11.22 車界“奇葩說”2:​內燃機生存之辯

車界“奇葩說”2:​內燃機生存之辯

主持人:陳全世

清華大學車輛與運載學院教授、博導,中國汽車工程學會電動汽車分會名譽主任


新能源汽車代表(正方)

車界“奇葩說”2:​內燃機生存之辯

周士建

南京知豆新能源汽車有限公司副總裁、南京知豆汽車科技有限公司總經理兼研究院院長、北美華人汽車工程師協會中國分會創會會長

原美國通用汽車液力變矩器優化設計專家。歸國之後歷任山推工程機械股東有限公司首席專家、江蘇中關村千人計劃專家研究院院長、奇點汽車副總裁兼整車研究院院長。服務足跡遍佈山東、江蘇、江西、上海、南京等地。

車界“奇葩說”2:​內燃機生存之辯

傅振興

通用驅動技術有限公司創始人, 原法樂第未來中國CTO, 哈爾濱工業大學兼職教授、博導

原上汽新能源動力系統負責人。8年美國福特汽車生涯,7年上汽新能源閱歷,4年樂視造車路,當前自主創業新手上路。

車界“奇葩說”2:​內燃機生存之辯

劉飛龍

宏景智駕CEO、北美華人發動機工程師協會前會長

從動力總成控制系統到自動駕駛、從僱員到創業者的跨界達人。北美德爾福工作8年,美國通用汽車4年,自主創業1年半。

傳統汽車代表(反方)

車界“奇葩說”2:​內燃機生存之辯

韓志玉

同濟大學教授、江蘇上淮動力股份有限公司董事長、美國汽車工程師學會會士、全球汽車精英組織副主席

汽車動力專家,不傳統的傳統汽車人。曾在美國福特汽車工作,曾是長城汽車首任研究院院長。在創業的同時,先後投身湖南大學、同濟大學擔任教授。內燃機科班出身,現已邁入混合動力系統行業,看好“增程電動系統和天然氣發動機”。

車界“奇葩說”2:​內燃機生存之辯

董愚

廣汽研究院院級特聘專家、北美華人汽車工程師協會副會長、全球汽車精英組織副主席

內燃動力代言人。曾任美國福特汽車公司技術專家。近期回國獻力廣汽研究院,負責動力總成研發。

車界“奇葩說”2:​內燃機生存之辯

鄒大慶

通用汽車公司動力總成發動機研發高級工程師、北美華人汽車工程師協會會長

美國通用汽車從事動力總成相關工作20年,現在也做變速箱和混合動力相關工作。


內燃機與新能源的轉換點

內燃機技術會往哪兒發展?新能源汽車何時變成主流?

反方:未來汽車動力將變“二重唱”,到2050年60%的車上還會有內燃機

韓志玉:內燃機30年,動力格局翻天覆地,新能源將促進內燃機技術進步。未來,汽車動力將從“獨唱”變成“二重唱”,一個發動機加一個或者兩個電機成為大趨勢,預計到2050年60%的車上還會有內燃機。


內燃機我搞了30多年,這兩年有兩件事促使我對內燃機技術做了梳理,發表在清華大學的刊物上。一是外國政府禁燃油車,這其實只是一個提法,但被媒體和政府官員變成若干個政府已經決定要禁燃油車了;第二是我國政府居然正式回覆我們什麼時候要考慮禁燃油車,雖然後面說不禁。


但這促使我將“汽車動力變革中的內燃機發展”作為題目,分享了我經歷的內燃機發展30年曆史和從1999年豐田普銳斯開始20年的動力格局變化。當然,這裡指輕型內燃機。有幾個指標,第一,發動機動力性指標翻番:升功率從50到100,升扭矩從100到200;第二,經濟性指標變化:這幾年中國汽車平均油耗已經降了近20%,發動機熱效率從30%左右到現在36%-37%,相對增加了20%;第三,排放指標:從國一、國二標準到現在的國六,至少是兩個數量級的下降;第四,整機的其他指標:耐久性、可製造性,都是起了巨大的變化,其背後是各種技術的發展。


這說明在過去30年,內燃機的進步是翻天覆地的。但是另一方面,過去十幾年內燃機的進步又是停滯不前的,因為沒有動力進步,直到新能源汽車發展才促進它繼續進步。以前的進步主要體現在排放控制上,現在的進步主要在能量利用的效率上。


未來,到底內燃機會如何變化發展呢?我認為,輕型汽車內燃機變化很簡單,從“獨唱”變成“二重唱”。以前所有輕型車只有內燃機或者發動機,未來將是一個發動機加一個或者兩個電機,這一變化會帶來後面很多變化。


首先,它不再是核心零部件,而是兩者加起來是核心零部件,因為現在一個內燃機對排放、動力、油耗、NVH負責,未來是發動機和電動機一起對這些指標負責。第二,既然是“二重唱”,兩者的優勢都會發揮出來,內燃機優化的區域發生了變化。第三,正是因為這樣的變化,其商業模式也會發生變化,以後很可能主機廠不需要做發動機了,不是這麼重要了,很可能發動機和電機變成一個動力公司。增程情況下,發動機和傳動系統解耦,解耦之後工作區就很小了,就可以極大簡化發動機,大幅度降低成本。舉個例子,車用發動機成本8000元,增程式發動機4000元,降了一半,所以商業模式也會發生變化。所以我個人判斷,2050年60%的車上還會有內燃機。


重型車我沒有太多的研究,但是可以分享我的感受。70週年閱兵的時候,軍車浩蕩,坦克隆隆,我寫了一個標題“內燃機:國之重器”。


董愚:國六對內燃機排放控制提出了很大挑戰,面向未來政策趨勢,控制排放與燃油經濟性結合才能推動內燃機向前發展,其背後需要很多技術支撐。


從法規看,國內國一到國五基本上照搬歐一到歐五,雖名頭不同,但內容非常類似:從指標到驗證方法。然而,國六有了重大改變,其中綜合了全球的排放法規,包括歐洲元素、美國元素。比如在歐五之前對蒸發排放沒有要求,但是到了國六就有蒸發排放控制的要求,這個從無到有是重大變革。測試工況從NEDC變成WLTC,符合聯合國的標準。這樣,整車的實驗手段、方法也要做相應的改變。


另一個思路是要把各類汽車,包括內燃機驅動和電驅,在全生命週期中的所有有害排放物和無害排放物加起來進行控制。二氧化碳控制和燃油經濟性直接掛鉤。燃油經濟性可以達到什麼樣的指標?三階段、四階段、五階段中,四階段要達到百公里油耗4.0L,再往下走是3.2L。內燃機如何按照政府的要求達標?這是主機廠動力總成研發的核心任務之一。


這裡有一個矛盾,政府一方面控制排放,一方面又控制油耗,牛不吃草又得耕田,本身就是矛盾的。我們必須分清主次,政府的要求是硬性的,必須這樣做,不達標不能上路。排放控制達標,燃油經濟性是OEM的賣點,這樣結合在一起才能使內燃機一步步健康往下走。能走多遠,仍然靠深度革新的技術支撐。


鄒大慶:對燃油車的技術進步並不樂觀,仍然看好混合動力。


從目前的技術成熟度來講,電動汽車生產成本並不低,電動汽車零部件全部拆開並不比燃油汽車少很多。燃油車成本居高不下,其中一個重要原因是國家法規在內燃機排放方面的要求過於嚴格。


在內燃機效率進步方面,我沒有兩位兄長這麼樂觀,我認為這種進步還是比較慢的。相對而言,反而電動汽車(汽車電動化)這邊的技術進步更快。我估計到2030年,輕型乘用車被純電動替代的可能性很大,但是主要的乘用車被替代的可能性還不是很大,還是會以油電混合動力車為主。商用車方面,混合動力會成為絕對的主力。就混合動力而言,它對內燃機的功率要求沒有這麼高,內燃機可以在最優工況工作,只要做好防震和其他設施的處理,內燃機可以得到更好的發揮。

正方:未來內燃動力將逐漸變革、退出,預計2050年之後內燃機會停止生產


周士建:應該從顛覆性認知的角度,反思新能源汽車的定義和技術路線。新能源汽車發展成為一個產業需要多個條件。建立在發動機這一技術基礎之上,使用電或者使用氫的這條技術路線,可能成為落地的新能源技術路線。尊重市場和企業選擇的路線才是最好的政策。


我們辯論的主題是新能源汽車以及內燃機和新能源汽車之間的關係。但如果沒有定義啥是新能源汽車,實際上是講不清楚的。假如說增程也是新能源汽車,那麼燃油機就會存在很長一段時間。所以我覺得要定義新能源到底是什麼。今天聽了趙福全院長講的“顛覆性的改變來自顛覆性的認知”,我在想我們現在所認為的新能源車真的就是純電或者燃料電池,或者真的就是增程?在這些技術路線上,我們是不是都想通了?


新能源汽車要成為一個產業,有其最基本的條件:第一,支撐這個產業的能源必須是充沛,最好可以再生。為什麼提出新能源?原因之一就是石油走到了大家可以預見的枯竭程度。支撐傳統車的石油能源出現了問題,這個產業就走不下去的。但是電和氫是可再生的,這在能源的源頭上沒有問題,但是怎麼使用電和使用氫,需要探討。


第二,支撐這個產業的原材料,或者自然資源必須是充沛的。燃料電池現在還擺脫不了貴重金屬。問題是,把所有貴金屬全部用於燃料電池,我們能做多少車呢?能否支撐起這個產業來替代傳統車?同樣,純電動這條路線需要電池,用於電池的原材料有沒有問題呢?這條路線真的能走得下去嗎?全世界的自然資源到底可以支撐多少純電車?


第三是技術和供應鏈基礎。發動機全世界投資了萬億級美元,燃料電池和新能源是上千億美元。能否做成產業,和投資規模有巨大的關係。相比純電和燃料電池,發動機產業的投資是完整的,技術也是成熟的。


但是從顛覆性認知的角度,如何看待現在的發動機?剛才韓志玉博士說,傳統發動機成本是8000,應用到增程式成本就降到了4000,但這還是傳統的發動機。增程式整車最大的兩個問題:第一是要裝兩套動力系統,總佈置一定會遇到問題;第二是NVH(振動),頻繁的起動、頻繁的關停,讓人很不舒服。假如增程路線是新能源的一條路線,而且建立在現在成熟的發動機技術、成熟的技術團隊、成熟的資源基礎上。那麼用顛覆性的認知看,今後用在增程路線的發動機絕對不是今天的發動機,成本不應該是4000,而是2000,這種改變才是徹底的。


發動機是可以改變的,其結構性的變化,一定要適合使用清潔能源的發動機技術特點。所以我覺得發動機並不一定會馬上消亡,但需要轉型,需要創新。這麼多的技術,這麼成熟的產業為什麼要一夜之間消亡?建立在發動機這一技術基礎之上,使用電或者使用氫的這條技術路線,可能成為落地的新能源技術路線。


政策方面,國家政策對工況完全不一樣的增程發動機,是按傳統發動機的驗證標準還是提出更科學更實用的新標準,這是對發動機的創新判死刑,還是鼓勵放行的問題。如果還是按傳統發動機的驗證標準,我覺得要催生真正符合增程式路線的發動機的誕生會很困難。設計標定僅在幾點上運行的增程發動機的排放,比標定要在整個速度範圍內都符合排放要求的傳統發動機會容易很多,這就需要我們的產品准入政策能實事求是地區分這種不同。以前政策鼓勵純電路線,現在又開始鼓勵燃料電池。我希望我們國家的政策可以更多尊重市場和企業的選擇,包括技術的選擇。這個尊重,我覺得是最好的政策。


市場方面,我講一下前幾個月的經歷。現在各地快遞很多,都是用三輪車送,既不安全也影響環境,對空氣也不好,所以國家有傾向要取消三輪車。我們感覺這可能是一個機遇,因為我們知豆就是做微型車,又是清潔能源,完全可以取代燒油的三輪車。我們為這個大約有1000萬輛的市場而非常振奮。但是這真的是我們的機遇嗎?如果整個物流的運行模式沒有任何的改變,可能是機遇,但是事實上現在很多問題的解決不是靠技術,而是靠運營模式。


深圳是第一個取消電摩的城市,結果深圳並沒有發生小電動車替代電摩送快遞的情況。原因是物流公司的運營模式改變了,原來是快遞小哥到集散中心取,跑到小區挨家挨戶送,禁止之後,快遞小哥不去集散中心取貨了,而是在小區門口等著大物流車把快遞送到小區門口,再用黃板車把快遞送到家家戶戶。同時,把家家戶戶拿來的快遞送上物流車。


在四化顛覆行業的過程中,我們考慮問題實際沒有這麼簡單,新能源車能不能做到1000萬輛,我不敢說。但是假如可以把車變成移動的智能空間,我覺得所有的天下都一定新能源智能汽車的。當年喬布斯拿著蘋果手機走上講臺的時候,蘋果手機的質量是很差的,有一個核桃實驗,核桃丟下來屏就碎了,而且手機半天就沒電了。但就是它,一年之後讓14年全球第一的諾基亞破產了。其實智能手機已變成了一個新物種了。所以,當車成為移動智能空間的時候,傳統車和新能源車或說新能源智能車立馬就分出高下了。

劉飛龍:內燃機將有可能在某些場景中逐漸退出,而在另外一些場景中內燃機在很長一段時間仍然會佔據主導;完全無電氣化的100%純內燃機的動力系統退出時間會比較早,但作為包括混合動力等汽車推進系統的重要部件,內燃機很難看出何時完全退出。


電動車適合充電基礎設施完善、線路相對固定、單日行駛里程不要太長的場景。像新能源大巴公交,目前中國80萬在運營的公交車,有60萬是純電動大巴。電動車在製造過程中的二氧化碳排放比較高(尤其是電池組等),但是使用中排放比較少;因此電動車隨行駛里程的積累越長或使用次數越多,碳排放減排越明顯。


如果問什麼時候內燃機會退出,我覺得應該對汽車的不同使用場景進行單獨分析。像出租車、城市公交等場景會早一點,但是有一些場景內燃動力因為其高性價比還是具有佔壓倒性優勢。


比如長途物流重卡,現在的半拖掛柴油重卡車頭重15噸,掛車滿載可達25噸,整車重40噸,加滿一箱柴油可以跑1000公里,而且沒油了十分鐘加滿油可以再跑1000公里。如果換成電動重卡,同樣里程的電池就要6噸重,因為全車仍然不能不超過40噸,因此掛車載荷只好拉19噸貨了,司機拉這趟貨可能就賠本了,而且沒電了再充電不可能10分鐘再上路。


因此,電動化對長途重卡車並不見得是最經濟的選擇。除非將來氫燃料電池成熟了,有可能對柴油長途重卡造成一定的影響,但是目前燃料電池還是處於研發階段,距離大規模商用還有時間。因此不同的場景,各種動力有不同的適用性,有些場景內燃機在很長一段時間都是主導。


最後,從內燃機的優缺點來看,內燃機最大的優勢是成本低、可靠性高、在某些工況區燃燒效率高,劣勢是要適應全工況下包括怠速或高負荷區對汙染物排放的嚴格控制。因此最佳的動力系統設計應該結合內燃機和電氣化,把內燃機作為推進系統的一個重要部件而不是整個推進系統,比如增程式或混合動力,就可以充分發揮各自的優點。例如在低速時使用電驅動,車速上來以後再啟動內燃機。


完全無電氣化的100%純內燃機動力的汽車退出時間會比較早;但是加一些電氣化,包括基本的起停系統或複雜的混合動力,對內燃動力的缺點都會有很大改善。因此內燃機作為整個汽車推進系統的重要部件之一,會持續很長時間,很難看出什麼時候內燃機會完全退出歷史舞臺。

傅振興:能量密度是汽車發展最關鍵的指標。電動車的誕生早於內燃機,但內燃機處於統治地位的關鍵不是發動機,而是汽油的能量密度比同時代的電池高。如今電池能量密度的提升,使電動車崛起成為必然。石器時代的滅亡不是因為世界上的石頭用完了,而是因為發現了更好的技術:青銅。石油時代的結束也不會因為石油用完了,而是人類發現了更好的技術:純電動、新能源。2050年之後內燃機會停止生產


我從三個方面闡述。第一,從汽車行業發展歷史看。我覺得內燃機辯論方對內燃機的歷史非常驕傲,實際上世界上最早的電動車是1834年Thomas Davenport在美國用直流電機制造的,1873年英國人Robert Davison用電池做動力的電動車。用與現代內燃機原理接近的內燃機汽車是1886年Carl Benz發明的,就是4缸的內燃機,所以電動車比內燃機車出現的更早。


但是為什麼汽車發展到現在,一直是內燃機佔統治地位,最關鍵不是內燃機發動機本身,而是燃油,汽/柴油的能量密度比過去同時代的電池的能量密度高几百至幾千倍,既使到現在的三元材料鋰離子電池,汽油的能量密度也比其高20-30倍。因為車是移動裝置,用鉛酸電池為儲能裝置的電動車跑不了多遠,整車都裝上鉛酸電池也跑不了多遠,所以從電動車發明到後來,特別在美國70年代石油危機的時候,又想到做電動車,為什麼做不起來,還是因為技術缺陷。最主要的就是電池,能量密度太低,遠遠比不了汽油。


第二就是驅動系統,90年代初以前可控制的電機基本都是直流電機,效率低,又由於使用電刷需要維護,重量高,壽命短。所以只有在90年代我們知道怎麼控制交流電機之後,特別是永磁同步電機的矢量控制技術,我們才有可能使用效率高、重量輕、壽命長、不需要維護的交流電機系統驅動電動車。


所以我們這代人在這個時代是非常幸運的,就是剛好我們現在的時代,即使前一段時間電動車市場在培育期,但是至少我們擁有交流電機矢量控制驅動技術,鋰離子電池作為儲能裝置,雖然其能量密度比石油還要低20-30倍左右,但是已經到了充滿電500-600公里的可與內燃機加滿油相比拼的續駛里程。所以儲能材料的能量密度在汽車發展史上起到絕對的決定性作用,也是決定汽車性能最關鍵的指標,而不是用於通過燃燒轉換汽油儲存的化學能量至機械動能的能量轉換裝置—內燃機。正是由於汽/柴油的能量密度遠遠高於其它儲能材料,所以100多年來,喝汽/柴油的汽車佔統治地位。


我們開發微混、中混、強混、插電式強混等混合動力技術,就是想取代發動機,但是又沒有技術把它完全取代,因為替代燃料能量密度不夠,還是需要汽油,但是加一些電就把油耗和排放降下一點,再多加一點就再多降一點,到最後全部純電動。我們是有拐點,我們在法樂第未來開發的FF91充滿電是700公里,如果使用固態電池,其能量密度是現在三元鋰電池的二倍,那麼使用固態鋰電池的FF91充滿電就是是1400公里,這個電動車和內燃機車,誰先進誰落後?所以整個汽車發展歷史就是儲能材料能量密度,而不是能量轉換裝置,比如發動機。因為車是要移動的,載著儲能系統走的。



第二,從物理原理角度來講。首先,汽車是移動裝置,是交通工具,它的移動是通過輪子的圓周轉動實現的。下面我們看看內燃機為動力的傳統車:發動機是通過汽油的粗狂但不斷優化的燃燒和爆炸,把化學能量轉換成活塞直線運動的機械能,再通過曲軸把直線運動轉換成旋轉運動,還得需要一個多檔的變速箱。因發動機的高效率區就是2000轉左右,而汽車車速需要從靜止到最大車速可以連續變化,所以需要多檔變速箱在車速變化時保持發動機在高效率工作區域運行,即檔位越多,發動機在高效區工作就多。可見,以發動機系統為動力的汽車多麼複雜:非線性不能完全數學建模的原始粗狂燃燒和爆炸、直線轉換旋轉運動、多檔變速等等。還有,其總量最高的動力總成只能前置或後置,這對整車配重、車輛操縱性、駕駛平順性等設計和調試,都帶來很大挑戰和犧牲。


我們再來看看電動車:(電池包把儲存的化學能量轉換成直流電能),驅動電機把電池包輸出的直流電能,轉換成轉矩轉速可控制的旋轉機械能,再通過減速器把高速旋轉的機械能變換成與車速匹配的旋轉機械能。由於驅動電機高效率工作區域很寬,可達85%以上的可工作區域,所以減速器一般採用一檔就可以了。大家可以看到,電動車的驅動系統多麼簡單,不比“四個輪子一對沙發”複雜多少。另外,電動車系統中最重的零部件就是電池包,而為電動車設計的平臺中,電池包都是佈置在車輛的中底部,這樣對整車配重、車輛操縱性、駕駛平順性等都沒有大的負面影響。當然,電池包及車身結構的設計要考慮整車碰撞、高壓安全及車輛操縱性等。所以,從物理原理角度,電動驅動系統比發動機驅動系統更適合車輛的驅動,電動車更適合作為移動交通工具。


第三,從人類歷史發展角度說。石器時代的滅亡不是因為地球上的石頭用完了,而是因為人類發現了更好的技術——青銅。同樣,石油時代的結束也不會因為石油用完了,而是人類發現了更好的技術——純電動,新能源,但是我很喜歡內燃機,我覺得2050年之後內燃機會停止生產。


最後的辯白


劉飛龍:新能源還是特別有希望的。


周士建:我覺得新能源和智能聯繫在一起可以迎來未來的時代。


韓志玉:我感覺未來是美好的,美好就意味著有個“二重唱”,把發動機和電機結合起來。


董愚:1+1大於2。


鄒大慶:還是要靠改進,而不是靠革命。


主持人總結

根據市場、根據需要,汽車的動力是多樣化的。一定時間內,誰也代替不了誰,除非有新的更好的動力出現。現在是百花齊放、百家爭鳴,尤其是內燃機加混合動力非常有前景。


以上觀點僅代表嘉賓本人觀點,不代表其公司立場。

就技術發展角度看,傳統汽車、新能源汽車將何去何從?2050年內燃機真的會消失嗎?你最贊同誰?歡迎在留言區留言


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