柴油机行业会消失吗?
汽车电气化的发展趋势是不可逆的,但不同市场的节奏会有显著的差异,传统燃油车,汽油机还将存在很长时间。而柴油机,由于其油耗、排放的优势,在中、重型卡车和大型客车中,至少还有30年的寿命,有些国家甚至会更长。柴油机的逐步消亡,是从轻客到轻卡、再到中卡、重卡和大型巴士这样一个市场递减的过程。
柴油机未来的发展趋势主要表现在以下几个方面:
●超低排放的柴油机
随着国六排放法规的实施,柴油机的机内净化技术以及后处理系统取得了长足的进展。国外,SCR系统的NOx转化效率达到97%;国内,SCR后处理的NOx转化效率也即将达到90%左右。柴油机NOx控制已不再是难题,而是颗粒物。在国六排放法规中,PN是限值是6.0×10~11个/km,而在欧Ⅶ排放法规中,PN限值为1×10~12个/km,下降幅度达到80%。因此,欧Ⅶ排放法规被称之为史上最严苛排放标准。
欧Ⅶ排放法规从2020年1月1日开始实施,所有新类型号的重型卡车和公共汽车必须满足该标准。从2025年1月1日开始,所有柴油车辆必须安装粒子滤清器(DPF),即所有柴油汽车在实际驾驶中应达到严格的颗粒物排放要求。目前国外企业已经能够满足法规要求。当然还有更严格的要求,欧洲一些政府机构和民间组织正在大力推动燃油车的禁售计划,德国计划在2030年前禁售燃油车,德国的斯图加特(德国汽车工业中心)、巴黎、马德里在2025年禁售新车,这将对传统汽车工业带来严重的冲击。
在国内,随着技术的发展,国六排放法规的实施还会持续修订更加严明的要求,并可能会持续加严。目前,我国有关新能源汽车的政策在2025年还有15%的增长,2030年还有40%的增长,这将对传统燃油车产生一定的冲击。但另一方面,随着中国经济发展速度的不断增加,商用车将会有较大幅度的增长。因此,在排放法规的压力以及新能源汽车的发展冲击下,国六法规将在2023-2030年持续修订加严,柴油机行业仍可保持增长。
●智能化的柴油机
智能化的汽车已成为汽车行业的发展趋势,智能化的柴油机将与智能化的汽车相配合,提供更好的性能和更高的燃油经济性。目前欧标法规要求在2022年7月1日后所有低于3.5t的柴油车辆配备SCR系统,需要尿素泵、尿素分布器。同时随着智能汽车的飞速发展,柴油机的电气化程度也会越来越高,需要安装温度、压力传感器、执行器等。柴油机的电气化率从过去的不到5%,未来将增长到25%以上。
目前,国外在柴油机的智能化方面已经开展了很多工作,柴油机智能热管理系统,将机油温度、缸盖水温、中冷器水温独立管理,通过实时学习最佳目标温度,达到最佳油耗、降低机油粘度、减少机油泵功率消耗、降低发动机暖机时间、延长柴油机使用寿命。智能喷油系统,可以根据发动机的目标扭矩、燃油温度和标定目标,自动调节共轨压力和燃油轨压,从而达到最佳的燃油经济性和排放。智能排气系统,基于柴油机尾气的温度和NOx浓度、DPF的压差和温度,自动调整最优的DPF再生方案,达到DPF的最佳工作状态和后处理的最佳性能。
在国六阶段,国内对于后处理系统的主动故障诊断技术取得了很大的进展,能够对后处理系统的尿素泵、温度、压力、压差传感器故障进行诊断和报警。目前正在进行尾气中碳氧、氨逃逸以及颗粒物浓度的在线测量以及后处理系统的主动维修保养提示技术。随着智能汽车的发展,柴油机电气化程度越来越高,未来将实现智能热管理、智能喷油、智能排气等更加智能的柴油机。
●低噪声的柴油机
随着柴油机在乘用车市场的不断扩大,柴油机的噪声问题变得越来越重要。柴油机电控高压喷射技术、双平衡轴技术、动力总成悬置技术得到广泛应用。此外,柴油机正朝着轻量化、集成化、模块化的目标不断努力。欧Ⅶ排放法规要求排气系统和后处理部件集成于发动机内部,从而获得更好的热管理和NVH特性。模块化使柴油机的制造、管理更加灵活,可以实现多机共线、快速开发,同时缩短产品研发周期并提高发动机的耐久性。
●低成本的柴油机
柴油机的成本控制也将越来越重要,国六柴油机在后处理系统和电控系统上有显著的增加。此外,随着电气化程度的提高和智能水平的提升,传感器、执行器和线束的安装成本将大大增加。如何在成本和性能之间取得平衡,是一个迫切需要解决的问题。
此外,还有其他一些柴油机的发展趋势,如增压中冷技术、稀薄燃烧、废气再循环、均质压燃等先进技术在不断研究当中。