由高曉松作詞曲、許巍演唱的歌曲《生活不止眼前的茍且》猶如豆漿與油條如期而遇,佳句天成,一曲入魂。
行業目前對電動車歡呼一片,是否內燃叉車真就走到了窮途末路嗎?不對,它們未來10年的地位仍舊無法撼動。
許多朋友認為未來純電動車必然成為汽車行業的最佳終結者。可目前的汽車集團巨頭們還沒有一個放棄了對于內燃機的開發與改進,不論是戴姆勒、BMW、PSA,還是FCA、豐田、本田、日產、GM等都在不遺余力的繼續著給汽車用內燃機帶來更多的可能性與希望。
傳統內燃車在節能方面到底還有多大的空間?能耗的進一步降低要依靠哪些領域的優化?深度思考之下,中國叉車還將有哪些可行的發展路徑?
從整車能量流的來看,目前傳統的發動機燃油產生的能量最終傳遞到PTO油泵與車輪實現驅動的能量僅占15%,由此來看,內燃車節能的空間是非常大的。綜合了國內外專刊雜志的結論:目前傳統燃油車的節能潛力還有40%以上。
通過在諸多技術層面的持續發力,當內燃機進入到熱效率50%甚至以上的年代時,相比純電動車終結一切的論點可能就需要推敲推敲正確與否了(雖然內燃叉車普遍43%左右的熱效率相比純電動車的電動機動輒85%以上深受非對稱因素的打擊,但作為發電用的煤燃燒效率就不高(傳統電廠燃煤發電的能源利用率在30%多,高效超臨界機組的能源利用率是40%-44%),燃氣輪機的效率,然后電能轉化率,然后輸電損耗,最終估計只有25%吧)。再考慮到電動車自身的效率,疊加后的熱效率與內燃車相比顯然不占優勢。因此,說到底熱效率對于內燃車來說就是它的一切。熱效率提升的同時不僅燃料消耗率明顯降低,同時排放也將更低,排放是關鍵。
在北美等一些發達國家和地區,柴油發動機的排放要求已經升級到了Tier4標準,遠比國內的高得多。所以,在這些地區,一些技術和科研機構不斷的朝向提升燃油效率而努力,來改善柴油發動機的熱工作效能。
作為柴油發動機生產企業,都在不斷尋求提高生產率,提高可靠性和降低運營成本的技術和方法,同時還能滿足嚴格的排放法規。
目前,柴油發動機的熱效率大約是40%到45%,美國能源署(DOE)設定了55%的目標,到2020年年末,這一目標將有可能實現,新技術不僅提高了柴油發動機的工作效率,而且還能夠商業化。有以下五點技術,有可能在未來會影響到發動機的熱效率和經濟性。
一、發動機小型化
小型化指降低發動機的排量,但是輸出功率不變。排量降低的目標是超過10%,換算成提高燃油效率提高1%至4%,小型化發動機更適合應用于較小的非公路設備上,在某些設備中,降速控制也是一種可能,以實現效率的提高。例如,只要把發動機的轉速下降200轉,就可能帶來1%至3%的燃料經濟性的改善。
增加缸壓是另一個可行的做法,但這要求燃料的壓縮比將同步提高,且缸體缸蓋的強度也將增大。目前,技術研究方向已經超向新材料的方向而努力,石墨鑄鐵是一種較新的材料,可以提供較強的受壓能力,和較輕的重量。
第三個研究方向是缸內的燃料噴射和空氣混合。燃料壓力不斷增加,改善燃料輸送和燃燒,這會帶來更高的性能和減少排放。
二、余熱回收
廢熱轉換和余熱回收是另外的一個研究方向。大約50%的發動機產生的能量是廢熱,而這其中又有一半的熱能被浪費(即總能量的25%)。從這個角度來看,余熱回收可利用的空間極大,目前該技術被大量應用于發電機組的冷熱電聯供項目上。
目前能量回收有兩個主要的方法:直接和間接。直接法通過使用熱電發電機(TEG)把廢熱轉換為電能。TEG的工作原理是:暴露于高溫中的不同金屬之間產生電壓,這類似于一個熱電偶會產生電能。最終,TEG所產生的電力可以作用于發動機曲軸,從而彌補發動機內部機械傳動消耗的動力,如還有多余的電力可以儲存起來用于他處。
間接方法中最常見的是蘭金循環,原理是使用廢熱來產生蒸汽,再利用蒸汽帶來的動能發電,預計到2020年,這種裝置將提高燃油效率超過7.5%。
三、可變氣門技術
可變氣門驅動(VVA)是一個類似于汽車發動機上的技術,更多的應用于大型柴油發動機上。與其他技術如斷缸,可變氣門技術可以更輕易的實現增大燃油效率,提高低轉速下的扭矩輸出。目前,這一技術正在被重點研究。
四、閉環燃燒控制
閉環燃燒控制的概念是實時監控整個燃燒的過程。這要求從燃料注入就開始控制,包括燃料注入的策略,缸內壓力的調整等。有數據表明:閉環控制可以比傳統意義上的開環控制提高2%-4%的燃燒效率。然而,閉環控制帶來的是系統復雜性的增加,這會帶來穩定性的隱患,還意味著成本的增加。不過,閉環控制技術已經在汽車發動機上很好的證明其效果,因此,未來,重型柴油發動機技術方向上,這勢必也是一個無法繞過的方向。
五、替代能源技術
以汽車排放潔凈化、燃料消耗節約化、能源品種多元化為特征的各種汽車技術的出現,正在深刻影響行業和經濟的發展。目前可以影響叉車行業的替代能源主要有液化氣、天然氣、甲醇等清潔能源產品,這些替代能源叉車將從尾氣排放上終結內燃柴油車黑煙滾滾的印象。一般的認知是汽油叉車的尾氣PM2.5數值(也就是黑煙、煙度值、不透光系數等多種稱謂)只有柴油叉車的2.5%,液化氣叉車只有柴油叉車的1%,甲醇及天然氣叉車只有柴油叉車的5‰,尾氣排放即便不做處理,在煙度值上面是相當的干凈,相當于現有國三叉車在尾氣排放上面加上了一個主動再生DPF的煙度凈化器產品結果。此類替代能源叉車在尾氣排放要求嚴格的城市,如北上廣深等地有著極為實用的推廣意義。
以美國、歐洲、日本、巴西為例,這些國家和地區都想降低交通能源對石油的依賴,雖然技術路線有所不同、具體做法有所差異,但都把“節能”放在了首要位置。大方向相同,是因為都面臨交通能源的選擇利用與環境改善的關系問題;側重點不同,是因為各自的資源稟賦、產業結構以及能源品種的來源和比例不同。
應該說,各國在制定交通能源替代發展戰略時會更符合自身的資源條件,且和本地經濟發展緊密相關。比如,美國發展乙醇結合了解決本國農產品低價銷售的問題,巴西發展乙醇是為了解決甘蔗的生產和消納,雖然都在發展乙醇,但著眼點不同;日本是個資源匱乏的國家,因此把提高汽車燃油經濟性作為首選,同時推進生物乙醇、生物甲醇的應用,促進電動汽車和燃料電池汽車的發展,把重點放在技術提高上;而歐洲的汽車市場和燃料市場相對穩定,因此選擇了對燃料增量需求不高的生物柴油路線。
煤炭是我國的主體能源,占我國能源消費總量比重的66%~70%,煤炭的節能減排就是實現煤炭的高效和潔凈利用。推進我國能源生產和消費革命,就必須走煤炭清潔、高效、綜合利用之路。煤炭和動力系統中的內燃機如何實現統籌兼顧?甲醇替代恰恰能很好地解決這個問題,這是我們考慮甲醇替代的基本出發點。
生產甲醇的原料來源非常廣,除了煤和天然氣外,垃圾、高硫煤、煤層氣、焦爐氣、生物質、二氧化碳加氫等都可以生產甲醇,而且技術較成熟。所以說甲醇是清潔能源,而且不僅僅局限于燃燒后的排放清潔。合肥寶發動力著眼于替代能源動力產品的開發,也是著眼于未來排放及產品經濟性的長遠規劃。
以上這些技術,只是在日趨嚴苛的排放法規下催生出來的一系列技術,未來,相信全球排放要求會越來越嚴苛,內燃叉車的燃燒效率和替代能源技術無論到何時都是一個技術發展方向,所以在不遠的未來,發動機的燃燒效率和經濟性定會越來越高。
說了這么多內燃叉車未來的機會,當然也不能否認如果改變了以煤等化石能源為主的能源轉化結構前提下,純電動叉車還是未來的真命天子這個事實。但基于內燃車發動機技術水平的提高,傳統內燃叉車在未來10到15年甚至更長時間內還會是市場的中流砥柱。
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