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节能减排压力骤增,未来传统汽车制造业会否被颠覆?

责任编辑:gdmachine人气:219发表时间:2019-09-28 10:01:47

在目前石油资源日益减少、我国石油进口依赖度不断攀升的大背景下,国六提前来袭,汽车工业的节能减排迫在眉睫。汽车电气化、发动机小型化、材料轻量化正逐渐成为主流解决方案,以寄望可以成功闯过2020年平均燃油消耗限值大关。



但伴随着新技术的推进,则是一系列待突破的技术瓶颈以及传统技术加速转型等巨大挑战。到2025年,那些被称成“夕阳产业”的传统汽车制造业将何去何从?成为整个行业亟待深思的重要议题。对此,在以“应对挑战、创新破局”为主题的2019(第七届)汽车与环境创新论坛上,行业众多权威嘉宾进行诸多探讨和交流。

碳排放压力之下,内燃机还可以行驶多久?

“环境问题,这在整个世界范围之内都是大众关注的焦点,也是内燃机面临的最大的挑战之一”,中国一汽研发总院首席专家李金成说到。

无论我们承认与否,机动车污染都是造成空气污染的主要贡献者。随着全球机动车保有量的逐年攀升,降低碳排放成为了全球汽车产业的重要课题之一。

与此同时,汽车对石油资源需求和石油资源短缺的矛盾也日益突出,各国控油计划正加快推进。从我国自身来讲,我国石油对外依存度持续上升,出于能源安全考虑,汽车全面新能源化已成为未来汽车发展的重要趋势。其中,海南省清洁能源汽车发展规划中提到,到2030年将全面禁售燃油车,成为我国首个明确发布这一时间表的省份。

由此,引来行业内外人一片恐慌——内燃机还可以行驶多久?


中国一汽研发总院首席专家李金成

中国一汽研发总院首席专家李金成


“在油耗排放法规、能源安全多重的压力大,大家都在确立电动化的战略方向,但是电动化有时候会被误读,电动化不意味着纯电化”,李金成表示,“而另一个被误读的则是目前讨论最多的内燃机禁售时间表,其实禁售的是传统内燃机,根本不是禁止所有内燃机。”

在他看来,若从满足碳排放的角度来看,仅仅用油耗来评价并不是最佳方案,而应考虑从油井到车轮全生命周期的二氧化碳排放才是最为合理的。同等的,纯电动车全生命周期中的二氧化碳排放也并非可以做到真正的零排放。

但他也指出,电动化从来不是内燃机的敌人,而是合作伙伴关系。未来内燃机的研发思路,除了持续提升内燃机燃烧效率外,借助混合动力等新技术来实现更优的油耗、排放表现也将是重要的发展方向。


天津大学教授姚春德

天津大学教授姚春德


同时,他还提出了碳中性燃料发动机的可能性。而关于这点,天津大学教授姚春德进行了补充,他认为,“动力的多元化和能源的多元化将是我国未来发展的必要选择,这其中甲醇作为对环境友好、易运输的燃料,适合内燃机动力的使用特点,在国家相关政策的引导下,未来或将成为石油替代能源选择之一”。

除了提出内燃机本身节能减排解决方案外,如何利用内燃机所匹配变速箱进一步实现油耗优化,也是目前众多传统变速箱技术研究人员的重要课题之一。


上汽技术中心变速箱部总监方伟荣

上汽技术中心变速箱部总监方伟荣


“纯电动占主流市场还需要15-20年以上的时间,混动必定将有比较长的生命周期”,上汽技术中心变速箱部总监方伟荣表示,“而目前,单就手动变速箱来讲,使用可以支持高级启停的E Clutch技术,可以结合挡位传感器和发动机的配合,对油耗有格外贡献,同时加上轻量化和高热效,即使不上混动电机,变速箱做得好的话,也还是会获得3%-5%的油耗优化空间。此外,目前爱信等主流外资变速箱供应商所研发的新款8速自动变速箱,在成本大幅降低的同时,油耗也得到了进一步优化”。

此外,通过整车热管理技术来降低内燃机汽车的油耗,也将成为未来一大发展方向。


上海交通大学王丹东博士

上海交通大学王丹东博士


据上海交通大学王丹东博士(导师:陈江平教授)介绍,“不管对燃油汽车还是新能源汽车,热管理系统的节能高效、对环境友好将是未来技术发展的重要方向。”而随着汽车电气化进程不断推进,混合动力系统下的发动机将更有可能在更稳定的负荷与转速下运行,稳定的工况,将更适用于ORC的余热回收技术,从而借助ORC系统产生更高的发电效率,以增加纯电模式下的行驶里程,实现更低油耗以及排放的均衡。

但不可否认的是,以石油作为能源的内燃机技术终将退出历史舞台,未来或将在很长一段时间内以其他碳中性燃料发动机,或是混合动力形式而存在。传统汽车动力系统相关制造业转型升级已是必然趋势。不过同样面临节能减排重压、新能源汽车加速逼近,仍有部分传统汽车制造业领域存在长足的发展空间,例如车用钢材。

轻量化成大势所趋,钢仍将是主要汽车用材

所谓汽车轻量化,是指在保证汽车安全等各项重要指标都满足国家和行业标准要求的情况下,为了增加能源的利用效率,使其更加节能、安全,通过采用各种先进的技术或特殊材料尽可能地减轻汽车质量的过程。

近年来,随着欧洲WLTC(全球统一轻型车辆测试循环测试标准)、我国双积分政策以及国六标准的相继落地,节能减排压力倍增。而在诸多基恩能减排路径中,除了动力系统的转型升级外,汽车轻量化是其中最容易实现且潜力相对较大的方式。


吉利汽车研究院极速飞艇平台NVH 首席工程师顾鹏云

吉利汽车研究院极速飞艇平台NVH 首席工程师顾鹏云


“根据统计数据,如果车重能够降低10%,我们的百公里油耗可以降低0.7-0.8L,零到百公里加速速度时间可以降低0.5秒,能耗也可以降低10%的动能,轮胎寿命也能够增加,同时减少排放7%,刹车距离可以降低3米左右,另外我们降低了很多车身的重量以后,我们会发觉可以调整车的质心,降低车的重心,而改善车辆的操稳性。”吉利汽车研究院极速飞艇平台NVH 首席工程师顾鹏云介绍到。另一方面,对于新能源汽车来说,“每减重100公斤,续航里程也可以增加15-20公里”。

那么,一般是如何进行汽车轻量化?首先想到的会是使用重量轻、强度高的新材料,如铝合金、镁合金、碳纤维和工程塑料等。这其中因为铝的可回收率较高,且重量只有铁的1/3,成为了目前使用最多的轻量化材料之一。早在1990年,本田就推出了世界上最早量产使用全铝车身的NSX车型,随后在捷豹I-PACE、路虎览胜、特斯拉Model S上也相继使用了全铝车身。

但顾鹏云也指出,综合情况下,轻质材料相对原有钢部件来说,成本增幅在100%-200%。同时,随着使用过程中受材料的特性变化,轻质材料在不同部位是否可以满足相应的冲压、拉伸等强度要求,都会成为问题。

“合适的材料通过合适的技术用在合适的位置上这是我们基本的理念,同时要意识到轻量化既是目的也是手段,最关键的一点是轻量化需要和各个性能之间达成平衡”,顾鹏云表示。


河钢集团钢研总院首席工程师熊自柳

河钢集团钢研总院首席工程师熊自柳


对此,河钢集团钢研总院首席工程师熊自柳也表示,关于汽车轻量化的用材原则,并不是单纯考虑材料本身重量,“未来汽车用材还是向多材料混合方向发展,汽车用钢仍然是主要的用材”。

他认为,与车用能源相同,车用材料的碳排放也需要考虑原材料生产、运输、零件及整车制造、车辆消费阶段,以及车辆报废和回收循环等全生命周期阶段,把碳排放概念延伸到全产业链才是我们应该重点关注的问题。就目前已知的研究结果来看,钢的全生命周期的碳排放比铝、镁合金、碳纤维低的多。

因此,通过不同材料的混合搭配,充分发挥钢在强度以及价格方面的优势,又兼顾了减重提升性能的方式,是目前汽车轻量化的最佳解决方案。而随着技术的不断精进,高强度钢技术已经经过两次革新,第三代高强度钢弥补了第一代产品的塑积、第二代产品的成本等多方面不足,形成了目前吸能性强、塑性适中、冶金性稳定,是目前车身用材中大量使用的材料。

而对于汽车用钢的未来发展方向,熊自柳则表示将更多致力于研发新钢种、AHSS钢(先进高强度钢)应用技术以及多材料复合应用技术,从而在节能减排重压之下获得更加长足的发展。


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