相德宝 文

发动机发展趋势与商用车可替代动力

相德宝 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.

在漫长的“动力换位”过程中，国内车企压力会比以往更大，任务也会越来越重，他们需要将传统内燃机优化追赶国际水平、积极开发目前较为可行的纯电、混动、天然气汽车。

最近在微信上看到的一篇“丰田战略大转移，停止燃油发动机生产和销售”的文章。文中写到：丰田汽车公司公布了一项令人震惊的长期规划，到2050年，丰田将停止制造、销售仅靠发动机驱动行驶的汽车，并将逐步提高混合动力车(HV)、插电混动车(PHV）、燃料电池车(FCV)和化学电池纯电动车(EV)的比率；与此同时，到2050年，丰田生产的新车平均CO2排放量将削减至2010年的10%。

文章一出，不仅让笔者大吃一惊，毕竟丰田作为世界最大的汽车制造商之一，要毅然摒弃沿用了100多年的燃油发动机着实令人震惊。另外。笔者也注意到，随着全球汽车市场对燃油效率及排放标准越来越严，各大汽车厂商模拟发展着属于自己的战略方针。越来越多的传统汽车制造商开始加入新能源汽车开发这一领域。

“柴油机发展走向”是行业内人士共同关注的话题，更是全球环境保护、可持续发展的重要研究课题。如今电动、混动、新能源已经成为新一代汽车技术快速发展的着力点。现今，让我们再次聚焦发动机动力走向与商用车可替代动力。

独领风骚百余年，百舸争流看今朝

自1860年法国人勒努瓦(Lenoir)研制成功煤气机，出现了世界上第1台内燃机至今已有近200年历史，不断地改革创新，适应发展的需要证明人类进步文明、工业化、自动化进程离不开内燃机。它以独特的优良动力性、经济性、环保性和可靠性，满足交通运输、工程机械、农业机械、渔业船舶、发电设备、国防装备、石油钻机、园林机械以及各种通用机械的主导动力设备的需求，对配套整机的技术进步和发展具有重大影响。伴随着技术进步，随着燃油喷射、电控共轨、增压中冷、排气再循环、后处理技术以及燃油清洁技术的应用、推广，内燃机早已成为动力引擎的不二之选，独领风骚百余年。

而如今，环境污染的加重，人们环保意识的加强，直接作用于汽车市场。各大汽车市场对燃油效率及排放的标准越来越严格：欧盟已敲定，到2021年，新车整体CO2排放应达到95 g/km；美国2025年轻型汽车燃料经济性达到54.5 m/g；日本也已提出，到2020年，乘用车平均燃料经济性水平需达到20.3 km/L。而在世界最大的汽车市场中国，商用车、乘用车的燃油消耗值也是日益逼近国际水准。

在这种环境、政策变化的大背景下，符合环保要求的新能源车得到各国政府和消费者的大力支持。燃油已并非唯一动力，电动、混动、新能源已经成为各大内燃机厂变革发力的主要方向之一。

百花齐放，可替代动力竞争妍

目前内燃机可替代动力基本包括纯电动、混动、气体燃料、甲醇燃料、生物柴油、合成燃料等。而由于CO2排放法规、石油资源自主性和能源效率的不同，各国对于替代燃料的选择亦会不同。

纯电动能源。电动能源因政府与国家政策的倡导，零排放的优点受到广大汽车企业的青睐，并且已经成为燃气车之外的认可度较高的替代动力。但是电池能量密度与电池技术却遭遇了瓶颈，同时2016年我国锂离子动力电池计划产能将达到90～100 gWh，以7成的产能利用率计算，2016年产量将达到63～70 gWh。2015年我国电动汽车产量近38万辆，动力电池市场需求量约为15 gWh；2016年电动汽车产量按照80万辆计算，动力电池市场需求在32 gWh左右，可见电池产能过剩，尽管国内市场生产动力电池的企业约有170家，但真正满足下游企业技术要求且能进入主流电动汽车生产企业供应链的动力电池供应商却只有20家左右，包括国轩高科、微宏、中航锂电、宁德时代等企业。动力电池应用主要体现在新能源乘用车、物流车上。随着国内新能源汽车补贴的明显下调，电动汽车产销量增速将显著下滑，对于动力电池市场的拉动效应大大减弱，加上动力电池市场产能结构性过剩，市场将迎来大洗牌。

混动能源。一般是指一辆车的动力来源于内燃机车发电机，再加上蓄电池，可以减少汽车的污染，提高纯电动汽车的行驶里程。采用混合动力后，可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。二者“并肩战斗”，取长补短，汽车的热效率可提高10%以上，废气排放可改善30%以上。

气体燃料。主要体现在天然气及氢气的使用。事实证明天然气发动机在实现低排放的同时，仍然保持较高的燃烧效率。作为对动力石油的替代燃料，天然气具有很多优点，比如CO2排放较低、PM排放几乎为零、资源丰富价格低廉、高辛烷值、可燃性好等。在美国和其他一些环境空气质量恶劣的地区，重型天然气发动机已被广泛应用于汽车运输业。随着排放法规的日益严格，柴油机的排放水平逐渐接近天然气发动机。但柴油机需要用到昂贵的后处理装置，且各种燃烧策略的运用直接导致油耗增加。如果能够采用适当的技术，那么一定程度上气体发动机的性能和排放可以超越柴油机或其他替代燃料发动机。

醇类燃料。美国在过去几年中不断增加对乙醇代用燃料的使用，希望借此降低对石油的需求。这一举措虽然成功地满足了这一目标，但用于汽车工业的乙醇燃油成本却远远高于石油。甲醇燃料使用方便、价格便宜、环保清洁，在我国甲醇以各种比例掺混汽油使用于在用车辆、开发高比例掺混或M100纯甲醇专用发动机汽车等研究已有几十年历史，也有国际国内领先的应用技术。甲醇热值低、气化潜热大、沸点高、蒸汽压低、闪点高、自燃温度高、发火温度高、层流燃烧速度低，甲醇的爆炸极限低限值较高……这些性能指标对于甲醇燃料使用过程的燃爆控制、消防管理都更安全。甲醇汽车的尾气排放,常规排放优于汽油,非常规排放也并不比汽油差。电控技术、尾气催化处理可以有效降低甲醛和甲醇的排放，但仍需要制定相关标准。

生物柴油。生物柴油是由动植物油脂与醇经过酯交换反应制得的脂肪酸单烷基酯，最典型的为脂肪酸甲酯，是一种绿色、可再生清洁能源，具有闪点高，运输、储存安全的特点，并能以任意比例与石化柴油掺烧，有利于维持全球CO2排放平衡，减轻温室效应。美国EPA研究结果表明，燃用生物柴油(BD100)可以使CO2排放量降低78%,致癌物成分减少94%，生物柴油的降解速度是传统柴油的4倍，是唯一成功通过《清洁空气法》排放测试的燃料。欧洲生物柴油主要应用在公路运输、船舶航运、农业动力、家庭取暖等，并且具有完善的市场激励机制。我国的柴油机燃用BD5生物柴油的可靠性试验结果表明，发动机长时间燃用BD5生物柴油,性能不会出现恶化，零部件磨损与柴油基本一致。生物柴油整车排放结果表明，按照15循环测试，生物柴油HC、CO、PM排放下降幅度可达50%左右，仅有NOx排放上升5.8%。生物柴油可以在国Ⅱ、国Ⅲ柴油机上长期燃用，柴油机性能与燃烧矿物柴油的性能一样，具有满足国Ⅳ排放标准的潜力，但需要开发相应的燃料管理、排放控制系统。同时，生物柴油也面临着成本偏高、低温流动性较差、氧化安定性较差、NOx排放较高等挑战。

上述替代能源中均已被应用到商用车领域，以天然气燃料和电动能源居多。

可替代动力大放异彩，车企研发动力换位在眼前？

在IAA 2016上，我们不仅可以看到最前沿的商用车技术，还能看到未来商用车的发展趋势。在这个全球最大的商用车展上，到处都能看到新能源的身影。概念车型中用新能源彰显对于节能减排的重视，成熟车型则展示了新能源动力的领先技术。

德国曼恩、扶桑、奔驰、日产分别展示了纯电动重型卡车、物流车、MPV等车型，这些车型动力表现丝毫不逊色于柴油车，且达到低排放、零排放；现代、麦格纳采用了氢能源燃料，更是达到了零排放，为节能、减排贡献更多手段；日产、达夫、麦格纳展示的产品则实现了柴油和电能的切换，节约燃油，节省成本，电能也更为绿色和环保。

面对可替代动力的大好发展，国家发改委能源研究所研究员姜克隽曾表示：2025年，新能源汽车替代传统燃油车成为国内车市全部增量新车的可能是存在的。从宏观大环境和全球汽车行业发展趋势来看，新能源汽车的普及，或许比想象中来得更快，希望国内汽车企业做好准备。

不过，与姜克隽的“超前”观点不同的是，很多业内专家认为，新能源汽车无疑是产业发展的必然趋势，但由于各种制约因素，传统动力还将在很长时间占据主导地位。如今，在产业转型的交叉口上，如何合理进行路线选择的确给企业带来了不小的难题。

笔者认为，在漫长的“动力换位”过程中，国内车企压力会比以往更大，任务也会越来越重，他们需要将传统内燃机优化追赶国际水平、积极开发目前较为可行的纯电、混动、天然气汽车。但是如何平衡之间的关系，还需企业做出合理的、适合企业自身发展的路线选择，在这一过程中，还需把握好市场规律，才能立足于行业前沿。