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    節能減排壓力驟增,未來傳統汽車制造業會否被顛覆?

    責任編輯:gdmachine人氣:480發表時間:2019-09-28 10:01:47

    在目前石油資源日益減少、我國石油進口依賴度不斷攀升的大背景下,國六提前來襲,汽車工業的節能減排迫在眉睫。汽車電氣化、發動機小型化、材料輕量化正逐漸成為主流解決方案,以寄望可以成功闖過2020年平均燃油消耗限值大關。



    但伴隨著新技術的推進,則是一系列待突破的技術瓶頸以及傳統技術加速轉型等巨大挑戰。到2025年,那些被稱成“夕陽產業”的傳統汽車制造業將何去何從?成為整個行業亟待深思的重要議題。對此,在以“應對挑戰、創新破局”為主題的2019(第七屆)汽車與環境創新論壇上,行業眾多權威嘉賓進行諸多探討和交流。

    碳排放壓力之下,內燃機還可以行駛多久?

    “環境問題,這在整個世界范圍之內都是大眾關注的焦點,也是內燃機面臨的最大的挑戰之一”,中國一汽研發總院首席專家李金成說到。

    無論我們承認與否,機動車污染都是造成空氣污染的主要貢獻者。隨著全球機動車保有量的逐年攀升,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,汽車對石油資源需求和石油資源短缺的矛盾也日益突出,各國控油計劃正加快推進。從我國自身來講,我國石油對外依存度持續上升,出于能源安全考慮,汽車全面新能源化已成為未來汽車發展的重要趨勢。其中,海南省清潔能源汽車發展規劃中提到,到2030年將全面禁售燃油車,成為我國首個明確發布這一時間表的省份。

    由此,引來行業內外人一片恐慌——內燃機還可以行駛多久?


    中國一汽研發總院首席專家李金成

    中國一汽研發總院首席專家李金成


    “在油耗排放法規、能源安全多重的壓力大,大家都在確立電動化的戰略方向,但是電動化有時候會被誤讀,電動化不意味著純電化”,李金成表示,“而另一個被誤讀的則是目前討論最多的內燃機禁售時間表,其實禁售的是傳統內燃機,根本不是禁止所有內燃機。”

    在他看來,若從滿足碳排放的角度來看,僅僅用油耗來評價并不是最佳方案,而應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理的。同等的,純電動車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,電動化從來不是內燃機的敵人,而是合作伙伴關系。未來內燃機的研發思路,除了持續提升內燃機燃燒效率外,借助混合動力等新技術來實現更優的油耗、排放表現也將是重要的發展方向。


    天津大學教授姚春德

    天津大學教授姚春德


    同時,他還提出了碳中性燃料發動機的可能性。而關于這點,天津大學教授姚春德進行了補充,他認為,“動力的多元化和能源的多元化將是我國未來發展的必要選擇,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點,在國家相關政策的引導下,未來或將成為石油替代能源選擇之一”。

    除了提出內燃機本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現油耗優化,也是目前眾多傳統變速箱技術研究人員的重要課題之一。


    上汽技術中心變速箱部總監方偉榮

    上汽技術中心變速箱部總監方偉榮


    “純電動占主流市場還需要15-20年以上的時間,混動必定將有比較長的生命周期”,上汽技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和發動機的配合,對油耗有格外貢獻,同時加上輕量化和高熱效,即使不上混動電機,變速箱做得好的話,也還是會獲得3%-5%的油耗優化空間。此外,目前愛信等主流外資變速箱供應商所研發的新款8速自動變速箱,在成本大幅降低的同時,油耗也得到了進一步優化”。

    此外,通過整車熱管理技術來降低內燃機汽車的油耗,也將成為未來一大發展方向。


    上海交通大學王丹東博士

    上海交通大學王丹東博士


    據上海交通大學王丹東博士(導師:陳江平教授)介紹,“不管對燃油汽車還是新能源汽車,熱管理系統的節能高效、對環境友好將是未來技術發展的重要方向。”而隨著汽車電氣化進程不斷推進,混合動力系統下的發動機將更有可能在更穩定的負荷與轉速下運行,穩定的工況,將更適用于ORC的余熱回收技術,從而借助ORC系統產生更高的發電效率,以增加純電模式下的行駛里程,實現更低油耗以及排放的均衡。

    但不可否認的是,以石油作為能源的內燃機技術終將退出歷史舞臺,未來或將在很長一段時間內以其他碳中性燃料發動機,或是混合動力形式而存在。傳統汽車動力系統相關制造業轉型升級已是必然趨勢。不過同樣面臨節能減排重壓、新能源汽車加速逼近,仍有部分傳統汽車制造業領域存在長足的發展空間,例如車用鋼材。

    輕量化成大勢所趨,鋼仍將是主要汽車用材

    所謂汽車輕量化,是指在保證汽車安全等各項重要指標都滿足國家和行業標準要求的情況下,為了增加能源的利用效率,使其更加節能、安全,通過采用各種先進的技術或特殊材料盡可能地減輕汽車質量的過程。

    近年來,隨著歐洲WLTC(全球統一輕型車輛測試循環測試標準)、我國雙積分政策以及國六標準的相繼落地,節能減排壓力倍增。而在諸多基恩能減排路徑中,除了動力系統的轉型升級外,汽車輕量化是其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 首席工程師顧鵬云

    吉利汽車研究院有限公司NVH 首席工程師顧鵬云


    “根據統計數據,如果車重能夠降低10%,我們的百公里油耗可以降低0.7-0.8L,零到百公里加速速度時間可以降低0.5秒,能耗也可以降低10%的動能,輪胎壽命也能夠增加,同時減少排放7%,剎車距離可以降低3米左右,另外我們降低了很多車身的重量以后,我們會發覺可以調整車的質心,降低車的重心,而改善車輛的操穩性。”吉利汽車研究院有限公司NVH 首席工程師顧鵬云介紹到。另一方面,對于新能源汽車來說,“每減重100公斤,續航里程也可以增加15-20公里”。

    那么,一般是如何進行汽車輕量化?首先想到的會是使用重量輕、強度高的新材料,如鋁合金、鎂合金、碳纖維和工程塑料等。這其中因為鋁的可回收率較高,且重量只有鐵的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,隨后在捷豹I-PACE、路虎覽勝、特斯拉Model S上也相繼使用了全鋁車身。

    但顧鵬云也指出,綜合情況下,輕質材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沖壓、拉伸等強度要求,都會成為問題。

    “合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的理念,同時要意識到輕量化既是目的也是手段,最關鍵的一點是輕量化需要和各個性能之間達成平衡”,顧鵬云表示。


    河鋼集團鋼研總院首席工程師熊自柳

    河鋼集團鋼研總院首席工程師熊自柳


    對此,河鋼集團鋼研總院首席工程師熊自柳也表示,關于汽車輕量化的用材原則,并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,車用材料的碳排放也需要考慮原材料生產、運輸、零件及整車制造、車輛消費階段,以及車輛報廢和回收循環等全生命周期階段,把碳排放概念延伸到全產業鏈才是我們應該重點關注的問題。就目前已知的研究結果來看,鋼的全生命周期的碳排放比鋁、鎂合金、碳纖維低的多。

    因此,通過不同材料的混合搭配,充分發揮鋼在強度以及價格方面的優勢,又兼顧了減重提升性能的方式,是目前汽車輕量化的最佳解決方案。而隨著技術的不斷精進,高強度鋼技術已經經過兩次革新,第三代高強度鋼彌補了第一代產品的塑積、第二代產品的成本等多方面不足,形成了目前吸能性強、塑性適中、冶金性穩定,是目前車身用材中大量使用的材料。

    而對于汽車用鋼的未來發展方向,熊自柳則表示將更多致力于研發新鋼種、AHSS鋼(先進高強度鋼)應用技術以及多材料復合應用技術,從而在節能減排重壓之下獲得更加長足的發展。


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