在目前石(shí)油資源日益減(jiǎn)少、我國石油(yóu)進口依賴(lài)度不斷攀(pān)升的大背景下,國六提前來襲,汽車(chē)工業的節能減排迫在眉(méi)睫。汽車電氣化(huà)、發動(dòng)機小(xiǎo)型化(huà)、材料(liào)輕(qīng)量化正逐漸成(chéng)為主流解決方案,以寄望可以成功闖(chuǎng)過2020年平均燃油消(xiāo)耗限值大關。
但伴隨著(zhe)新技術(shù)的推進(jìn),則是一係列待突破的技術瓶頸以(yǐ)及傳(chuán)統技術(shù)加速轉型等巨大挑戰。到(dào)2025年,那些被稱成“夕陽產業”的傳統汽車製造業將何去何從?成為整個行業亟待深思的重要議題(tí)。對此,在以“應對挑戰、創(chuàng)新破局”為主題的2019(第七(qī)屆)汽車與環境創新論壇上,行業眾(zhòng)多權威嘉(jiā)賓(bīn)進(jìn)行諸多探討和交流。
碳排放壓力之下,內燃(rán)機(jī)還可以行駛多久?
“環境問題,這在整(zhěng)個世界範圍之內(nèi)都是大眾關注的焦點(diǎn),也是內燃機麵臨的最大的挑戰(zhàn)之一”,中國一汽研發總(zǒng)院首席專家李金成說到。
無論我們(men)承認與否,機動車汙染都是造成空氣汙染的主要貢獻者。隨著全球機動車保有量的逐(zhú)年攀(pān)升(shēng),降低碳排放成為了全球汽車產業的重要課題之一。
與此同時,汽(qì)車對石油(yóu)資源需求和石油資源短缺的矛盾也日益突(tū)出,各國控油計劃正加快推進。從我國自(zì)身來講,我國石油對外依存度持續上升,出於能源安全考慮,汽車全麵新(xīn)能源化已成為未來汽車發展的重要趨勢。其中(zhōng),海南(nán)省清潔能源汽車發展規劃中提到,到2030年將全麵禁售燃油(yóu)車,成為(wéi)我國首個明(míng)確發布這一(yī)時間表的省份(fèn)。
由此,引來行業內外人一片恐慌——內燃機還可以行駛多(duō)久?
中國(guó)一汽研發總院首(shǒu)席專家李金成
“在油耗排放(fàng)法規、能(néng)源安全多重的壓力(lì)大,大家都在確立(lì)電動(dòng)化的戰略方向,但是電動化有時候會被誤讀(dú),電動化不意味(wèi)著純電化”,李金成表示,“而另一個被誤讀的則是(shì)目(mù)前討論最多的內燃機禁售時間表,其實禁售(shòu)的是傳統內燃機,根本不是禁止所有內燃(rán)機。”
在他看來,若從滿足碳排放的角度(dù)來看,僅僅用油耗來評(píng)價並(bìng)不是最佳方案,而應(yīng)考慮從油井到車輪全生命周期的二氧化碳排放才是最為合(hé)理的。同等的,純電動車全生命周期中的二氧化碳排放(fàng)也並非可以做到真正的零排放。
但他也指(zhǐ)出,電動化從來不是內燃機的敵人,而是合(hé)作夥伴關係。未來內燃機的研發思路,除了持續(xù)提升內燃機燃燒效率外,借助混合動力等新技術(shù)來實現更(gèng)優的油耗、排放(fàng)表現也(yě)將是重要的發展方向(xiàng)。
天(tiān)津大學教授姚春(chūn)德
同時,他還提出(chū)了碳中性燃料發動機的可能性。而關於這點,天(tiān)津大學教授姚春德進行了補充,他認(rèn)為,“動(dòng)力的(de)多元化和能源的多元(yuán)化將是我(wǒ)國未來發展的必要選(xuǎn)擇,這其中甲醇作為對環境友好、易運輸的燃料,適合內燃機動力的使用特(tè)點,在國家相關(guān)政策的(de)引導下,未來(lái)或將成為石油替代能源選擇之(zhī)一”。
除了提出內燃機本(běn)身節能減排解決方案外,如何利用內燃機所匹配變速箱進一步實(shí)現油耗優化(huà),也是(shì)目前(qián)眾多傳統(tǒng)變速箱技術研究人員的重要課題之一(yī)。
上汽技術中心變速箱部總監方偉(wěi)榮
“純電動占主流市場還需要(yào)15-20年以上的時間(jiān),混動必(bì)定將有比較長的生命周期”,上汽技(jì)術中心變速箱部總監方偉榮表示,“而目前,單就手動變速箱來(lái)講,使用可以支持高級啟停的E Clutch技術,可以結合擋位傳感器(qì)和(hé)發動機的配合,對油耗有(yǒu)格外貢獻,同時加上輕量化和(hé)高熱效,即使不上混動電機,變速箱做(zuò)得好的話,也還是會獲得3%-5%的(de)油耗優化空間。此外,目前愛信等主(zhǔ)流外資變速(sù)箱供應商所研發(fā)的新款8速自動變速(sù)箱,在成本大幅降低的同時(shí),油耗也得到了進一步優化”。
此外,通過整車熱管理技(jì)術來降低內燃機汽車(chē)的油耗,也將成為未來一大發展方向。
上海交通大學王(wáng)丹東博(bó)士
據上海(hǎi)交通大學王丹東博士(shì)(導師:陳江平教(jiāo)授)介紹,“不管對燃油汽車還(hái)是(shì)新能(néng)源汽車,熱管(guǎn)理係統的節能高效、對環境友好將(jiāng)是未(wèi)來技術發展的重要(yào)方向。”而隨著汽車電氣化進程不斷推進,混合動力係(xì)統下的發動機將更(gèng)有可能在(zài)更(gèng)穩定的負荷與轉速下運行,穩定的工況,將更適用於ORC的餘(yú)熱回收技術,從而借助(zhù)ORC係(xì)統產生更高的發電效率,以增加純電(diàn)模式下的行駛裏程,實現更低油耗以及排放的均衡。
但不可否認的(de)是,以石油作為能源的內燃機技術終將退(tuì)出曆史舞台,未來或將在很長一段時間內以其他碳中性燃料發動機,或(huò)是(shì)混合動力形式而存在。傳統汽車動力係統相關製造業(yè)轉型升級已是必然趨勢。不過同樣麵(miàn)臨節能減排(pái)重壓、新能源汽車加速逼近(jìn),仍有部分傳統汽車製造業領域存在(zài)長足的發展(zhǎn)空間(jiān),例如車用鋼材。
輕量化成大勢所趨,鋼仍將是主要(yào)汽(qì)車用材
所謂汽車輕量化,是(shì)指在保證汽車安全等各項重要指(zhǐ)標都滿足國家和行業標準要求的情況下,為了增加能(néng)源的利用效率,使(shǐ)其更加節能、安全,通過采用各種先進的技術或(huò)特殊材料(liào)盡可能地減輕汽車質量的過(guò)程。
近年(nián)來,隨(suí)著歐洲WLTC(全球統一輕型車輛(liàng)測試循環測(cè)試(shì)標(biāo)準)、我國雙積分政策以(yǐ)及國六標準的相(xiàng)繼(jì)落地,節能減排壓力(lì)倍增。而在諸(zhū)多基恩能減排路徑(jìng)中,除了動力係統(tǒng)的轉型升級外,汽車輕量(liàng)化是其(qí)中最容易實現且潛力相對較大的方式。
吉利汽車研究院有限公司NVH 首席工程師顧(gù)鵬雲
“根據統計數據,如果車重能夠降低10%,我們(men)的(de)百公裏油耗可以降(jiàng)低0.7-0.8L,零到(dào)百公裏加(jiā)速速度時(shí)間可以降低(dī)0.5秒,能耗也可以降低10%的動能,輪胎壽命也(yě)能夠增加,同時減少排放7%,刹車距(jù)離可以降低3米左右,另(lìng)外我們(men)降低了很多車身的重量以後,我們(men)會發覺可以調整(zhěng)車(chē)的(de)質心,降低(dī)車的重心,而改善車輛的操穩性。”吉利汽車研究院有限公司NVH 首席工程師顧鵬雲介(jiè)紹到。另(lìng)一方麵,對於新能源汽車來說,“每減重100公斤,續航裏(lǐ)程也可以增加15-20公裏”。
那(nà)麽,一般是如何進行汽車輕(qīng)量化?首先想到的(de)會是使用重(chóng)量輕、強度高的新材料,如(rú)鋁合金、鎂合(hé)金、碳纖維(wéi)和工程塑料等。這其中因為鋁的可回收率較高,且重量隻有鐵的1/3,成為了目前使用最多的輕量化材料之一。早在1990年,本田就推出了世界上最早量產使用全鋁車身的NSX車型,隨後在捷豹I-PACE、路虎覽勝、特(tè)斯拉Model S上也(yě)相(xiàng)繼使用了全鋁(lǚ)車身。
但顧鵬雲也指出,綜合情況下,輕質材(cái)料相對原有鋼部件來說,成本增幅在100%-200%。同時,隨著使用過程(chéng)中受材料的特性變化,輕質材料在不同部位是否可以滿足相應的衝壓、拉伸等強度要求,都會成為問題。
“合(hé)適的材料通過合適的技術用在合適的位置上這是我們基本(běn)的理念,同時要意識到輕量化既(jì)是目的也是手段,最關鍵的一點是輕量化需要和各個性(xìng)能之間達成(chéng)平衡(héng)”,顧鵬(péng)雲表示。
河鋼集團鋼研總院首席工程師熊自柳
對此(cǐ),河鋼集團鋼研總院首席(xí)工程師熊自柳也表示,關於汽車輕量化的用材原則,並不是單純考慮材料本身重量,“未來汽車用材還是向多材料混合方向發展,汽車用鋼仍然是主要的用材”。
他認為,與車用能源相同,車用材(cái)料的(de)碳排放也(yě)需要考慮原材料生產、運輸、零件及整車製(zhì)造、車輛消費階段,以及車輛報廢和回收循(xún)環等全生命周期階段,把碳排放(fàng)概念(niàn)延伸(shēn)到全產業鏈才是(shì)我們應該重點關注的問(wèn)題。就目前已知(zhī)的研究結果(guǒ)來看,鋼的全生命周期的碳排放比鋁、鎂合金、碳纖(xiān)維低的多。
因此,通過不同材料的(de)混合(hé)搭配,充分發揮鋼在強度以及價格方(fāng)麵(miàn)的優勢,又兼顧了(le)減重提升性能(néng)的方式,是目前汽車輕量化的最佳解決方案。而隨著技術的(de)不斷精進,高強度(dù)鋼(gāng)技術已經經過兩次革新,第三代高強(qiáng)度鋼彌補了第一代產品的塑積、第(dì)二代產品的成本等多方麵不足,形成了目前吸能性(xìng)強、塑性適中、冶金性穩定,是目前車身用材中大量使用的(de)材料。
而對於汽車用鋼的未來發展方(fāng)向,熊自(zì)柳則(zé)表示將更多致力於研發新(xīn)鋼種、AHSS鋼(先進高強度(dù)鋼)應用技術以及多材料複合應用(yòng)技術,從而在節能減排(pái)重壓之下獲得更加長足的發展。
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