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蒋学锋:面向下一阶段的法规,商用车企业如何布局动力总成

上传于 2021-05-14 09:47:39 类目:零部件 作者:于晶 阅读量:16689

2021年4月21-24日,第二届世界内燃机大会在济南召开,来自世界内燃机行业的顶级科学家、企业家、专家、学者等各界代表,以“绿色、高效、智能、可靠”为主题,共同研讨技术热点、难点,促进技术进步,引领行业发展。东风汽车集团有限公司副总工程师蒋学锋,作为主论坛唯一受邀的商用车整车企业演讲嘉宾,以《面向下一阶段法规的商用车动力总成关键技术》为题,与参会者分享了东风商用车在动力链与整车匹配方面进行的技术路线思考和实践。回头再看东风商用车在世界内燃机大会展览会上展出的“龙擎”系列发动机,对商用车企业动力布局的方向会更清楚一些。

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东风汽车集团有限公司副总工程师蒋学锋 


东风商用车在动力链与整车匹配方面进行的技术路线思考和实践

记者在世界内燃机大会现场聆听了蒋学锋的演讲,摘录其如下观点供读者参考借鉴。

1.我国正处于关键的战略转型期,商用车企业主要面临安全、节能、效率三个方面的挑战。

我国正处在“转型”的战略机遇期,经济从高速发展转向高质量发展;市场从新兴市场转向成熟市场;客户需求从关注新车的购买价格成本逐步转向关注后市场的服务,经营质量的提升,TCO成本的降低;技术从传统技术转向新技术。

蒋学锋提出商用车行业当前面临的主要问题,并以此制定相应的战略规划和技术路线。1)新能源补贴取消后,替代燃料发动机的技术开发路线是什么,能否基于客户价值?2)柴油机下一阶段发展的路径是什么,什么是商用车能源综合的终极解决方案?3)如果说补贴是鼓励性的,那么双积分政策就是惩罚性的,双积分政策一旦出台,企业在商品规划上应该怎么考虑?4)商用车现在的核心技术、核心竞争力、价值链能代表未来吗,如何更前瞻性地研究、更长远地布局未来?5)自动驾驶如何进行商业化产业化的落地?6)商用车未来的发展之路是什么? 

针对这些问题,蒋学锋认为涉及8个方面较为关键的技术,包括安全、节能,技术战略、研发体系,软产品后市场,以及协同,智能及网联方面。发动机的核心技术包括高强度发动机体、TCO、高效清洁燃烧、高效进气系统、高效后处理、电动化和智能化、热管理、发动机管理系统EMS等。整车核心技术涉及5个方面的传统技术和5个方面的新技术,包括可靠性、模块化、经济性、舒适性、低排放,和轻量化、电子化、智能化、互联化、共享化技术。面临安全、节能、效率挑战,需要把传统技术和新技术结合在一起来解决,同时不能仅仅从发动机的角度、也不能仅仅从汽车角度,而是要从交通运输体系、网络化智慧交通的体系去考虑它,朝着零事故、零排放和零等待的远大目标努力。这就是新的Tructrain的概念。

2.针对四阶段油耗标准,目前比较理想的商用车低碳技术解决方案是BTE=48%+牵引车改善+挂车改善。

我国第四阶段油耗标准预计将在2024年7月实施,比第二阶段降低30%-35%,比第三阶段降低15%-20%。美国第二阶段重型卡车的发动机燃油消耗标准要求在2021年、2024年和2027年分别比2017年的数据降低1.8%、4.2%和5.1%。欧洲在2019年发布宣言,油耗标准预计分别在2025年和2030年,在2019年的基础上降低15%和30%。

为了满足世界上的法规,东风商用车对2025年、2030年需要达到的目标,以及在各个领域需要分解的目标做了大量的实验,最终确定了几条技术路线。其中,路线一是发动机热效率BTE=48%+牵引车改善+挂车轮胎改善;路线二是发动机BTE=50%+牵引车改善;路线三是发动机热效率BTE=48%+牵引车改善+电动化。

2016-2021年,东风集团和美国康明斯一起启动了“创世纪卡车”项目,对东风牵引车在高速公路上的实际行驶做了大量的实验分析,最后总结出它在能量分配方面的情况,以及主要的能源消耗情况。它的整个技术的成果正在不断地被应用,包括在2025年之后的一些应用。

对东风这样一个整车厂来说,蒋学锋认为不应该把未来节能减排的压力全部集中在发动机上,应该让整车和发动机协同承担,这是当前满足4阶段油耗标准比较理想的一个技术解决方案。在发动机热效率提升方面,东风也做了大量工作,包括蠕墨铸铁(CGI)在发动机缸体和缸盖的使用已经全面商品化,爆压已经提到了250bar,4月底开展爆压270bar的试验工作。


3.在智能网联背景下, NEV(新能源汽车) 和ICV(智能网联汽车)在4个典型应用场景的节能减排效果明显。

典型的应用场景是高速公路封闭场景,固定线路低速行驶的环卫车,码头等封闭区域和工程车。

作为东风商用车从1998年开始做混合动力的第一任项目负责人,蒋学锋表示,得益于近几年国家重要科研项目的支持和国内院校的支持,在混合动力方面,东风商用车2019年已经完成混动技术在牵引车上量产的路径。最后在量产阶段采用的是并联混合动力的构型,在云南山区节油达到了11.3%,目前正在进行2.0版,同时会对电池的容量等进一步去提升。在高原上空气稀薄对增压器的效率、发动机的性能、排放、动力性等等都会产生非常大的影响,混合动力是一个比较好的解决方案。

东风商用车还在物流车和公交车开展了双电机串联,在经济性和排放方面都有比较好的改善。也做了燃料电池纯电动的一些应用的案例。有很多已经量产,已经在国内市场占到了接近50%的市场份额。

在智能网联应用方面,基于地图的预见性驾驶,整车油耗有3~5个点的经济性的改善。就是预计到前面有坡的话,提前加速,避免在上坡的过程中减挡。预知到前面要下坡的时候提前减速,避免频繁制动。车辆通过5G信号和交通信号灯进行通讯,从而很好地躲过了红绿灯的等待时间,因此它的排放和油耗也非常好。除了V2I以外又加了V2V,就是把前方车辆的通讯结合在一起,性能改善更为明显。在自动驾驶编队行驶方面,无论是对后车还是对整个车队的风阻和油耗的改善都是比较明显的。

从NEV和ICV的低排高效路线图:engine-Powertrain-Truck-TrucTrain,ITS可见,节能减排不单纯是发动机的事,也不单纯是整车的事,而是发动机、到动力传动系统、到整车、加上智慧交通、加智能网联一起实现的事。

4.对于商用车节能减排的未来,呼吁制订实事求是的中国标准和新路径。

东风汽车的合作伙伴康明斯对中国过去2年的油品调查显示(油品抽样为车辆油箱里的油,不是加油站的油),2020年12月符合国六排放油品要求(硫含量小于10 ppm)的占73.7%,说明面向国六以及未来更严格的排放法规,我国的燃油质量需要进一步提高。

蒋学锋用“中国标准、实事求是、另辟蹊径”三个关键词表达了自己对下一阶段排放法规制订的建议:1)我国的汽车排放标准一直都在跟随欧洲标准,随着中国汽车保有量的全球占比提高和国六标准的实施,是时候提出适应中国条件的中国法规标准了。2)建议选取实际道路运行工况,法规设计和技术应对需分步实施,兼顾我国产业链安全。3)满足新技术时代、不同技术路线图,燃料多样性(如混合动力和专用混合动力发动机)的要求;4)把二氧化碳的法规和油耗的法规进行整合,同时把二氧化碳N2O等多种排放污染物结合在一起考虑。5)联合控制评价真实道路,包括远程监控、召回机制。去年我们做了很多国三的淘汰,未来还有国四国五车的淘汰,用车的排放怎么控制?


从“龙擎”布局管窥以发动机核心资源反向梳理商用车业务的可能性

东风商用车在世界内燃机大会展览会上举办了“龙擎智造,铸就可靠”龙擎DGi13燃气发动机发布会,并展出了自主创新研发的全系列动力总成。这是东风集团在上海车展发布“龙马”精神发动机计划之后,龙擎发动机的首次全系亮相,可以说代表了东风集团在商用车发动机布局上的最新成果。DGi13燃气发动机和DDi16、DDi13、DDi11、DDi75、DDi50柴油发动机,最低功率240PS,最高功率720ps,均满足国六 b排放标准。

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“龙擎智造,铸就可靠”龙擎DGi13燃气发动机发布会现场

关于东风商用车发动机未来的布局,蒋学锋表示“有两条线,一是站在东风商用车的角度,我们现在考虑4L机,从4L开始向上覆盖到5L、7.5L、11L、13L,目前已经确定的在9L这个范围内有所突破,主要是在砂石料这个市场和经济型市场应用。那么同时在基于13L的柴油机平台,我们刚刚发布了一个13L天然气机,可能在未来,不是很长时间,会有一个15L的天然气机。当然,我们也在做更大排量、更具有前瞻性、更加高效的一个发动机,现在还处于技术开发阶段。”“另外一条线是在整个集团商车层面上,包括东风商用车发动机、东风轻发、东风康明斯,这三个发动机如何更好地协同,从面向下一阶段的排放法规,从商品的一些规划、平台的规划,包括关键准则以及核心技术,比如说控制系统等等,这也在全面的筹划之中。”

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龙擎DGi13燃气发动机

蒋学锋告诉记者,DDi13发动机是东风完全自主开发的国六柴油发动机,有非常好的进一步升级的潜力。比如它的缸体、缸盖上全部采用的是蠕铁的材料,可以耐受250bar的爆压。它是一个非常好的基础平台,在这个基础上我们可以做一些拓展,包括进一步扩张到15L的天然气发动机,也是有所考虑的。另一个原因是DDi13在开发时对轻量化的要求非常严格,控制在1000公斤,几乎和DDi11自重一样,轻量化基础非常好,整个动力的覆盖范围、性能发挥的潜力也非常棒。

“龙擎”动力还展出了最高排量机型DDi16,但在短时间内不会上市。“我们目前主要还是在结合未来的排放的要求,二氧化碳的要求,包括发动机效率的提升,在技术层面做比较扎实的工作,不会很匆忙做商品化这样一个举措。”蒋学锋说。

“未来在整个新能源的方向上,我们会把重点放在哪一块?目前我们混动的产品已经推出了,而在行业内其实氢能源氢燃料电池是很多企业关注的一个重点。东风目前还是有一些布局的,在整个集团商用车层面上,我们目前也在梳理氢燃料电池的一些商品的一些规划,东风集团的商用车板块有东风商用车、特种商用车、东风股份、东风柳汽、郑州日产等,那么面向未来燃料电池的布局现在也在进行总体的规划和考虑,当然现在还处于示范运营的阶段。”

“对于东风来说,对研发费用投入向来是给予高度重视的。我们要考虑传统技术,也要考虑新技术。对于传统技术我们目前主要聚焦在动力总成方面;新技术在电动化、智能化、网联化方面也做了非常大的投资。”“当前不但要面临传统技术不断的升级,还要面向未来的新技术方面研发,东风在电动化、智能化、网联化方面也是做了非常大的投入。”

未来,充满了变数。未来,充满了希望。

未来已来。

来源:文/《商用汽车》杂志记者 于晶    (全文刊发在《商用汽车》杂志2021年第5期)

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