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内燃叉车不只有眼前的苟且还有诗和远方

中叉网I叉车网2019-03-14 09:48:00

  由高晓松作词曲、许巍演唱的歌曲《生活不止眼前的苟且》犹如豆浆与油条如期而遇,佳句天成,一曲入魂。

  行业目前对电动车欢呼一片,是否内燃叉车真就走到了穷途末路吗?不对,它们未来10年的地位仍旧无法撼动。

  许多朋友认为未来纯电动车必然成为汽车行业的最佳终结者。可目前的汽车集团巨头们还没有一个放弃了对于内燃机的开发与改进,不论是戴姆勒、BMW、PSA,还是FCA、丰田、本田、日产、GM等都在不遗余力的继续着给汽车用内燃机带来更多的可能性与希望。

  传统内燃车在节能方面到底还有多大的空间?能耗的进一步降低要依靠哪些领域的优化?深度思考之下,中国叉车还将有哪些可行的发展路径?

  从整车能量流的来看,目前传统的发动机燃油产生的能量最终传递到PTO油泵与车轮实现驱动的能量仅占15%,由此来看,内燃车节能的空间是非常大的。综合了国内外专刊杂志的结论:目前传统燃油车的节能潜力还有40%以上。

  通过在诸多技术层面的持续发力,当内燃机进入到热效率50%甚至以上的年代时,相比纯电动车终结一切的论点可能就需要推敲推敲正确与否了(虽然内燃叉车普遍43%左右的热效率相比纯电动车的电动机动辄85%以上深受非对称因素的打击,但作为发电用的煤燃烧效率就不高(传统电厂燃煤发电的能源利用率在30%多,高效超临界机组的能源利用率是40%-44%),燃气轮机的效率,然后电能转化率,然后输电损耗,最终估计只有25%吧)。再考虑到电动车自身的效率,叠加后的热效率与内燃车相比显然不占优势。因此,说到底热效率对于内燃车来说就是它的一切。热效率提升的同时不仅燃料消耗率明显降低,同时排放也将更低,排放是关键。

  在北美等一些发达国家和地区,柴油发动机的排放要求已经升级到了Tier4标准,远比国内的高得多。所以,在这些地区,一些技术和科研机构不断的朝向提升燃油效率而努力,来改善柴油发动机的热工作效能。

  作为柴油发动机生产企业,都在不断寻求提高生产率,提高可靠性和降低运营成本的技术和方法,同时还能满足严格的排放法规。

  目前,柴油发动机的热效率大约是40%到45%,美国能源署(DOE)设定了55%的目标,到2020年年末,这一目标将有可能实现,新技术不仅提高了柴油发动机的工作效率,而且还能够商业化。有以下五点技术,有可能在未来会影响到发动机的热效率和经济性。

  一、发动机小型化

  小型化指降低发动机的排量,但是输出功率不变。排量降低的目标是超过10%,换算成提高燃油效率提高1%至4%,小型化发动机更适合应用于较小的非公路设备上,在某些设备中,降速控制也是一种可能,以实现效率的提高。例如,只要把发动机的转速下降200转,就可能带来1%至3%的燃料经济性的改善。

  增加缸压是另一个可行的做法,但这要求燃料的压缩比将同步提高,且缸体缸盖的强度也将增大。目前,技术研究方向已经超向新材料的方向而努力,石墨铸铁是一种较新的材料,可以提供较强的受压能力,和较轻的重量。

  第三个研究方向是缸内的燃料喷射和空气混合。燃料压力不断增加,改善燃料输送和燃烧,这会带来更高的性能和减少排放。

  二、余热回收

  废热转换和余热回收是另外的一个研究方向。大约50%的发动机产生的能量是废热,而这其中又有一半的热能被浪费(即总能量的25%)。从这个角度来看,余热回收可利用的空间极大,目前该技术被大量应用于发电机组的冷热电联供项目上。

  目前能量回收有两个主要的方法:直接和间接。直接法通过使用热电发电机(TEG)把废热转换为电能。TEG的工作原理是:暴露于高温中的不同金属之间产生电压,这类似于一个热电偶会产生电能。最终,TEG所产生的电力可以作用于发动机曲轴,从而弥补发动机内部机械传动消耗的动力,如还有多余的电力可以储存起来用于他处。

  间接方法中最常见的是兰金循环,原理是使用废热来产生蒸汽,再利用蒸汽带来的动能发电,预计到2020年,这种装置将提高燃油效率超过7.5%。

  三、可变气门技术

  可变气门驱动(VVA)是一个类似于汽车发动机上的技术,更多的应用于大型柴油发动机上。与其他技术如断缸,可变气门技术可以更轻易的实现增大燃油效率,提高低转速下的扭矩输出。目前,这一技术正在被重点研究。

  四、闭环燃烧控制

  闭环燃烧控制的概念是实时监控整个燃烧的过程。这要求从燃料注入就开始控制,包括燃料注入的策略,缸内压力的调整等。有数据表明:闭环控制可以比传统意义上的开环控制提高2%-4%的燃烧效率。然而,闭环控制带来的是系统复杂性的增加,这会带来稳定性的隐患,还意味着成本的增加。不过,闭环控制技术已经在汽车发动机上很好的证明其效果,因此,未来,重型柴油发动机技术方向上,这势必也是一个无法绕过的方向。

  五、替代能源技术

  以汽车排放洁净化、燃料消耗节约化、能源品种多元化为特征的各种汽车技术的出现,正在深刻影响行业和经济的发展。目前可以影响叉车行业的替代能源主要有液化气、天然气、甲醇等清洁能源产品,这些替代能源叉车将从尾气排放上终结内燃柴油车黑烟滚滚的印象。一般的认知是汽油叉车的尾气PM2.5数值(也就是黑烟、烟度值、不透光系数等多种称谓)只有柴油叉车的2.5%,液化气叉车只有柴油叉车的1%,甲醇及天然气叉车只有柴油叉车的5‰,尾气排放即便不做处理,在烟度值上面是相当的干净,相当于现有国三叉车在尾气排放上面加上了一个主动再生DPF的烟度净化器产品结果。此类替代能源叉车在尾气排放要求严格的城市,如北上广深等地有着极为实用的推广意义。

  以美国、欧洲、日本、巴西为例,这些国家和地区都想降低交通能源对石油的依赖,虽然技术路线有所不同、具体做法有所差异,但都把“节能”放在了首要位置。大方向相同,是因为都面临交通能源的选择利用与环境改善的关系问题;侧重点不同,是因为各自的资源禀赋、产业结构以及能源品种的来源和比例不同。

  应该说,各国在制定交通能源替代发展战略时会更符合自身的资源条件,且和本地经济发展紧密相关。比如,美国发展乙醇结合了解决本国农产品低价销售的问题,巴西发展乙醇是为了解决甘蔗的生产和消纳,虽然都在发展乙醇,但着眼点不同;日本是个资源匮乏的国家,因此把提高汽车燃油经济性作为首选,同时推进生物乙醇、生物甲醇的应用,促进电动汽车和燃料电池汽车的发展,把重点放在技术提高上;而欧洲的汽车市场和燃料市场相对稳定,因此选择了对燃料增量需求不高的生物柴油路线。

  煤炭是我国的主体能源,占我国能源消费总量比重的66%~70%,煤炭的节能减排就是实现煤炭的高效和洁净利用。推进我国能源生产和消费革命,就必须走煤炭清洁、高效、综合利用之路。煤炭和动力系统中的内燃机如何实现统筹兼顾?甲醇替代恰恰能很好地解决这个问题,这是我们考虑甲醇替代的基本出发点。

  生产甲醇的原料来源非常广,除了煤和天然气外,垃圾、高硫煤、煤层气、焦炉气、生物质、二氧化碳加氢等都可以生产甲醇,而且技术较成熟。所以说甲醇是清洁能源,而且不仅仅局限于燃烧后的排放清洁。合肥宝发动力着眼于替代能源动力产品的开发,也是着眼于未来排放及产品经济性的长远规划。

  以上这些技术,只是在日趋严苛的排放法规下催生出来的一系列技术,未来,相信全球排放要求会越来越严苛,内燃叉车的燃烧效率和替代能源技术无论到何时都是一个技术发展方向,所以在不远的未来,发动机的燃烧效率和经济性定会越来越高。

  说了这么多内燃叉车未来的机会,当然也不能否认如果改变了以煤等化石能源为主的能源转化结构前提下,纯电动叉车还是未来的真命天子这个事实。但基于内燃车发动机技术水平的提高,传统内燃叉车在未来10到15年甚至更长时间内还会是市场的中流砥柱。


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