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年终纪事 2019| 发动机终将英雄迟暮?

汽车之家 2019-12-08

[ 汽车之家 行业 ] 又是一年岁末时。回望 2019,新旧力量正面交锋,科技创新加速格局重构,商业生态发生巨大变革。汽车之家行业频道推出《年终纪事 2019》特别策划,深访新闻当事人与现象制造者,探讨影响产业命运的焦点话题,诠释行进中的汽车中国。

这一期的焦点——发动机。在当下舆论环境中探讨发动机,应该算是一种回归。当大家都把目光聚焦在电动车、自动驾驶、智能网联领域时,当资本都流向新兴产业时,已经咆哮百余年的发动机行业似乎逐渐被忽视,甚至出现了强烈的 " 唱衰 " 声音。任何人都不会否认电驱动系统等新兴技术在特定领域的技术优势,但汽车发动机乃至更广阔的内燃机产业就会衰落?值此,我们应该仔细品味全球发动机产业那些最真实的声音。

30 秒快速阅读:

1、我国内燃机及相关领域规模近万亿,汽车发动机是其中一大部分。无论是行业内人士还是普通汽车消费者都应该重新审视发动机产业,了解发动机产业对社会发展的重要性。

2、发动机电气化延续了这个产业的生命,汽车行业不会完全脱离发动机而存在,2030 年发动机使用率仍然占市场 70% 以上。

3、汽车发动机是节能减排的重点领域,提升发动机热效率也是全球汽车产业的发展目标,50% 以上热效率的发动机或许在十年内就可以商品化。

" 唱衰 " 发动机为时过早

" 唱衰 " 发动机的爆发点是去年之初,各国 " 禁燃令 "(指停止销售传统内燃机汽车)被炒作之时,一些行业人士、媒体的过度解读、误读,甚至断章取义让整个产业风声出现了异样。在迈进 2020 年之前,我们应该明确一个事实,还没有哪个国家把 " 禁止内燃机 " 提高至法律层面并予以落地。现在 " 唱衰 " 汽车发动机还为时过早,对于发动机产业的现状我们应该理性看待。

首先,对于发动机的认知,我们要扩大视角。汽车发动机并不是内燃机产业的全部。同济大学教授李理光曾提到,中国内燃机及相关领域规模近万亿,可以拉动上下游产业十几个万亿的产值,内燃机工业的可持续发展对国民经济的重要性不言而喻。

其次,基于目前内燃机工业在产业结构、经济结构中的重要地位,内燃机相关细分市场也应该承担更大的节能减排责任。当前,全球汽车企业都承担着巨大的节能减排压力,而真正推动这场变革的根因是 2015 年全球达成共识的《巴黎协定》。各国都为此提出了降低碳排放的具体目标,尤其是针对汽车行业。意大利佩鲁贾大学教授 Michele Battistoni 称,欧盟对汽车碳排放的要求意味着发动机行业还有更多的工作要做,目前市场已经推广的都是低成本的减排技术,未来想要使用减排效果更好的技术,就要付出更多的成本。

第三,电动汽车不烧燃油就减排了?这是错误观点。降低碳排放不应只看车辆使用层面,应该从车辆生产制造到回收的全生命周期进行对比。未来随着核电以及清洁能源发电比例的提升,纯电汽车在碳排放方面才会有优势。美国桑迪亚国家实验室发动机燃烧试验室主任 Paul Miles 提供的数据显示,2018 年传统发动机汽车全生命周期内碳排放量要低于纯电动汽车,主要原因就是世界范围内火电使用比例仍然很高。为此,现阶段 " 唱衰 " 发动机、一味推广纯电动车未必是最恰当的选择。

汽车发动机不会完全消失

综合来看,业内对 2030 年发动机在汽车产业应用比例的预期在 70% 以上。也许会有人问到,国内也在谣传国家相关部门正在探讨 " 禁燃 "。对于这个疑问,大家可以关注工信部刚刚发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》(征求意见稿)。

其中,新能源汽车的定义包括纯电动汽车、插电式混合动力(含增程式)汽车、燃料电池汽车,这意味着发展新能源汽车不是一杆子把发动机产业打死,发动机电气化后在插电式、增程式新能源车上仍有很大需求。

文件中还有一个指标,2025 年新能源汽车新车销量占比约为 25%,显然剩余市场仍被传统发动机占据。我国地域辽阔,在一些高原、高温、高寒区域,内燃机在交通运输、发电、工程机械等领域的能力是其它动力系统不可替代的。

[ 理想 ONE 增程混动系统 ]

实际上,汽车电动化的含义是广泛的,发动机的电气化也是汽车电动化的一种方式,混动就是很典型的例子。发动机不是一个孤胆英雄,未来发动机需要与多种技术协作发展,比如 48V 的中度混合车型、插电混合动力等。

丰田明确提出了扩大电动化车辆销量的发展目标,到 2030 年电动化车型占比 50%。丰田汽车动力总成产品企划部主任工程师上原隆史向我们介绍,丰田的电动化车型并非单指纯电动,而是包括插电式混合动力,届时仍有约 90% 的丰田汽车需要使用发动机。

从国际上来看,欧盟、美国、中国未来汽车市场动力系统构成比例是不同的,但基于发动机的传动系统都会是主流。韩国虽然在倡导氢能汽车的发展,预计 2030 年燃料电池汽车可能占市场的 10%,但即使到 2050 年也不会发展到一个很大的份额,大部分市场仍是混动、插混汽车。

未来,无论是传统发动机还是纯电、氢能,每一种技术都在不断演进,也都面临着一定的风险和不确定性,技术多元化才是产业发展正解。

发动机热效率奔向 50% 以上

随着发动机热效率的提升和排放处理技术的改进,未来的汽车或许真就成为了 " 空气净化器 "。说起热效率,日本汽车企业仍处于较为领先的位置。日本汽车企业的发动机技术应用思路都是不同的,但目标是一致的——不断提高发动机燃烧效率。从 1995 年至今,日本汽车企业的发动机热效率从 37% 增长到现在的 41%,未来商品化的产品可以达到 45%,下一步大家都会向 51% 发起挑战,并且可靠性还在提升、成本还在降低。

[ 第一代丰田普锐斯 ]

就拿丰田来说,1997 年普锐斯上搭载的混动专用发动机(1NZ-FXE)热效率为 37.6%,今天丰田 TNGA 平台下混合动力专用发动机达到 41%,未来丰田希望通过 " 均值稀燃 " 技术实现 46%,通过 " 超级稀燃 " 技术达到 48%(指较大空燃比的稀薄燃烧)。

今年初,日本 SIP 项目(由政府牵头的战略性创新项目)中,早稻田大学等单位组成的研究小组在实验室中实现了汽油机热效率 51.5%。马自达近期宣布在实验室中实现了汽油机 56% 的热效率指标。最近也有两家中国本土企业分别在实验室中实现了汽油机 49.5%、48% 的热效率。

[ 马自达新一代创驰蓝天发动机 ]

在中国,一汽红旗 CA4GC20TD 经济版热效率达到了 39%(功率版为 38%)。中国一汽研发总院首席专家李金成指出," 一汽提出了未来新车降低油耗的目标,其中发动机要贡献 58%,因此技术需要不断升级。混动也是一汽的主要技术路线,这方面我们做了 41% 热效率的专用发动机。2025 年我们要实现 45% 的目标,未来也会向 50% 迈进。"

关于发动机技术的进一步改进,李理光给出了三个阶段的技术应用建议。近期,主要推广阿特金森循环 / 米勒循环、高压缩比 13:1、350bar 直喷系统、高能点火、EGR、热管理技术、低粘度机油(XW-20)等。

中期推广深度阿特金森循环 / 米勒循环、高压缩比 15:1、500bar 直喷系统、可变压缩比、稀薄燃烧及稀薄燃烧后处理、点火辅助压燃、AI 与智能控制、高能点火、附件电气化、热管理技术、低粘度机油(XW-16)、碳中性燃料等。

[ 日产可变压缩比系统 ]

后期实施压燃、超级稀燃、超高压缩比、1000bar 直喷系统、智能燃烧反馈控制、氧气燃料、压燃燃料、零排放后处理、低粘度机油(XW-8)、绝热技术、余热回收技术等。李理光认为,尽管很多先进技术处于概念阶段或实验室阶段,但并非不能实现推广," 预计在 2025-2030 年之间,50% 热效率的发动机有可能商品化 "。

全文总结:

市场结构的调整不会一蹴而就,发动机产业也没有被画上终结的符号,反而有更大的技术升级需求。这个行业需要更多的电气化人才,未来发动机并不会独立存在,反而会与更多的电气化系统融合在一起。一味 " 唱衰 " 发动机不合时宜,多元化技术路线才是我国汽车动力市场发展正解。(文 / 汽车之家 刘宏龙)

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