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辛军:动力总成技术趋势与零部件机遇

汽车动力总成之家2018-12-05 11:06:33

奕森科技总裁、国家“千人计划”特聘专家辛军博士

今天我分享的题目是动力总成技术趋势与零部件机遇。第一是能源;第二是环境;第三是交通;第四是安全。

从能源上面来说中国石油65%是依赖于进口,在中国已经上升到战略层面,二三十年前美国把油耗作为重点关注,中国60%的石油依赖于进口。

环境方面,中国处在大气的污染当中,原来在欧洲柴油机的排放上,柴油机在未来的前景不是很明朗。

交通方面,汽车的保有量越来越大,这是城市交通的问题。

安全方面,中国因为每年因为交通事故失去生命的有20万,美国也有5、6万,这些方面都是我们汽车工业面临的问题。

针对汽车工业所面临的问题,在能源和环境方面,国家也制订了相关的油耗法规和排放标准,中国的油耗和法规目前进入到第三阶段,未来国家制订第四阶段和第五阶段的油耗法规,每5年油耗降低20%。排放法规,北京、上海已经实施了国5的排放,国6的排放也在讨论当中,未来5年6年当中也会实施,对有害物质的限制大幅度降低,欧洲从2017年政策开始采用了,中国未来也会采用,通过油耗标准和排放的法规帮助汽车产业降低油耗,降低尾气排放。

解决途径有电气化、低炭化、轻量化、智能化、共享化。

我今天的题目是动力总成的技术趋势,花时间讲一下汽车轻量化,在一般的讨论中没有把它看的那么重要,我认为是非常重要的,基于两点:

第一点是汽车的重量,对于油耗和排放的影响非常大的,应该是比较准的估算,重量每减轻10%油耗降低6%,中国自主品牌的车重,平均比日本、欧洲同样等级的车重量,应该会重10%左右。

我们因为也在讨论5年以后10年以后怎么做?其实这个车重跟动力总成匹配也是非常重要的,考虑未来动力,做5年和10年动力总成技术产品规划的时候,必须要同时考虑整车未来5年10年重量目标是什么样子?

美国不是强制性的,但是行业里面有一个目标,可以看到平均每10年车重减轻10%左右,看数据的话2050年车重要降低一半左右。

昨天在圆桌讨论的时候也提出过这个话题,我想讲动力总成技术趋势的时候,稍微花一分钟时间讲一下低碳化和电气化,经常有人问我,很多人说内燃机马上要淘汰了,为什么还要做增压器,其实有很多的误区在。

从传统的所谓的没有任何电气化技术在里面,纯燃油车到电动车,中间有很多不同的技术,不同电气化程度的动力总成技术,P1、P2、P3、P4,到右边的EV,电动车当然是没有发动机的,在绝大多数的电气化动力总成技术方案里面,还是需要有内燃机的。电气化并不是去内燃机,电气化让传统的内燃机始终运行在效率比较高的功耗点,而不是电气化意味着内燃机就消失了。

2030年在市场上面有多少比例的车还是需要有内燃机的,2017来自不同的咨询公司,如果看2030,2040年基本上95%以上还是选择内燃机的,但是这几个预测里面已经考虑到了,充电设备的普及,也已经考虑到了电池能量的提升,也考虑到了电池价格在未来几年以后能够大幅度的下降。把这些因素都考虑一起以后,结论就是在中国70%的汽车到2030年还是需要内燃机的,在欧洲80%的汽车还是需要内燃机,美国90%的汽车还是需要内燃机的。

另外一点,可能到2030年的时候100%的汽车都有某种程度的电气化,大家不要把电气化等同于是纯电动汽车。

法规和技术,因为讨论的时候不断的变化主题,我们朋友圈里面经常讨论内燃机被淘汰了,因为内燃机不能满足中国油耗的要求,觉得内燃机达到5升的时候不可能,内燃机排放达不到就认为淘汰了。中国60%的石油依赖于进口,内燃机总是烧油的,应该用电动汽车,因为电动汽车能源发电,可以煤发电,可以核发电,也可以太阳能风发电。

我们来讲技术,内燃机为了达到排放法规,汽油机不是问题,内燃机达到中国第5阶段的油耗有没有可能?打了一个问号,传统动力总成达到5升可以吗?达到4升可以吗?讲具体的数据以前看一下,欧洲2015年它的碳排放是130克,如果说每百公里几升油耗的话,那就是5.6升,2020年欧洲的炭排放是95克,相当于4.1升,2025年是70克,油耗相当于3升,介于欧洲的话2015年到2020年目标之间,大家很清楚,今天欧洲市场上面的汽车,有多少比例已经采用了电动车,或者有多少比例采用了所谓的中国定义的新能源汽车,这个比例是极低的,从这个数据说明了,用传统的动力总成,我们达到了中国的2020年5升的油耗法规,应该是没有问题的。我们做传统的动力总成的人,还是要充满信心的,前景是非常光明的。

这是几年前我们做的,那个时候我还在上汽,自主品牌跟美系欧系,看它的产品,发动机,反过来看技术路线,从这个角度推导一下我们的动力总成策略是什么?从技术上面来说应该做?可行性怎么样?可能性怎么样?

这个幻灯片可以看到,以上汽为例,从B级车到SUV,韩系美系,这两个汽车公司作为比较好的对象。同样的话,如果我们看到的话,在这三家汽车公司,这里面主要看发动机,它发动机是不是也有类似的产品在,其实也可以看到,从汽油机来看,从1.0到1.3,1.4到1.6的,1.7到2.0的,这三家汽车公司都有。

以福特为例,把在欧洲生产的销售的汽车,柴油机油耗比较低,把柴油机去掉,2012年欧洲汽油车炭排放是130克,现代2012年销售的汽油轿车,碳排放是127克,2012年大批量生产的产品和应用的技术,其实完全都能够满足欧洲2015年公司平均碳排放的目标。

因为每个汽车公司都会是某一个车型销售量特别大,公司会想尽一切办法让这个车能够以性价比最好的计算方案达到碳排放的要求,福特的福克斯也是交车量比较大,这个车的油耗是126克,现代I30碳排放是121。福特这些车以2012年的技术,即使把这个车型换一换,多卖一些小车或者是油耗低的车,少卖一些SUV能不能满足2020年95克的碳排放目标。那个时候也测算一下不采用任何的技术升级到2019年、2020年碳排放128克,现代124克,那个时候的碳排放目标有20%的差距。

根据各方面的信息我们来判断一下,福特它本身也是在开发各种混合动力电动车技术,在2020年的时候,混动和纯电动技术在福克斯上面不会占据显著的销量,30%炭排放的差距,主要是引入在整车方面,发动机和变速箱的新技术来达到,30%碳排放怎么来分解呢?整车的目标会降低8%,变速箱这个地方,油耗降低6%,发动机这个地方油耗降低17%,这个技术加在一起还是能够支持福特福克斯,到2025年达到95克的炭排放,95克的碳排放相当于中国的4升左右。

有没有可能做到呢?也是昨天圆桌讨论的时候,讨论的比较多的,听起来意见有点分歧的,我这个图降油耗的关键技术,昨天也讲了在中国自主品牌生产的发动机,没有很多媒体上面宣传的那样,跟国外相差10年20年,中国目前市场上面自主品牌做的好的发动机和变速箱跟欧洲和美国,基本上是同台竞争,完全可以说跟人家2014、2015年生产的发动机,同样价格的情况下技术含量差不多,性能也差不多。

目前在中国已经批量生产的,所谓直喷增压汽油汽油机,双VVT的技术配置,它是100%,燃烧方面进一步优化,油耗能够降低3%。在增压器上面,原来说是气动放气阀改成电子放气阀油耗再降低1%,可变气门生成,这个地方油耗可以再降低2%,熄缸技术在美国已经普通采用,在6缸机8缸机降油耗非常显著,4缸机的话,在城市把两个缸关掉,只有两个缸工作,油耗可以再降耗4%。引入汽油机的EGR油耗再降低2%。热管理上面油耗再降低3%,能够降低摩擦损失的一些技术方案。有些技术很简单,比如说曲轴偏心的设计,油耗会降低,还有就是涂层,这些技术加起来,包括把定排量的汽油泵放成并排量的汽油泵,能够再降低4%。现在如果发动机的BMEP是24,如果BMEP提高到28、30,同样一个车,我现在如果用1.5的话,也许可以用1.2、1.0的排量就够了,油耗还可以降低,这里面只放了5%。尼桑已经批量生产了,可变压缩比,在这个技术上面保守估计,放了3%,传统的发动机技术上面如果做了优化,油耗可以再降低27%。如果在这个基础上采用48伏,电动增压机放上去,可以再降低油耗13%,上汽用了48伏油耗降低12%,跟我之前算的差不多。传统的降低27是完全有可能的。C级车不用混合动力,传统动力升级达到4升油耗可以做到的。

前面讲的发动机,变速箱也是一样的,油耗在2015年的基础上又降低6%或者8%,其实我这里面,以上汽开发的6速的DCT为例,目前生产的DCT用的是机械油泵,改成电子油泵,比如说电磁阀,或者是吸漏能够降下来,也能够把油耗提高。离合器拖曳损失降下来,轴承,发动机不改的话,变速箱从6速到7速,整车效率提高,这些措施放起来以后,变速箱这一块油耗再降低8也是可以做到的。

因为福特没有告诉我们想做什么了,基于我们的判断,这些在传统的动力总成上面,对成本的影响相对比较小的。我们认为福特,或者说美系韩系,他们也会在这方面先做优化,优化的基础上面,福特又达到了2020年欧洲的95克炭排放,应该是可以做到的。

对标分析结论,前面也都讲过了,达到欧洲达到中国2025年4升的油耗,传统动力总成完全可以做到,有些车很重,油耗本身很高,这样的车在欧洲采用什么策略?MPV、SUV,柴油机在乘用车的比例上,基本上可以忽略不计,大车SUV为了使油耗比较低,可能需要考虑一定的混合动力。

因为这些都已经批量生产了,5、6年前在上汽生产的发动机,今天批量生产如果用这个动力总成油耗本身就是4.8了。前面讲发动机变速箱跟电气相关的,未来趋势很清楚,不断的引入新的零部件的技术,包括电气化2025年油耗法规目标达到的话,还是需要一定的电气化技术的引入,大家可以想象一下时机对所有的发动机厂商都是非常好的,因为现在每5年油耗降低20%,国家的强制性法规在,以往我们在上汽的时候一样,今天发动机刚设计完批量生产,马上需要考虑5年以后做什么?10年以后做什么?反过来得所有的具有核心竞争能力的,具有很强研发能力的零部件研发企业带来很大的机会。

后面几页很快的过一下,我前面讲的可变压缩比,可变气门生成,所谓的降低摩擦技术措施,到底是什么样的技术措施?有一些图示,简单给大家介绍一下,不是发动机领域的人知道我在讲什么。

缸内直喷,国内的企业没有做缸内直喷的,如果中国私有企业做缸内直喷,未来5年10年技术发展对于他们来说意味着什么?对于主机厂来说关心的是喷油漆是不是耐温性能更好,更加不容易积碳,汽油能够和空气比较好的混合,包括GDI喷油从200个大气压,为了达到国6的排放提高到350个大气压,主机厂的需求也好,技术发展的要求,对这些零部件提出新的要求,反过来这也是零部件企业产品升级的时候需要考虑的。很遗憾目前没有中国企业做直喷汽油机的供油系统。

颗粒数量,我们也做了很多的试验,200个大气压的颗粒数量达不到06C的排放标准,如果排油达到350的话就没有问题了。涡轮增压器比如说采用双流道的涡壳。

如何同时提高发动机的低速扭矩和发动机的最高功率,满足这个要求最好就是采用2级增压,涡轮增压的供应商会提出双轮增压,在欧洲已经考虑了,电动增压器加上降噪增压器,能够满足扭矩的要求,又能够满足额定功率的要求。可变涡轮增压,VGT柴油机已经普遍采用了,汽油在全球第一个采用。

传统的发动机,一般来说都是由钢炮(音)做的,铸到铝合金里面,中心保留8个毫米9个毫米,不然铝合金中间流不进去,这是第一个问题。

第二个问题,铸铁它的热传导比铝合金差,铸铁在铝合金里面不均匀,摩擦就高,几年前在宝马里面就采用了,它直接在铝合金的钢体表面喷涂一层材料,然后再加工,这样的话发动机重量轻了,确保活塞环和缸体配合,把摩擦降下来。

从皮带变成齿轮,然后从链条变成皮带,油耗降低1%,机油泵,高速的时候机油量太大,完全是浪费,通过限压排掉,如果采用可变排量机油泵这方面的摩擦损失也可以降下来,凸轮轴也可以把油耗降下来,可变气门升程系统也应用比较普遍。

未来采用HCCI需要更宽的范围和速度,和更低的机油油耗,传统的都是用液压调相器,未来可能用电动调相器。热管理,对设计发动机的人来说,希望发动机尽可能的提上去,机油升到150摄氏度,水温升到100摄氏度,这是目前普遍采用的,旋转式控制法,确保冷却水,根据发动机的转速,总是让水希望去到去的地方,而不是传统的发动机转起来一起冷却。

继承排气歧管,对全复合油耗有帮助。

可变压缩比,很多汽车公司都自己可变压缩比的技术。

电子水泵。

废弃再循环,原来都是在柴油机上面用,未来几年在汽油机上面。

结束语,基于两个典型的全球汽车公司的分析,可以认为国际汽车公司不借助于纯电动混合达到2020年油耗法规。中国自主品牌的动力总成技术含量与2012年前后批量生产的国际大众化的产品技术含量相当。

借助于传统动力总成技术C级车完全可以达到中国2025年的油耗目标,达到友盟70克的油耗,达到中国2030年的油耗法规需要增加各种电动车形式的比例,70%的汽车还是需要内燃机。如果零部件企业能够顺势而为,这个时间段是对企业向创新驱动转变的良好机遇。

谢谢大家!

转自盖世汽车网