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大船调头,传统柴油机制造商如何应对新能源浪潮?玉柴给出了这样的答案

在上一篇文章【10年后卡车能源如何发展?长途重卡还是用传统动力,混合动力在短途会很火】 里面为大家分享了未来十年全球商用车动力发展趋势预测,重型长途卡车2030年,90%使用传统动力,5%使用混合动力,5%使用纯电或燃料电池。乐观的看,未来重型长途卡车有90%会使用传统动力,但新能源的发展速度还是会让传统动力制造商产生焦虑,轻卡、中卡、重卡、城市公交,城际客车都在拥抱新能源。传统动力制造商想要在未来继续活下去,就必须转型为新能源动力制造商,这是一个必经的过程。传统发动机制造商如何转型,这方面可以通过玉柴来寻找到一些答案。

玉柴拥有国内最大的内燃机生产基地,在新能源兴起之前这是一个优势。我们都知道船大难掉头,玉柴要升级转型要比小厂商付出更多。不过,一旦转型成功,内燃机巨头又可以变成新能源巨头。

面对新能源,传统内燃机企业最明智的做法就是两条腿一起走路,传统动力继续做大做强,另一方面发展新能源产品。玉柴的也是做了这样的选择:夯实传统动力,进军新能源。

大船调头,传统柴油机制造商如何应对新能源浪潮?玉柴给出了这样的答案 - 第1张搭载玉柴发动机的乘龙H7重卡

2030年发动机热效率52%

传统动力未来发展方向是高效、环保,尾气排放标准会越来越严格,同时还要降低油耗。首先在环保层面,玉柴车用柴油机、燃气机国六产品全面量产,柴油机6大平台11大系列产品全部符合国六排放,功率覆盖100-660马力。

大船调头,传统柴油机制造商如何应对新能源浪潮?玉柴给出了这样的答案 - 第2张

天然气发动机5大平台8大系列使用当量比燃烧+EGR+TWC技术路线满足国六排放,功率覆盖140-560马力。

大船调头,传统柴油机制造商如何应对新能源浪潮?玉柴给出了这样的答案 - 第3张

发动机的热效率并不是100%,汽油发动机做到40%以上就非常厉害,像丰田把汽油发动机热效率做到41%就让很多人吃惊。柴油机的特性使其热效率比汽油机更高,轻轻松松能达到40%以上,因此柴油机热效率突破50%才是比较大的进步。

玉柴热效率目标是在2020年达到50%;2030年国六二代发动机技术热效率达到52%,这个热效率与美国超级卡车动力热效率相当;2025年热效率目标55%,2030年更是要达到60%的热效率。

大船调头,传统柴油机制造商如何应对新能源浪潮?玉柴给出了这样的答案 - 第4张

国内另一发动机巨头潍柴的热效率目标时间节点和玉柴出奇的一致,潍柴董事长谭旭光之前有提到,2020年潍柴会推出热效率50%的柴油机,并商业化;2025年热效率超55%;2030年挑战60%热效率。看来大家对柴油机热效率的提升都很有信心。

48V系统实现熄火滑行

单单看数据,好像发动机热效率提升是个简单的工作,事实恰恰相反,现阶段每提升1%都是一个巨大的挑战。就好比考试一样,从60分进步到90分比较容易,从90分进步到99分就很难了。

玉柴提升热效率的方法主要是从多个系统着手,燃烧系统用米勒循环技术、高效燃烧技术。空气系统优化中冷器,使用高效增压,压力损失优化,进排气脉冲分离,降低发动机转速,两级冷却技术等。柴油本体用涂层降低摩擦,低粘度机油,机油热管理技术,曲轴密封低摩擦技术,活塞降摩擦技术等。甚至连发动机排出的余热都不放过,还有余热回收系统将热能转换成动能。

以上仅仅是发动机本身“修内功”,想要更高的热效率还需要借助外力。现在很多乘用车上使用的48V轻混动系统在卡车上一样能有降低排放和节油的效果。48V电压能够支持更大功率的电动设备,水泵、空调压缩机、转向助力泵等设备都可以用48V系统驱动,实现附件电动化,发动机就不需要一直带着这些负载,需要使用的时候电机按需启动就行了。甚至涡轮增压器都能电动化,进一步提高发动机效率。

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乘用车48V系统

根据不同的应用,玉柴会有BSG(Belt Driven Starter Generator)和ISG(Integrated Starter Generator)两种48V系统方案。

BSG是皮带传动启动/发电一体化电机的意思,属于P0混动结构,电机位于发动机前端,用皮带驱动空调压缩机、水泵这些附件,替发动机分担一部分工作,还可以实现发动机启停功能。

ISG是指集成启动发电机,属于P1混动结构。可以理解为一个电机取代了起动机,这个电机不仅仅负责启动发动机,还与变速器、发动机并联,意味着在一些工况下电机可以辅助驱动,优化发动机的工作效率,比如起步、爬坡的时候帮忙出点力。

48V系统有个重要的功能是下坡、滑行、刹车的时候可以实现动能回收,把动能转换为电能存到48V电池中,别忘了很多设备都是48V电压驱动,动能回收相当于节约了一部分燃油发电。

48V系统是个新的世界,可支持的功能太多了。空挡滑行算什么?48V系统支持熄火滑行,因为转向助力、空压机、空调之类的都可以用电机驱动,只要48V电池有电,就能保证车辆正常工作,和发动机不熄火没什么两样,就算遇到情况需要发动机启动,凭借强劲有力的48V电机就能让发动机瞬间回到工作状态。

小结一下玉柴48V轻混系统支持的功能,包括自动启停,低速助力,动能回收,熄火滑行,电动增压器,电动空调。

增程器1升油可发4.06度电

业内普遍认为新能源有3条主流技术路线:混动、纯电动、燃料电池。玉柴进军新能源的选择是:“全都要”。

混动系统方面玉柴做的东西太多了,有P1混合动力系统,eCVT功率分流型混动,增程器。eCVT混动系统通过两个电机和行星齿轮组实现多种工作模式,可以保持发动机在最佳转速和扭矩输出,由于电机的特性是转速范围大,效率区间高,玉柴的eCVT专门用一个电机来连续调整发动机转速,和CVT变速器一样平顺。

大船调头,传统柴油机制造商如何应对新能源浪潮?玉柴给出了这样的答案 - 第6张玉柴eCVT混合动力总成

增程式混合动力系统在国内的一个优势是可以上新能源牌照,因此增程式混合动力未来应用可能会更加广泛。玉柴在增程系统做的准备也很齐全,能提供柴油增程器和天然气增程器。增程式混合动力通俗点讲就是发动机带动发电机发电储存到电池,电机再用电驱动车辆行驶,发动机不能直接驱动车辆。

大船调头,传统柴油机制造商如何应对新能源浪潮?玉柴给出了这样的答案 - 第7张玉柴柴油增程器总成

发电效率的高低就决定了油耗的高低。因为同一款车行驶耗电量是一样的,增程器烧一升油能发的电越多就越省油。玉柴柴油增程器最高发电效率4.06kWh/h,烧1升柴油能发4度多电;燃气增程器最高发电效率4.74kWh/kg。

大船调头,传统柴油机制造商如何应对新能源浪潮?玉柴给出了这样的答案 - 第8张搭载玉柴增程器的金旅客车

发电效率相对来说还是很高的,单看数据可能没感觉,可以举几个例子。特斯拉semi电动卡车,总重36吨百公里耗电80kWh,用增程器发电,相当于百公里油耗20升。城市里配送的纯电动轻卡,百公里能耗普遍在40kWh左右,如果改用增程器驱动,百公里油耗还不到10升。

燃料电池和集成电驱动桥

氢燃料电池是新能源领域比较火的一项技术路线,目前玉柴和AVL公司联合开发了一款35kw质子交换膜燃料电池,系统额定净输出功率35kw,工作电压132-248V,适合4.5-8吨卡车或8-10米客车使用。未来会有70kw和110kw燃料电池。

大船调头,传统柴油机制造商如何应对新能源浪潮?玉柴给出了这样的答案 - 第9张玉柴氢燃料电池

未来的纯电动卡车产品肯定都是走量身定制路线,底盘专为电动车开发,结构上要求高集成度,方便布置电池。传统的电驱动方式需要传动轴,明显不适合未来高集成化的要求,只有集成式电动桥才能满足要求,省去传动轴,降低自重,传动效率更高。

这一方面玉柴做的就是下一代电驱动产品——集成式电驱动桥总成。电机集成在车桥总成上,传动效率更高,主要应用在4-8吨卡车和5-7米客车上。要知道现在的纯电动卡车未来节省开发成本,大量借用了燃油车的零部件,只是把发动机、变速器换成了电机,底盘的传统系统结构和燃油车并无太大差异,这种结构不利于车辆轻量化和布置电池。

大船调头,传统柴油机制造商如何应对新能源浪潮?玉柴给出了这样的答案 - 第10张玉柴集成电驱动桥

可以看的出来,玉柴面对新能源趋势已经有清晰的发展思路,传统动力未来的目标非常明确。而新能源也是多种技术路线共同发展,投入的资源并不少。据了解,2019年玉柴累计投入3亿元人民币发展新能源,团队规模200人;并且还在加大投入,到2023年累计投入预计达到30亿元,团队规模500人;2025年累计投入预计达到50亿元,平均一年增加10亿元,资源规划投入还是很下本的。

图/文:陈接锋


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