天津大学尧命发：双碳目标下的车用内燃机技术趋势

 

第一，提高热效率是内然动力系统长期的技术需求，当然这个要保证发动机的效率，包括整车效率，无论是采用什么能源，都是长期的技术需求。

 

第二，在使用过程中，我们必须减少或者进一步降低内燃机的排放，也就是说零环境影响的排放控制是内燃机生存的基础。因为必须要满足发动机的要求，满足环境的要求。

 

第三，混合动力将会是车用内燃机的系统应用的主要方式。纯内燃机的汽车将会逐步退出历史舞台，内燃机一定要加电。现在国际上最新的报道也认为，内燃机与电系统的结合，整体热效率提高的潜力可以超过65%。

 

第四，碳中和燃料是内燃机实现净零排放的根本。

 

这张图是从国家统计局查到的，在交通运输领域近二十年，柴油、汽油和天然气的消耗情况折算的二氧化碳排放。我国汽车保有量在逐步增长，电动车也在增长，但是比例还是比较小。由于技术的进步，所以我国在2015年的时候，交通领域的碳排放变得减缓的趋势，到了2018、2019年，成品油的消耗是在逐步降低，这里把天然气也算上了，因为有的卡车用天然气。节能还是我国最近实现交通运输或者汽车降碳的一个最现实、最重要的途径。我们也知道，在国内外，发动机的高效率技术这几年发展也很快，我昨天跟一些不搞发动机技术的人聊天，他都有一个感受，他说我国汽车技术的进步就是动力总成，发动机技术进步很大。我说本世纪初，一汽提出二十年的进步，我说这就是二十年。2000年到现在，发动机基本可以实现自主开发，所以进步还是很大的。

 

这里面有一些国际上最先进的技术，包括超稀薄燃烧，实际上汽油压燃效率也可以达到45%，但它有一个最大的优点，把负荷提上去了，满足更大的动力需求。

 

同样，商用车像美国超级卡车计划可以达到55%的热效率，我国潍柴去年宣布的50%的热效率，所以我们在热效率技术方面，国内也取得了很大的进步，包括去年很多乘用车企业分别宣布了41%、42%的热效率，未来可能还会有45%的热效率的公布。

 

发动机面临另外一个问题是汽车排放向近零排放的发展。目前我们说国六很严，在2020年6月份美国加州通过了一个法规，在现有排放的基础上达到90%。如果到了这个排放水平，实际上基本不会超过5个PPM，达到零环境影响，对环境没有负面作用了。乘用车也是一样的，欧洲在讨论欧7的问题，我国也在讨论国七的问题。当然这里我们会涉及到相关的后处理技术，比如说对于后处理系统可能越来越复杂，重型车采用两级的SCR系统，汽油机也会采用防氨泄露。

 

另外在发动机里面，最重要的是RDE，就是实际的驾驶工况的控制技术。实际上现在商用车在很多时候，道路行驶的排放远远高于法规规定的排放，这是面临的问题。另外对于乘用车的油耗，实际道路的油耗往往比工况高20%-30%，如何缩小差距很重要。

 

第三，混动化是车用内燃动力的方向。混动化是内燃机未来内然动力应用的方向，比如说以重载载货物流的插电式混动系统，它的系统效率提高了30%。还有像18吨的混动客车，能效改善18%，另外还有康明斯，皮卡和物流车可以实现65.2%的接入效率。

 

我们也在开展混动客车的研究，比如重型牵引货车的混动系统，目前的状态是实现47吨百公里油耗小于29L，还有物流车，ECVT功率分流式混合动力系统，节油率可以达到25%，所以有很大的潜力。当然这里的技术包括混动系统专用发动机技术，系统构型与机电协同匹配等等。

 

最终实现碳中和只有依赖于生物质和碳中和燃料，当然低碳燃料也是降低碳排放的途径。另外可再生燃料部分掺混。从燃料的角度来讲是实现碳排放的最重要的。

 

燃料储能是通过燃料的方式把它转化为稳定的电。氢发动机将来也是一个很好的混合动力系统方案。比如说传统动力，像博世达到39%的热效率。实际上这个效率已经很接近燃料电池的效率，所以氢发动机还是有很大的空间。所以我想这个是未来的四大技术方向。

 

第一，高效内燃机仍然要发挥很重要的作用。

 

第二，提高效率，减少石化能源的使用并降低碳排放是推动交通运输能源结构转型的动力之一。

 

第三，要满足近零排放法规。

 

第四，混合动力是我们内燃机的发展方向。

 

第五，拓展生物质燃料、碳中和燃料，是实现碳达峰、碳中和的必然途径。