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苏万华院士:内燃机与电机、电池结合的混合动力才是未来

2019-05-10 10:13 性质:转载 作者:苏万华/赵福全 来源:机工教育
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目前混合动力发动机技术的发展有两个途径:

是小型强化内燃机加简单的混合动力系统,可以较低成本达到较好的节能效果。

是全力以赴把内燃机本身做得极致,如采用长冲程、稀燃、均质压燃等技术,使内燃机性能处于最佳状态。

一些日本车企更偏向第二条路径,比较典型的如马自达推出的新款发动机。这些高效发动机也可以与电池、电机组合,从而作为混合动力发动机工作,这样可能节油效果更佳。

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2020 年以后混合动力发动机的应用比例一定会快速增加。混合动力技术可以很容易地改变发动机的动态特性和负荷特性,从而有利于节能减排。

在 2020 年目标为百公里 5 升的第四阶段油耗法规下,大部分车型通过发动机自身改进是可以满足要求的。

但在 2020 年之后,汽车油耗目标降到百公里 4 升甚至更低的时候,混合动力技术就会大行其道,也就是说,法规要求将倒逼技术进步和转换。

2020 年后,混动技术会大行其道。混动不是一成不变,内燃机在不断进步,电气部分也在进步。但目前,改进发动机的成本要低于混动技术,因为电池和电机成本很高。

要从全生命周期考虑低碳化

低碳与低油耗相关,但又不完全相同。一般来说,只要有碳基能源消耗,就会产生碳排放。

因此,汽车行业一直有这样一种声音,就是觉得内燃机汽车并不一定高碳,因为可以持续提升效率;而纯电动车也不一定低碳,因为尽管电动车在使用过程中比内燃机汽车更低碳,但是从整个生命周期的角度来评估,是否低碳还取决于电能的来源,而中国以煤电为主,电能来源本身并不低碳。

现行法规确实没有从全生命周期来考虑低碳化,这是个大问题。新加坡对特斯拉车主进行了罚款,不是因为特斯拉的电动车在道路上行驶时产生了碳排放,而是因为电能是二次能源,在发电过程中会产生二氧化碳排放,特斯拉汽车消耗的电量对应于发电过程中的二氧化碳排放量,超出了新加坡的法规限值,所以认定特斯拉的电动车碳排放超标。我认为这种做法非常科学。

衡量一种能源或者动力转化方式是否先进,无论名字是新能源还是旧能源,标准都应该包含全生命周期的二氧化碳排放量,应该以此作为重要指标之一来进行考量。

就汽车的二氧化碳排放而言,正如美国阿贡实验室于本世纪初提出来的那样,不仅要看燃料全生命周期的二氧化碳排放,还要看包括整车、零部件在内的整个汽车的生产环节,这是一个从采矿、冶炼、运输、制造,一直到报废、回收的完整的生命周期。

现行法规没有从全生命周期来考虑低碳化,这是个大问题。电池的生产制造、报废处理等过程都产生有害物质,应计算在内。不全面、不科学的法规给内燃机发展制造了障碍。

开电动汽车真的比燃油车便宜吗?

有人认为开电动车比燃油车便宜,这也并不客观。虽然用户感觉自己花费减少了,但现在电动车充电大多是用民用电,民用电的价格是国家补贴后的价格,这其中有国家补贴在里面,如果与燃油车的使用费用直接对比,两者不在同一个层面上,很难得出正确的判断。

当然,比使用费用更重要的还是碳排放,这关乎全人类的生存环境。只有分析计算全生命周期的二氧化碳排放,才是科学合理的。

电动汽车的污染和排放问题

例如动力电池技术,当前还存在很多问题。电池的生产制造、报废处理等过程都产生有害物质,同时也都产生碳排放,法规应该将这部分排放也计算在内。

英国工程院院士高腾·卡嘉迪(Gautam Kalghatgi)连续发表了多篇文章谈到这个问题,他曾经说过,过分地使用电池会产生很多问题,其中非常重要的一点就是会造成全社会的金属中毒,即金属毒性问题。

现在有一些研究结果表明,综合对比汽车内燃机使用过程中的碳排放与电动车所耗电能在发电过程中的碳排放,两者的数值其实差别不大。如果考察整个汽车从生产到使用的全过程,把所有的零部件直至材料都考虑在内,内燃机汽车在碳排放方面可能还要比电动汽车占优。

我们应该建立全生命周期分析问题的观念,有的人认为电动车是零排放,甚至相关法规也规定,插电式混合动力汽车在前 50 公里以纯电模式行驶期间可以不计算能耗,这些其实都是不科学的。

电动汽车行驶过程中是要消耗电能的。无论是纯电动汽车还是插电式混合动力汽车的纯电驱动阶段,虽然没有油耗,但是一定有电耗,即能耗。

内燃机是国家支柱产业

内燃机领域的科技人员始终在不断耕耘,持续挖掘这项具有一百多年历史的传统技术的潜力。

表面上看,内燃机技术的原理没有变化,但细节上已经发生了翻天覆地的变化。

内燃机在不断进步,也在不断受到挑战,但一直没有被取代,这正是它的生命力所在。将来人工智能等新技术应用在内燃机控制上,还会有新的发展空间。

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要让青年人懂得什么是事物内在的发展规律,什么是事物之间的联系。在风能发电、太阳能发电等可再生能源还不足以形成新的能源系统的时候,在中国火电占比仍在 70% 以上的时候,此时以发展新能源汽车为由唱衰内燃机是不科学的,也是危险的。

目前内燃机动力系统承担着全国公路货运量的 77%、客运量的 80%~90%;承担着几乎全部的基础建设和工程建设;此外,还承担着农业机械、国防、海洋运输和内河运输等任务。

这么重要的大产业切不可出现误判,盲目提出限制内燃机产业发展,是不现实的。

盲目唱衰内燃机会造成人才断层

内燃机行业的同仁们普遍对所谓「各国淘汰内燃机」的说法非常不理解,但是我们并没有为此感到焦虑。

因为内燃机的发展前景非常好,相关人才的工资待遇也很高,目前仍然处于人才短缺的状态,像潍柴等很多企业都招聘不到足够的内燃机博士和硕士毕业生。从行业内部来说,内燃机的形势可谓一片大好。所以,有人提出停售内燃机汽车的时间表,大家听到之后,都感觉不可思议。

在这种大环境下,年轻人选择专业时就会受到影响,因为担心未来的职业生涯。前几天《中国汽车报》记者采访了同济大学的李理光教授,他就表示,这种情况会导致内燃机人才出现青黄不接,十年之后如果没有足够的人才,即使内燃机技术本身再有潜力,没有人去研发也会导致技术出现停滞。

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