0由中國汽車技術(shù)研究中心有限公司、中國汽車工程學會、中國汽車工業(yè)協(xié)會、中國汽車報社共同主辦，天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會特別支持，日本汽車工業(yè)協(xié)會、德國汽車工業(yè)協(xié)會、中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟、新能源汽車國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟聯(lián)合協(xié)辦的第二十屆中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展（泰達）國際論壇（以下簡稱“泰達汽車論壇”）于2024年8月29日至9月1日在天津濱海新區(qū)舉辦。本屆論壇以“風雨同舟二十載 攜手并肩向未來”為年度主題，邀請重磅嘉賓展開深入研討。
在9月1日“節(jié)能與新能源方向?qū)ｎ}分論壇二：20年創(chuàng)新突破，能源動力技術(shù)如何再升級？”中，廣西玉柴機器股份有限公司總工程師、研發(fā)總院院長林鐵堅發(fā)表題為 “新一代商用內(nèi)燃機技術(shù)發(fā)展趨勢”的演講。
廣西玉柴機器股份有限公司總工程師、研發(fā)總院院長 林鐵堅
以下為演講實錄：
各位同行、各位專家，大家上午好！非常感謝論壇給予我這個機會與大家進行交流。本次交流就像是論壇給出的一道命題作文，我一直從事商用發(fā)動機開發(fā)工作，今天就來和大家共同探討一下相關(guān)內(nèi)容。
首先，談?wù)務(wù)叻ㄒ?guī)方面。從產(chǎn)品發(fā)動機的角度來看，最大的挑戰(zhàn)仍然是雙碳目標的實現(xiàn)問題。并非發(fā)動機本身是高碳排放產(chǎn)品，而是取決于其所燃燒的燃料類型。若使用零碳燃料，就能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機的零碳排放。
在國際層面，紀主任也提到了今年歐洲和美國的情況。歐洲正式確定了二氧化碳目標，對 2040 年以后的車隊平均降碳要求在 90% 以上，標準較高；美國目前還是建議稿，2027 到 2030 年以后的降幅相對沒那么激進。此外，在減排方面，歐 7 標準已經(jīng)發(fā)布，美國的污染物排放降幅也接近 70% 到 90%，這對發(fā)動機來說是巨大挑戰(zhàn)。我國在商用車油耗方面一直有持續(xù)的法規(guī)要求，目前正在實施第三階段，第四階段限值雖在討論中但尚未發(fā)布，大家預(yù)測會按照 10% 到 15% 的幅度降低。同時，國內(nèi)在環(huán)科院和 VECC 的領(lǐng)導(dǎo)下，積極參與國際標準預(yù)研工作。具體情況紀老師已介紹很多，這里不再贅述。
對于國 7 來說，減污降碳必然要協(xié)同開展。在達到污染物排放法規(guī)要求的同時，還要從各個路徑降低整個碳排放和溫室氣體排放，這其中包括新能源車以及零碳原料的使用選擇。國家對低碳和零碳動力的使用出臺了很多政策，去年發(fā)布的標準體系指南首次在政策中體現(xiàn)了氫內(nèi)燃機的名稱，而其他政策中更多提及氫燃料電池。同時，最近很多省市對氫燃料電池或氫能車輛上高速減免高速費出臺了政策，有的明確氫燃料電池車輛免高速通行費，有的省市提 “氫能車輛”，這種說法更科學，也為氫的范圍留了口子。
接下來，談?wù)劸唧w技術(shù)方面。對于我們做發(fā)動機的人來說，要協(xié)同考慮減污降碳。中短期來看，發(fā)動機可以從柴油機、天然氣入手提高熱效率，從而減少碳排放。同時，要與電氣化擁抱，包括增程和混動，目前商用車在這方面的使用比例還非常低，但我們可以看到這里面有很大的發(fā)展空間。因為乘用車已經(jīng)做出了很好的例子，然而商用車的場景復(fù)雜，一兩個架構(gòu)無法覆蓋所有場景，所以中期來說有很大的發(fā)展空間。更長期來看，則是低碳和零碳燃料的使用。下面分別從幾個具體方面進行探討。
從整個發(fā)動機來說，其熱效率提升有很大潛力。從熱力學極限來講，要達到 60% 多的效率。從發(fā)動機本身來說，至少做到 55% 以上在技術(shù)上是有可能性的，但需要付出很大努力。中國汽車工業(yè)學會在 2022 年組織大家做的碳中和路線圖顯示，在長途重型牽引中，可以看到根據(jù)路線圖大家預(yù)測傳統(tǒng)的柴油和天然氣的使用量會下降。但是在 2022 年做這個圖的時候，還沒有想到今年和去年天然氣會占到如此大的比例。實際上，在這兩年柴油和天然氣的占比已經(jīng)超過 60%。從更長遠來看，當時預(yù)測的時候，燃料電池和燃氫發(fā)動機的占比中，可能燃料電池會占主導(dǎo)地位。但我覺得如果氫能可以作為道路運輸?shù)闹黧w燃料，這兩者是存在競爭關(guān)系的，最終的比例取決于各自技術(shù)的發(fā)展路徑。
對于發(fā)動機減少污染物排放，我們參與了國 7 標準預(yù)研工作。通過電加熱的輔助措施以及兩極的 ICR，特別是在低溫或有電加熱的時候，采用 LIC 低負荷測試循環(huán)，這樣的情況下，氮氧化物的排放可以明顯降低。另外，我們對不同功率段進行了測試，結(jié)果表明采用現(xiàn)有的電加熱和雙 ICR 路線，具備滿足未來更低排放的潛力。整車測試結(jié)果顯示，雙級 ICR 路線結(jié)合高效的本體和熱管理技術(shù)可以達成目標，同時在滿足國 7 時仍有潛力滿足四級油耗標準。
對于傳統(tǒng)發(fā)動機中的柴油機來說，未來進一步提升熱效率還有很多技術(shù)路徑。當然，這更多的是技術(shù)組合和性價比的問題，但從未來的潛力來看，大家朝著 55% 以上的量產(chǎn)熱效率發(fā)展是有技術(shù)可能性的。我們自己也進行了一些嘗試，從 13L 到 15L 平臺，采用不同的技術(shù)，在實驗室階段采用一些預(yù)測可量產(chǎn)的配置，我們可以做到 52.5% 的熱效率，這是按照一個標準測試循環(huán)可以達到的測試水平。在可行的技術(shù)路徑情況下，或者說可量產(chǎn)的情況下，效率還是有很大的提升空間。目前市場上實際運行的車輛熱效率水平基本上已經(jīng)到了 49%，我們也預(yù)計到明年接近 50% 熱效率的技術(shù)可以量產(chǎn)應(yīng)用。
還有天然氣發(fā)動機，現(xiàn)在的階段基本在 40 到 42 熱效率，也就是批量產(chǎn)品的水平，采用氣道噴射的單點、點燃式大量燃燒的技術(shù)。隨著汽油機的這種結(jié)構(gòu)，它的熱效率可以進一步提升接近 45%，但是如果再進一步提升，還是需要類似于柴油未引燃的路線，在這種路線下它的效率和柴油機基本上可以同步。這里面目前 42% 的一些技術(shù)，包括整個的滾餾技術(shù)都是相對來說比較成熟的，但是 DRE 目前還沒有量產(chǎn)。
未來更多的是要儲備好低碳和零碳燃料的使用能力。并非發(fā)動機本身是高碳排放產(chǎn)品，而是取決于它所燃燒的燃料?，F(xiàn)在我們的工作是從甲醇到氨到氫，要具備燃燒不同燃料的能力和潛力。從中國汽車工業(yè)協(xié)會組織的路線圖可以看到，在重型場景下，低碳燃料的使用是更合適的選擇。國內(nèi)外很多企業(yè)都在進行相關(guān)研發(fā)，包括康明斯、達夫、一汽等，我們也布局了 5L 和 15L 的氫發(fā)動機以及 15L 的氨和甲醇產(chǎn)品。氫發(fā)動機目前以 16L 平臺為主，未來以缸內(nèi)直噴為主。我們希望在 16L 的柔性燃料平臺下，可以通過改變指示缸內(nèi)燃燒、標定或者燃料噴射系統(tǒng)，在發(fā)動機主體結(jié)構(gòu)不大變的情況下適應(yīng)氫、氨、甲醇等不同燃料。
這是我們在氫發(fā)動機方面所做的工作。從 2021 年、2022 年開始點火，就實際在車上來運行和跑了。這是我們的一個中型的 5L 機，在實際整車中開始做一些小的示范運行，包括帶瞬態(tài)的過程中，基本上可以滿足瞬態(tài)的控制過程。15L 目前采用氣道噴射，整體的熱效率可以到 44%，接近 45%。我們也在考慮，這個圖顯示的是一個氫耗和發(fā)電量的關(guān)系，我們可以帶增程器在重型場景中使用。還有氨柴的發(fā)動機，熱效率在 40.5% 左右，氨是氣道噴射，然后是柴油直接引燃。還有甲醇，這是純點燃式的，采用極管噴射的狀態(tài)，熱效率在 44%，未來采用甲醇缸內(nèi)直噴的話，這個效率還可以進一步提升。當然，甲醇現(xiàn)在最主要的問題不是效率問題，而是可靠性問題。目前甲醇的可靠性要支撐中長途達到和天然氣或柴油同樣的水平，還有很長的距離要走。
從商用車領(lǐng)域來說，我們覺得動力的多元化或者燃料的多元化非常重要。同時，有一部分場景肯定適合純電驅(qū)動，而對于中長途或更長的長途運輸，混動技術(shù)的應(yīng)用可能也是一個很重要的考慮。我們開發(fā)了不同的產(chǎn)品類型，特別是在零碳燃料使用過程中，由于燃料特性導(dǎo)致發(fā)動機的瞬態(tài)響應(yīng)會有一些問題，這個時候與混動結(jié)合是非常好的方式。但是現(xiàn)在不同場景下的混動構(gòu)型非常多，大家都在做各種嘗試，可能還沒有一個看起來能夠滿足 TCO19 的絕對成功的場景構(gòu)型能夠去量產(chǎn)推廣。我們自己也開發(fā)了包括增程以及不同構(gòu)型的像 ECVT、P1、P1.5 等混動構(gòu)型，這些系統(tǒng)都能夠兼顧不同燃料的應(yīng)用。比如像燃氫發(fā)動機包括甲醇，現(xiàn)在都開發(fā)了針對增程的方式，主要是解決燃氣發(fā)動機的瞬態(tài)響應(yīng)弱點問題，用電來結(jié)合和應(yīng)用。還包括一些混動的在商用車上用的柴油的混動專用發(fā)動機的開發(fā)，從燃燒到排放控制，還有輕量化。
對于未來的國 7 來說，一個好消息就是可能從工況來說，會專門為混動做一些特殊的考慮。這也是目前在商用車上國 6 階段相對來說難度比較大的地方，因為它的法規(guī)測試循環(huán)和傳統(tǒng)是一樣的。國 7 可能會做差異化的考慮，更有利于混動專業(yè)化的應(yīng)用。這是我們 5L 中型的混動專用發(fā)動機，熱效率也可以接近 50% 的水平。
總體來說，從內(nèi)燃機的角度來看，未來一定是朝著更高效、低碳、清潔的方向發(fā)展。而且在商用車特定的場景下，發(fā)動機在很長一段時間內(nèi)仍會是主導(dǎo)動力，在污染物排放方面也有潛力做得更清潔、更高效。
我的報告到此結(jié)束，謝謝大家！
