才陈秘书长讲出口是增长趋势,未来柴油机这块会在商用车里代表中国走得更快一些,比乘用车走得更快。这是它的优势。

它的挑战核心是排放法规,这是相对汽油机来讲挥发性差一点,又存在颗粒物和稀燃条件下,所以排放标准不断加严,这是对柴油机非常大的挑战,现在国7也在实施。现在也在做,就是增加点成本,后处理装置。国7也有方案,无非就是把颗粒物过去3纳米,现在10纳米,我觉得能做得到。后面我也讲如果我们拥抱了电,加一点轻度的混合,电拥抱同时还节能,何乐而不为?后处理这块的要求越来越高,但是技术层面没有任何问题,这个可以满足未来欧7和国7的排放法规要求。

另外一个电动化,搞内燃机现在混合动力专用发动机是典型的内燃机拥抱电点来的受益,无非是两种做法,我们的混合动力一个是以发动机为主,电租赁那就是并联构型,针对工况剧烈变化,长途充电不方便非常好的解决方案。未来电的充电,停放电、快充都到位了,我们以电为主,发动机助力一下也是很好的场景。在中国这种电为主的情况下叫新能源,这种有冲击,但是也要面对它。这个冲突是巨大的,回避不了,做不好这种响应,不去拥抱电就可能被新能源彻底取代。

现在越小的电动化块,越大的越难,但是我们商用车里面或者柴油机要去用得找那个场景。

市场竞争加剧内卷,像潍柴、玉柴这种企业可能也要往小的轻型商用车去走,更不用说我们了,所以面临这种巨大的压力。未来我想也是可能有的会被淘汰掉,这就是市场竞争非常残酷的现实。

这是柴油机作为轻型商用车技术上的优势和不足。关于技术的发展,标志性的柴油机是节能减排,燃烧系统方面江铃有T-Clean燃烧室,无非就是把气供应的多,让油分布的更均匀,压力更高,让颗粒物基本上烧掉,所以数量就降了下来。高压共轨,江铃2280应该是最高的,应该满足国内国7的排放法规要求。

涡轮增压通过废气再循环。不一定各种工况都满足,在咱们的工况里让涡轮增压效率非常高,能让气跟油混合的更好,当然是节能减排,所以这种技术也是标志性的,我了解废气再循环就是很好的技术。

在这里也做了很多进气均匀性,把笼吸(音)控制,电动当然是节能的。

EGR是降低氮氧化物非常好的手段,在这里也是热管理,所以既可以在原机里把氮化降下来,包括传热做热管理也能把优势发挥出来,江铃也做了很好的集成化设计。

后处理更不用说,在国六的基础上最优做强,把氮氧化物和颗粒物做得好,这个构型我认为技术上没什么挑战,就是降成本把它做到位。

这是关于节能减排技术,这些年有很好的发展。未来的发展趋势第一是一定要拥抱智能化,智能化不是和纯电,只要我们有电机,有电机智能化的响应更会快一些,就可以解决智能化带来跟我们动力的耦合,这个没有问题。

材料这块怎么轻量化,减重,包括耐高温,用一些让它不把热损失损失掉,搞一些隔热的材料都可以提高能量利用率,像材料这方面也做了一些工作。尤其是混合动力,等下讨论再讲,就是两条技术路线,一个并联,一个串联,这两个在轻型商用车里我认为走得通。眼前发动机为主,轻混,长远以电为主,走增程式是很好的模式。

内燃机肯定慢慢没有了,市场已经做选择了,但是混合动力绝对是相当长的时间,有的人马上说固态电池来了,还早着呢,媒体炒作和实际让你做,它的体系没有变化,就是液电解质,不管怎么样,混合动力绝对是相当一块,当然燃油机在这里占一定的比例,尤其是轻型商用车的保鲜,使用的过程中,运输过程中就要消耗能量,柴油机非常有优势,包括房车,你要供电,搞纯电试试看,马上没有电,所以这种场景适用性非常好。

氢发动机市场已经在做探索,我们就想把内燃机高效的能量转换装置拥抱电,把它用到极致,也呼吁未来的零碳。我们最近也拿到国家的项目,工信部支持做重型卡车。

SAE中国汽车工业学会对氢内燃机也有一些认识,现有的产业可以保留住,就是换燃料,做适应性开发,我们现在耐久性现在1000小时没问题,到一万小时可以进到应用阶段,现在正在产业化攻关阶段。

我作为行业来牵头,我是学者,从技术层面把问题展示出来,我们去解决,也得到行业内燃机协会、汽车协会的大力支持。

未来的前景,商用车只要有这个需求,在刚才讲的长途化、电工况,包括本身还有用能,这一定是商用车柴油机非常好的市场,没有什么什么东西都去守,现在动力多元化就是找到自己适合的场景和客户,包括皮卡,它会自动驱动。这些是可以拓展的,包括新的市场,新的海外,尤其是瞄准海外,包括江铃也有这个优势,你们应该带着更高的水平拥抱全球的市场,这是很好的出路。

技术升级,企业要研发,千万不要自己自废武功,像乌克兰自废武功就很惨,我们要坚持。江铃应该在轻型车,最后一派轻型柴油车就是我江铃的,你要守得住。

政策呼吁,国家也要实事求是,找到各自擅长的场景,不能一刀切,也不能行政化的解决问题,把法规定义好,让市场充分竞争。

发展前景是广泛的,技术要提,创新,尤其拥抱电动化、智能化,加大投入,拓宽海外市场,要可持续发展。

我就说这么多,因为时间有限制,谢谢大家。

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