嘉賓：中國工程院院士、天津大學蘇萬華
主持人：清華大學汽車產(chǎn)業(yè)與技術(shù)戰(zhàn)略研究院院長趙福全
舍棄內(nèi)燃機是根本上的誤判
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隨著節(jié)能環(huán)保的要求越來越嚴，汽車正朝著電動化方向發(fā)展，新能源汽車在國家層面受到的關(guān)注度越來越高。同時，有報道稱一些國家已經(jīng)直接或間接地提出了內(nèi)燃機汽車的禁售時間表，似乎社會輿論在唱衰內(nèi)燃機。
2010 年美國能源部授權(quán)美國汽車理事會 USCAR 召開了一次高水平的學術(shù)會議，這次學術(shù)會議有兩個重要結(jié)論：
第一，在相當長的時間內(nèi)，內(nèi)燃機仍將在移動式動力裝置中占有支配地位。
第二，內(nèi)燃機的熱效率可以不受卡諾循環(huán)的限制，短期內(nèi)可以達到 60%，中長期有可能接近 85%。這是基于全世界基礎(chǔ)研究結(jié)果得出來的判斷，對內(nèi)燃機的發(fā)展前景有很好的期望。
在中國火電占比仍在 70% 以上時，以發(fā)展新能源汽車為由唱衰內(nèi)燃機不科學，也危險。舍棄內(nèi)燃機是根本上的誤判。中國發(fā)動機技術(shù)早已今非昔比，不像想象得那樣落后。莫讓中國內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)留下歷史遺憾。
內(nèi)燃機處于近零排放的水平
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2015 年我國汽車平均二氧化碳排放量約為 170 克/百公里，按照發(fā)改委相關(guān)文件要求，到 2020 年汽車平均二氧化碳排放量要降低到 115 克/百公里。相當于每年要降低 11 克/百公里，即下降 3%。
三十年來，內(nèi)燃機排放水平從低排放到超低排放、再到超超低排放，現(xiàn)在處于近零排放的水平。過去三十年，全世界汽車的顆粒物和氮氧化物等有害排放物已經(jīng)降低了 99%，現(xiàn)在的排放水平僅相當于三十年前的 1%。
經(jīng)過近三十年的發(fā)展，內(nèi)燃機顆粒物和氮氧化物等有害排放物已經(jīng)降低了 99%，已經(jīng)處于近零排放的水平。下階段內(nèi)燃機減排的最大挑戰(zhàn)是汽車瞬態(tài)過程的排放。
內(nèi)燃機熱效率有望突破60%
提高內(nèi)燃機熱效率是全世界內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)從業(yè)者當前的首要任務?，F(xiàn)在比較現(xiàn)實的目標是把汽油機熱效率提高到 45%-50%，把柴油機熱效率提高到 50%-55%，甚至往 60% 的方向發(fā)展。
內(nèi)燃機的熱效率60%量產(chǎn)主要的難點是內(nèi)燃機需要小型和強化，其中強化問題挑戰(zhàn)更大。由于內(nèi)燃機的熱效率與負荷成正比，負荷越高，熱效率越高，最大爆發(fā)壓力也越大。
目前國際上量產(chǎn)機型的最大爆發(fā)壓力約為 380 帕，而當熱效率超過 60% 的時候，最大爆發(fā)壓力可以達到 450 帕，這就對內(nèi)燃機機體的結(jié)構(gòu)、強度設計提出了更高的要求。
按照十佳發(fā)動機評選的結(jié)果來看，國內(nèi)量產(chǎn)汽車發(fā)動機的熱效率已經(jīng)做到超過 40%，最高可達到 40.5%?，F(xiàn)在基準質(zhì)量乘用車的百公里油耗已經(jīng)可以做到接近 5 升，甚至少于 5 升。
未來內(nèi)燃機熱效率有望突破 60%，2030 年，使熱效率達到 60% 的技術(shù)就會提上日程。
2020年混動技術(shù)會大行其道
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混合動力方案可以讓發(fā)動機在更佳的工況范圍內(nèi)長時間工作，而在其他如啟動和低負荷等高油耗的工況時，則使用電池和電機，從而達到節(jié)油的目的。
例如啟動或城市中堵車的時候，可以讓電池和電機工作來彌補發(fā)動機的不足，這只需要使用很小的電池即可實現(xiàn)。之所以強調(diào)小電池，是因為目前電池在能量密度和成本方面還存在瓶頸。
混合動力技術(shù)潛力巨大，但需要有效平衡技術(shù)進步和成本降低。如果成本沒有競爭力，就會出現(xiàn)很大的問題，畢竟消費者會用自己的錢來「投票」。
混合動力技術(shù)的發(fā)展要建立在內(nèi)燃機和電動技術(shù)兩方面共同進步的基礎(chǔ)之上。隨著技術(shù)的進步，成本也會逐步降低，比如可以用節(jié)能效果近似的新技術(shù)方案來代替過去的技術(shù)方案，這樣就能節(jié)約成本。
目前混合動力發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展有兩個途徑：
一是小型強化內(nèi)燃機加簡單的混合動力系統(tǒng)，可以較低成本達到較好的節(jié)能效果。
二是全力以赴把內(nèi)燃機本身做得極致，如采用長沖程、稀燃、均質(zhì)壓燃等技術(shù)，使內(nèi)燃機性能處于最佳狀態(tài)。
一些日本車企更偏向第二條路徑，比較典型的如馬自達推出的新款發(fā)動機。這些高效發(fā)動機也可以與電池、電機組合，從而作為混合動力發(fā)動機工作，這樣可能節(jié)油效果更佳。
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2020 年以后混合動力發(fā)動機的應用比例一定會快速增加?；旌蟿恿夹g(shù)可以很容易地改變發(fā)動機的動態(tài)特性和負荷特性，從而有利于節(jié)能減排。
在 2020 年目標為百公里 5 升的第四階段油耗法規(guī)下，大部分車型通過發(fā)動機自身改進是可以滿足要求的。
但在 2020 年之后，汽車油耗目標降到百公里 4 升甚至更低的時候，混合動力技術(shù)就會大行其道，也就是說，法規(guī)要求將倒逼技術(shù)進步和轉(zhuǎn)換。
2020 年后，混動技術(shù)會大行其道?；靹硬皇且怀刹蛔?，內(nèi)燃機在不斷進步，電氣部分也在進步。但目前，改進發(fā)動機的成本要低于混動技術(shù)，因為電池和電機成本很高。
要從全生命周期考慮低碳化
低碳與低油耗相關(guān)，但又不完全相同。一般來說，只要有碳基能源消耗，就會產(chǎn)生碳排放。
因此，汽車行業(yè)一直有這樣一種聲音，就是覺得內(nèi)燃機汽車并不一定高碳，因為可以持續(xù)提升效率；而純電動車也不一定低碳，因為盡管電動車在使用過程中比內(nèi)燃機汽車更低碳，但是從整個生命周期的角度來評估，是否低碳還取決于電能的來源，而中國以煤電為主，電能來源本身并不低碳。
現(xiàn)行法規(guī)確實沒有從全生命周期來考慮低碳化，這是個大問題。新加坡對特斯拉車主進行了罰款，不是因為特斯拉的電動車在道路上行駛時產(chǎn)生了碳排放，而是因為電能是二次能源，在發(fā)電過程中會產(chǎn)生二氧化碳排放，特斯拉汽車消耗的電量對應于發(fā)電過程中的二氧化碳排放量，超出了新加坡的法規(guī)限值，所以認定特斯拉的電動車碳排放超標。我認為這種做法非?？茖W。
衡量一種能源或者動力轉(zhuǎn)化方式是否先進，無論名字是新能源還是舊能源，標準都應該包含全生命周期的二氧化碳排放量，應該以此作為重要指標之一來進行考量。
就汽車的二氧化碳排放而言，正如美國阿貢實驗室于本世紀初提出來的那樣，不僅要看燃料全生命周期的二氧化碳排放，還要看包括整車、零部件在內(nèi)的整個汽車的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，這是一個從采礦、冶煉、運輸、制造，一直到報廢、回收的完整的生命周期。
現(xiàn)行法規(guī)沒有從全生命周期來考慮低碳化，這是個大問題。電池的生產(chǎn)制造、報廢處理等過程都產(chǎn)生有害物質(zhì)，應計算在內(nèi)。不全面、不科學的法規(guī)給內(nèi)燃機發(fā)展制造了障礙。
開電動汽車真的比燃油車便宜嗎？
有人認為開電動車比燃油車便宜，這也并不客觀。雖然用戶感覺自己花費減少了，但現(xiàn)在電動車充電大多是用民用電，民用電的價格是國家補貼后的價格，這其中有國家補貼在里面，如果與燃油車的使用費用直接對比，兩者不在同一個層面上，很難得出正確的判斷。
當然，比使用費用更重要的還是碳排放，這關(guān)乎全人類的生存環(huán)境。只有分析計算全生命周期的二氧化碳排放，才是科學合理的。
電動汽車的污染和排放問題
例如動力電池技術(shù)，當前還存在很多問題。電池的生產(chǎn)制造、報廢處理等過程都產(chǎn)生有害物質(zhì)，同時也都產(chǎn)生碳排放，法規(guī)應該將這部分排放也計算在內(nèi)。
英國工程院院士高騰·卡嘉迪（Gautam Kalghatgi）連續(xù)發(fā)表了多篇文章談到這個問題，他曾經(jīng)說過，過分地使用電池會產(chǎn)生很多問題，其中非常重要的一點就是會造成全社會的金屬中毒，即金屬毒性問題。
現(xiàn)在有一些研究結(jié)果表明，綜合對比汽車內(nèi)燃機使用過程中的碳排放與電動車所耗電能在發(fā)電過程中的碳排放，兩者的數(shù)值其實差別不大。如果考察整個汽車從生產(chǎn)到使用的全過程，把所有的零部件直至材料都考慮在內(nèi)，內(nèi)燃機汽車在碳排放方面可能還要比電動汽車占優(yōu)。
我們應該建立全生命周期分析問題的觀念，有的人認為電動車是零排放，甚至相關(guān)法規(guī)也規(guī)定，插電式混合動力汽車在前 50 公里以純電模式行駛期間可以不計算能耗，這些其實都是不科學的。
電動汽車行駛過程中是要消耗電能的。無論是純電動汽車還是插電式混合動力汽車的純電驅(qū)動階段，雖然沒有油耗，但是一定有電耗，即能耗。
內(nèi)燃機是國家支柱產(chǎn)業(yè)
內(nèi)燃機領(lǐng)域的科技人員始終在不斷耕耘，持續(xù)挖掘這項具有一百多年歷史的傳統(tǒng)技術(shù)的潛力。
表面上看，內(nèi)燃機技術(shù)的原理沒有變化，但細節(jié)上已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。
內(nèi)燃機在不斷進步，也在不斷受到挑戰(zhàn)，但一直沒有被取代，這正是它的生命力所在。將來人工智能等新技術(shù)應用在內(nèi)燃機控制上，還會有新的發(fā)展空間。
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要讓青年人懂得什么是事物內(nèi)在的發(fā)展規(guī)律，什么是事物之間的聯(lián)系。在風能發(fā)電、太陽能發(fā)電等可再生能源還不足以形成新的能源系統(tǒng)的時候，在中國火電占比仍在 70% 以上的時候，此時以發(fā)展新能源汽車為由唱衰內(nèi)燃機是不科學的，也是危險的。
目前內(nèi)燃機動力系統(tǒng)承擔著全國公路貨運量的 77%、客運量的 80%～90%；承擔著幾乎全部的基礎(chǔ)建設和工程建設；此外，還承擔著農(nóng)業(yè)機械、國防、海洋運輸和內(nèi)河運輸?shù)热蝿铡?/span>
這么重要的大產(chǎn)業(yè)切不可出現(xiàn)誤判，盲目提出限制內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)發(fā)展，是不現(xiàn)實的。
盲目唱衰內(nèi)燃機會造成人才斷層
內(nèi)燃機行業(yè)的同仁們普遍對所謂「各國淘汰內(nèi)燃機」的說法非常不理解，但是我們并沒有為此感到焦慮。
因為內(nèi)燃機的發(fā)展前景非常好，相關(guān)人才的工資待遇也很高，目前仍然處于人才短缺的狀態(tài)，像濰柴等很多企業(yè)都招聘不到足夠的內(nèi)燃機博士和碩士畢業(yè)生。從行業(yè)內(nèi)部來說，內(nèi)燃機的形勢可謂一片大好。所以，有人提出停售內(nèi)燃機汽車的時間表，大家聽到之后，都感覺不可思議。
在這種大環(huán)境下，年輕人選擇專業(yè)時就會受到影響，因為擔心未來的職業(yè)生涯。前幾天《中國汽車報》記者采訪了同濟大學的李理光教授，他就表示，這種情況會導致內(nèi)燃機人才出現(xiàn)青黃不接，十年之后如果沒有足夠的人才，即使內(nèi)燃機技術(shù)本身再有潛力，沒有人去研發(fā)也會導致技術(shù)出現(xiàn)停滯。
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那些唱衰內(nèi)燃機的不和諧聲音，對青年學生的影響最大?，F(xiàn)在內(nèi)燃機學科，無論是本科招生，還是碩士招生，都受到非常大的影響。去年我們天津大學原本已經(jīng)報名內(nèi)燃機方向的碩士生中，后來有 40% 的學生都改了方向。
因為學生們擔心，如果真的像輿論說的那樣，內(nèi)燃機是一個行將退出歷史舞臺的專業(yè)，那他們未來該怎么辦，畢業(yè)之后還能不能找到工作？他們從趨利避害的角度選擇了更改自己的專業(yè)。
為什么最開始提出「彎道超車」，后來改為「變道超車」？就是想把內(nèi)燃機舍棄掉，變成電動車或者其他類型的汽車。提出舍棄內(nèi)燃機將是根本上的誤判，一些領(lǐng)導不了解內(nèi)燃機技術(shù)，更沒有充分認識到內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)的重要性。
內(nèi)燃機的發(fā)展前景非常好，相關(guān)人才的工資待遇也很高，目前仍然處于人才短缺的狀態(tài)，那些唱衰內(nèi)燃機的不和諧聲音，對青年學生的影響最大。
純電動汽車是發(fā)展方向，但不是適用所有場景
事物的發(fā)展最終還是取決于客觀條件。記得中央電視臺的財經(jīng)評論員說過一句話，「電動汽車不一定是新能源最終的表現(xiàn)形式?！刮艺J為這句話很科學。
任何事物的發(fā)展如果不符合客觀規(guī)律，最后都會適得其反。實際上，今天并不是人類第一次討論發(fā)展電動汽車的問題，一百多年前，就已經(jīng)有電動汽車了。
今天電池和電機都有了大幅進步，這是否意味著我們更有理由相信電動汽車的時代正在到來？
電池確實有很大的進步，但是目前最核心的技術(shù)指標還沒有完全突破，我指的主要是電池的能量密度指標。十年前，碳氫燃料的能量密度大約是電池的 44 倍。
經(jīng)過十年來所謂突飛猛進的發(fā)展，電池的單體能量密度從 150Wh/kg 增加到大約 300Wh/kg，實際上目前國內(nèi)大部分電池企業(yè)還做不到 300Wh/kg 的水平，這種進步相當于從 1% 變成 2%，與碳氫燃料對比，電池的能量密度還是非常低的。
電動汽車還有一個優(yōu)勢，就是可以把「排放」轉(zhuǎn)移。發(fā)電過程中產(chǎn)生的排放可以在發(fā)電企業(yè)進行集中處理，而不像燃油車那樣直接排放在城市中，這樣可以部分緩解城市內(nèi)的污染問題。
是的，電動汽車可以把排放轉(zhuǎn)移到城市外面去。但是，電動汽車也有很多缺點現(xiàn)在還不能克服。例如電池既「怕冷」又「怕熱」，適合電動汽車工作的環(huán)境溫度是 15-35 度，在太冷或太熱的區(qū)域使用都會有問題。
如果在哈爾濱用電動汽車，雖然它能夠降低排放，但是天氣一冷就用不了了，因為電池受溫度影響太大。
另外，電動車適合在有限的區(qū)域內(nèi)行駛，比如作為大城市的物流車、出租車等效果都會不錯，有良好的應用前景。但是想去自駕游，續(xù)駛里程就成了大問題。十九大談到，要「不斷滿足人民日益增長的美好生活需要」。
老百姓買車的目的是什么？如果只是為了上下班，特別是在大城市，完全可以用地鐵、公交再加上共享單車的出行方式。買車很大程度上是為了提升生活質(zhì)量，每到節(jié)假日，祖國大地到處都是乘車出行旅游的人，這時候你還敢開電動車出去嗎？
內(nèi)燃機長時間還將支配移動動力
電動汽車應該發(fā)展，因為那代表著產(chǎn)業(yè)的未來，而且我們希望電動汽車全生命周期的碳排放能夠降到很低，但是這個目標短期內(nèi)還達不到。
同時我們也不能放棄內(nèi)燃機行業(yè)，因為這是當下的生存之本。如果生存問題都解決不了，又靠什么來支撐到未來呢？更何況內(nèi)燃機技術(shù)還有很大的潛力可挖。
現(xiàn)在不應該是泄氣的時候，而應該是鼓勁的時候。在相當長的時間內(nèi)，內(nèi)燃機仍將在移動式動力裝置中占有支配地位。
2020 年以后，混合動力技術(shù)會有很大發(fā)展?；旌蟿恿夹g(shù)不是一成不變的，內(nèi)燃機部分在不斷進步，電氣部分也在不斷進步。面向?qū)砣遮厙揽恋挠秃姆ㄒ?guī)，混合動力技術(shù)一定會大量應用。
同時，隨著材料、摩擦潤滑等技術(shù)的進步，加上新的結(jié)構(gòu)設計，到 2030 年左右，使內(nèi)燃機熱效率達到 60% 的技術(shù)就會被提上日程，而且這個目標完全有可能實現(xiàn)。
發(fā)動機和純電動彼此之間既有競爭，更有合作，混合動力就是兩者合作的產(chǎn)物。無論是插電式混合動力，還是增程式電動車，也無論是輕混技術(shù)，還是中混、重混技術(shù)，都是發(fā)動機和電池、電機的有效組合。只有有效發(fā)揮兩者的優(yōu)點，才能讓汽車動力總成的效率大幅提升。
▲Mercedes Benz V12 Engine
部分資料來源：厚勢（ID：iHoushi）
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