由中國汽車技術(shù)研究中心有限公司、中國汽車工程學(xué)會(huì)、中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、中國汽車報(bào)社共同主辦，天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)特別支持，日本汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、德國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)、中國汽車動(dòng)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(dá)）國際論壇（以下簡稱“泰達(dá)汽車論壇”）于2024年8月29日至9月1日在天津?yàn)I海新區(qū)舉辦。本屆論壇以“風(fēng)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(dòng)力技術(shù)如何再升級？”中，廣西玉柴機(jī)器股份有限公司總工程師、研發(fā)總院院長林鐵堅(jiān)發(fā)表題為 “新一代商用內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢”的演講。

廣西玉柴機(jī)器股份有限公司總工程師、研發(fā)總院院長  林鐵堅(jiān)

以下為演講實(shí)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(gè)機(jī)會(huì)與大家進(jìn)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的角度來看，最大的挑戰(zhàn)仍然是雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)問題。并非發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的零碳排放。

在國際層面，紀(jì)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(biāo)，對 2040 年以后的車隊(duì)平均降碳要求在 90% 以上，標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)。此外，在減排方面，歐 7 標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)機(jī)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(shí)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(huì)按照 10% 到 15% 的幅度降低。同時(shí)，國內(nèi)在環(huán)科院和 VECC 的領(lǐng)導(dǎo)下，積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研工作。具體情況紀(jì)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(dá)到污染物排放法規(guī)要求的同時(shí)，還要從各個(gè)路徑降低整個(gè)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(dòng)力的使用出臺(tái)了很多政策，去年發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)體系指南首次在政策中體現(xiàn)了氫內(nèi)燃機(jī)的名稱，而其他政策中更多提及氫燃料電池。同時(shí)，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(fèi)出臺(tái)了政策，有的明確氫燃料電池車輛免高速通行費(fèi)，有的省市提 “氫能車輛”，這種說法更科學(xué)，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(dòng)機(jī)的人來說，要協(xié)同考慮減污降碳。中短期來看，發(fā)動(dòng)機(jī)可以從柴油機(jī)、天然氣入手提高熱效率，從而減少碳排放。同時(shí)，要與電氣化擁抱，包括增程和混動(dòng)，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?yàn)槌擞密囈呀?jīng)做出了很好的例子，然而商用車的場景復(fù)雜，一兩個(gè)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(gè)具體方面進(jìn)行探討。

從整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)來說，其熱效率提升有很大潛力。從熱力學(xué)極限來講，要達(dá)到 60% 多的效率。從發(fā)動(dòng)機(jī)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(xué)會(huì)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(huì)下降。但是在 2022 年做這個(gè)圖的時(shí)候，還沒有想到今年和去年天然氣會(huì)占到如此大的比例。實(shí)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(yuǎn)來看，當(dāng)時(shí)預(yù)測的時(shí)候，燃料電池和燃?xì)浒l(fā)動(dòng)機(jī)的占比中，可能燃料電池會(huì)占主導(dǎo)地位。但我覺得如果氫能可以作為道路運(yùn)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(dòng)機(jī)減少污染物排放，我們參與了國 7 標(biāo)準(zhǔn)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(shí)候，采用 LIC 低負(fù)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(jìn)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(dá)成目標(biāo)，同時(shí)在滿足國 7 時(shí)仍有潛力滿足四級油耗標(biāo)準(zhǔn)。

對于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)中的柴油機(jī)來說，未來進(jìn)一步提升熱效率還有很多技術(shù)路徑。當(dāng)然，這更多的是技術(shù)組合和性價(jià)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(jìn)行了一些嘗試，從 13L 到 15L 平臺(tái)，采用不同的技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)測試循環(huán)可以達(dá)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(shí)際運(yùn)行的車輛熱效率水平基本上已經(jīng)到了 49%，我們也預(yù)計(jì)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(dòng)機(jī)，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(diǎn)、點(diǎn)燃式大量燃燒的技術(shù)。隨著汽油機(jī)的這種結(jié)構(gòu)，它的熱效率可以進(jìn)一步提升接近 45%，但是如果再進(jìn)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(jī)基本上可以同步。這里面目前 42% 的一些技術(shù)，包括整個(gè)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(chǔ)備好低碳和零碳燃料的使用能力。并非發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)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(jìn)行相關(guān)研發(fā)，包括康明斯、達(dá)夫、一汽等，我們也布局了 5L 和 15L 的氫發(fā)動(dòng)機(jī)以及 15L 的氨和甲醇產(chǎn)品。氫發(fā)動(dòng)機(jī)目前以 16L 平臺(tái)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(tái)下，可以通過改變指示缸內(nèi)燃燒、標(biāo)定或者燃料噴射系統(tǒng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)方面所做的工作。從 2021 年、2022 年開始點(diǎn)火，就實(shí)際在車上來運(yùn)行和跑了。這是我們的一個(gè)中型的 5L 機(jī)，在實(shí)際整車中開始做一些小的示范運(yùn)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(gè)圖顯示的是一個(gè)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(dòng)機(jī)，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(diǎn)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(gè)效率還可以進(jìn)一步提升。當(dāng)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(dá)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(dòng)力的多元化或者燃料的多元化非常重要。同時(shí)，有一部分場景肯定適合純電驅(qū)動(dòng)，而對于中長途或更長的長途運(yùn)輸，混動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用可能也是一個(gè)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(dòng)機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)會(huì)有一些問題，這個(gè)時(shí)候與混動(dòng)結(jié)合是非常好的方式。但是現(xiàn)在不同場景下的混動(dòng)構(gòu)型非常多，大家都在做各種嘗試，可能還沒有一個(gè)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(dòng)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?xì)浒l(fā)動(dòng)機(jī)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?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)弱點(diǎn)問題，用電來結(jié)合和應(yīng)用。還包括一些混動(dòng)的在商用車上用的柴油的混動(dòng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)好消息就是可能從工況來說，會(huì)專門為混動(dòng)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?yàn)樗姆ㄒ?guī)測試循環(huán)和傳統(tǒng)是一樣的。國 7 可能會(huì)做差異化的考慮，更有利于混動(dòng)專業(yè)化的應(yīng)用。這是我們 5L 中型的混動(dòng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)，熱效率也可以接近 50% 的水平。

總體來說，從內(nèi)燃機(jī)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(dòng)機(jī)在很長一段時(shí)間內(nèi)仍會(huì)是主導(dǎo)動(dòng)力，在污染物排放方面也有潛力做得更清潔、更高效。

我的報(bào)告到此結(jié)束，謝謝大家！