潍柴动力股份有限公司副总裁 佟德辉：优化动力总成，提升整车性能

　　尊敬的叶秘书长、尊敬的各位领导、各位专家，大家下午好！根据大会安排，我来介绍一下优化动力总成、提升整车性能，有一点班门弄斧，大家知道，潍柴主要是做发动机的，我也是学发动机的，我今天汇报的内容有不少来自于汽车技术，来自于汽车原理，这个我们没学过，但是在汽车专业是基础课。所以有些地方的理解不一定正确，请大家一起探讨。

　　我的介绍一共分三部分。

　　第一部分是关于排放法规的发展趋势，这个有一点落俗套，我们的内燃机报告里面第一章、第一部分大部分都是讲这个。因为在过去十几年我们内燃机发展主要是以排放法规为驱动力的。我今天讲的稍微有一点不同。

　　从国一到国六排放限值的情况可以看到国一到国六微粒已经非常小了，从面积上来算，应该说二十年了排放降低了99.9%，这是重型柴油车的标准，所以在重型车辆行业，刚才福田的宋总说，现在90%的排放来自重卡，但是我们过去二十年，我们把排放已经降低了99.9%。当然现在国六还没开始，到国六会降到原来的千分之一。所以我们在这一块做了大量的工作，也收到了明显的效果。

　　为了降低排放我们付出的代价又是多少呢？从国一到国二没花多少钱就大幅度降低了，但是这样的降低以后永远不会达到了。然后再往下就是难度越来越大，花钱越来越多，整个来看目前可能到国六的时候排放已经非常低了，但是花钱非常多，所以从管理费来讲这是明显的边际效应递减的规律。

　　从各部法规来看也体现了一点，前面降排放基本上是限值的变化，现在逐步转到了油耗或二氧化碳。降二氧化碳可能是下一步的目标，实际上二氧化碳在我们来看基本上就是这样，如果还是用柴油的话，它是成正比的。所以提升整车性能到底是提什么？从法规来讲，从驱动来讲，前些年可能主要是降排放，下一步排放还是要降，可能是降二氧化碳，主要是提升经济性。

　　 第二部分讲一讲我们通过动力总成这一块的几个优化。

　　第一，转速的优化。这是内燃机的基础课，一个PV图，发动机的一个循环、压缩、膨胀，理论上转一圈的面积就是所做的功，这是理想的状态，有人说你这是拿着汽油机来讲柴油机，实际上讲原理的时候，这个是作为汽油机的循环来展现的，但实际上这只是一个理想的、效率最高的燃烧模式，无论汽柴油。它如果能实现这个模式是最理想的。但实际上理想的状态是实现不了的，主要有两个问题，首先它一般不会准时，都会提前或滞后。另一方面它不可能一下子烧完，所以它有一个逐步的活塞下行和燃烧的过程，所以就产生了活塞燃烧时期的问题使它的面积减少了。所以我们同样的油达不到同样的功就是这样的问题。我们的降能耗实际上就是减少这两块面积，把这两块面积减得越小，油耗就越低。

　　燃烧放热率的理想曲线状态应该是在这个点一下子烧，实际上是做不到的，这是一个典型的重型柴油机的燃烧，所以它的燃烧会提前一点，另外我们也不可能把它做到理想状态，但是它跟理想状态的差别有两个方向可以优化，第一就是燃烧持续速率短，越快越好，不能一下烧完，但是可以尽快地烧完。第二就是你不可能在上止点烧完，那么你的放热率的重心尽量要靠近上止点，这两个方向都是省油的方向。所以也就是说我们要省油，做到这两点最关键的就是燃烧速率越快越好，快了上止点就短了，而且快了以后还可以尽量把它靠近上止点。实际上就是提高效率。

　　提高效率有几个途径，第一是降低转速可以有效提高燃烧速率。我们讲的燃烧速率是从角度来算的，燃烧角度一样的话，燃烧品质是一样的。当转速低的时候，同样的时间角度就省了。所以这是一个低速化很大的一个原因，就是低速了以后可以更快地燃烧。实际上它的燃烧速度按秒来算，按微秒来算并没有加快，但是按角度来看它的转速和时间成反比。

　　第二是降低转速以后可以明显提升机械效率，各种摩擦损失等等随着转速下降会减少，它的燃烧持续效率会提高，机械效率也在提高。

　　但是也有一些问题，不是越低越好，转速太低了以后燃烧的进气系统会下降，会造成燃烧效率的下降。不是说越低越快，低到一定程度就快不起来了。还有一个是转速低了功率会下降，需要更大排量的发动机才能满足要求。所以实际上排量大了以后机械效率会受到一些影响。

　　但是现在有一些技术，比如共轨、变截面和双增压技术可以提升低速性能，现在的新技术使发动机低速化应该说更容易实现。所以总的来说，从转速来讲就是在一定范围内降低转速可以降低油耗。

　　还可以关注万有特性曲线，他展现了发动机在各种工况下的油耗，是一个等级曲线。从这里来看，发动机在不同的工况下油耗是不同的，这个也就为我们优化匹配提供了可能，如果发动机在每个工况下都一样就不存在优化匹配了，但实际上有些地方油耗低，有些地方油耗高，优化匹配的主要依据就是尽量使发动机工作在低油耗区。

　　我们画了万有特性曲线，除此之外还有一个等功率曲线，一个转速、一个扭矩性、一个功率，可以将它算出来，一开始我们没有发现，后来做成PG以后发现这个很重要，因为我们真正给车提供是工具，对一个车型一定的工况来讲，在这条线上的任何一个点都可以匹配。当然这个曲线怎么决定这个点，跟传动等级有关。4.38是当时我们开始引进的时候一个最主流的一个传动比，虽然机械发动机油耗点很低，180几克，但是在这个点我们接近了220克，如果这个点正是跑在85公里的时候，在高速上跑，原来4.38数比比较高，现在换成3.083这样的速比，它的油耗只有192，整个降了20克。所以通过简单的换一个速比，换一个芯，油耗就能降10%。所以这个是我们通过动力总成的优化匹配，应该说降油耗的空间是非常大的。

　　那么转速多少合适？可以用特定的公式来计算，这个公式来自于汽车原理，我们原来搞发动机一直不研究汽车，所以我们总是搞不清楚我们发动机在路上跑的时候85公里的时候车速是多少，转速是多少。实际上这个公式是一个汽车原理的公式，它是通过转速推出了车速。我们搞发动机的可能更关注在车速下的转速是多少，在优化匹配的时候可能我们更关心的就是传动比，在你找到你的最佳的转速和最长的车速，传动比多少合适。

　　按照刚才那辆车的发动机来算，1350转是比较好的转速，它的车速大概是85公里的时候传动比是3.066。所以前面之所以选择3.083是因为算了一下，应该还是3.066，我们产品系列是一个3.083的，所以只要这么简单的一计算就可以知道我们的油耗怎么降，一下降10%。大家可能花不少钱去买一个动力匹配的软件，其实最核心的公式就是这一个，一开始动力匹配的时候我们就是拿手机算。

　　我们实测数据显示，这个速比比3.083还要少一些，传动比是3.42，我们的传动比大，所以我们油耗高。于是我们换了一个传动比，换到3，马上就移到左边了的最佳区域了。所以通过这么一个小的调整，当时把百公里油耗降了好几升。所以转速的优化实际上通过传统计算还是比较有效的。

　　发动机除了转速还有扭矩，所以下面我们讨论一下扭矩优化。扭矩也是有这种相应的公式，一个是传动的，一个是动力的，它两个作用力与反作用力形成这么几个主力矩。实际上它车用汽车在路上主要是两个阻力，一个是迎风阻力，一个是滚动阻力。这是以我们国内常用牵引车来计算的，以55吨重的总重，随着车速横坐标车速从0到100可以看到滚动阻力和迎风阻力都在增加，但是滚动阻力是占比较大的比重，风阻占的比重要小得多。

　　美国康明斯在做超级卡车计划的时候做了一些实测数据，它是在高速公路上做的分析是按能耗来算的。从这来看，在它测的数据中，滚动阻力占能耗的13%到16%，迎风阻力占15%到22%，跟我们的结果是相反的。我们算的车的滚动阻力比风阻要大不少，但是它是在高速公路上实测的，风阻大于滚动阻力。实际上这是因为我们中美的情况不同，中国的车总重55吨，美国的车36吨，比我们轻得多。它是2040美国吨，按照2000贸易吨来算的，36.2吨是它的总重，所以它的车比较轻。另外美国的车速比我们要快，车速快风阻就偏大，重量轻滚动阻力就小。所以它在美国的情况和中国完全不同。

　　美国有四个团队在做超级卡车计划，现在中美合作也在做，但是在中国和美国情况不同。因为车况和路况都不一样，所以超级卡车的措施可能在中美不一样。把美国的经验简单地复制到中国可能是不合适的。

　　从总重和功率的需求来看。总重从零开始，0也是有功率需求的，是风阻。往上到一百，车速从0到100，可以看到是逐步增加，随着总重的增高和车速的增高对于功率的需求在增加。这是我们现在在高速上比较常用的功耗，总重55吨，车速85公里，它的功率需求是120千瓦，比我们实际的要小得多。因为它只是考虑在平路上跑，没有考虑加速和上坡。这是我们的一百吨，以前的状况，超载，但是车速慢一些是60公里，这是前些年我们比较常见的工况。实际上，它的功率只有100多千瓦。所以车速实际上对功率的影响比重量要大。所以一开始我们高速限载严的时候，我们也在担心潍柴的发动机动力性比较好，排量大，一限载以后是不是不需要这么大排量了？后来发现一限载以后我们的排量不够了，原来10升级不够了，12升级也不太够。所以车速上去以后它对于动力的需求大幅度提升，虽然总重降了，降下来的重量影响没有车速大。

　　另外汽车的运行过程当中转速的计算是比较对的，这个完全有正比关系。但是扭矩不是完全和刚才画的等功率线一样，它是一个动态的，车在跑的时候它的发动机转速是很稳的，因为车的关联比较大，不会在瞬间加速减速很明显，所以它的转速比较稳。后来我在分析路况和实测数据的时候发现扭矩迅速变化，基本上一直是在外特性和空车上来回跳。（PPT）这是实采的数据，这部分是空车，这部分是外特性，占很大比例，其他工况占比比较小。我就问司机说你这个油门踏板怎么这么不稳？要么是踩到底要么空车？他说不是，我的踏板没动。分析踏板数据确实没有动，但是发动机扭矩一直在上下跳。这是因为我们发动机车机的话以前机械泵就是两级调速器，现在我们用了杠杆还是源于两级调速，所以踏板位置相当于设定车速，如果是完全平的路就是匀速在跑，如果稍微有点坡就会训练加大扭矩的外特性保证转速不下降，但是转速稍微一稳一提升马上就会掉到空载。所以车是很匀速的跑，扭矩在两边跳，这是比较常见的一种踏板特性。所以这个特性实际上驾驶性很好，司机感觉车很稳，油门踩到了这个位置车速比较稳定，稍微有点坡都没有大的波动。但是整个来说，真正跑的时候，发动机实际上画了这么多圈外的特性，中间很少用，用两头，要么空车，要么顶上。所以整车在优化的时候外特性的优化是非常关键的，就算你很轻没有装东西也是这么跳，车重了以后外特性的比例大，中间的比例小。

　　这时候我们也可以采取一些措施，潍柴有一个多态开关，我们可以强制的把它压下来，因为我们的外特性油耗并不是很好，真正好的在这里所我们加了一个开关，当你感觉动力性比较好也不需要上大坡的时候，你把开关打到这儿就可以压下来一点。这里涉及到两个宏，操作比较复杂，我们可以通过优化踏板特性，优化两级，尽量使它工作在比较好的区域。

　　另外刚才看了3083这个效果是比较好的，油耗最低，但是这是在最高档的时候，如果减一档油耗就大幅升高了，减两档油耗会非常高，减了档油耗的速比会大幅增加。所以低速扭矩非常重要。这些动力性的要求，基本上在中国应该说是85%公里的车速的时候达到1.5%的坡度，这个动力性就能满足要求。

　　还有排量的变化趋势动力是通过排量保证的。排量有很多因素影响，第一是排放法规的影响，（PPT）这是ESC，我们国三到国五的时候排放的循环，实际上控制的就是从A到C的转速，最低到1200转，1200转以下实际上它的排放是不控制的。当然控制排放降氮氧以后油耗会升高。所以大家发现这里有一个漏洞，在国三到国五的时候如果你把转速控制在A以下排放是不受限制的，这里可以降油耗。所以大家前面强调低速化，有时候并不完全是为了机械效率和燃油效率，有时候是为了规避排放法规。实际上这个在欧洲是比较普遍的。所以欧洲的标准也在变化，到欧六开始选择了WLTC，把转速大幅下降了。实际上最高转速低了，它的转速宽了，最高转速还低了，因为高转速没人用，把最低的转速大幅的下移，使漏洞大幅的减少。

　　在ESC下，如果你在85公里的时候你的转速能够低于1200，这个运行过程是不太受排放法规控制的，这样它的油耗是可以大幅度下降的。这里要求速比是要小于2.9。如果这样做，中国的运行工况要求扭矩要大于2400，排量12升以上。在欧洲扭矩要大于2500，排量12.5以上。所以为什么从欧三开始欧洲的重卡排量普遍从12升提到了13升，在欧三开始他们用了电控，可以控制。电控用机械泵是实现不了的，所以在欧三的时候比较整齐划一的大家把排量从12升提到了13升。

　　WHSC就有两个办法，第一是想继续规避，难度较大，要求85公里的时候转速低于900。这个后桥速比小于2.1，这个算是最大扭矩要大于3000，发动机排量要大于15升。如果发动机排量大于15升的话，是可以避开WHSC的排放控制。当然15升的排放太大了，成本也比较高，如果不规避的话，老老实实去执行排放法规，你就没必要把转速弄那么低。比如说你后桥速比就可以大于3了。然后扭矩实际上大于2000、2100就不错了，这个排量11升就可以。所以你会看到在欧六开始的时候欧洲出了不少11升排量的发动机，原来13升掉到了11升。所以它就是老老实实执行排放了。当然随着大众事件出来以后，RDE，就是我们现在用整车排放现在开始执行，国内马上也要执行了。执行RDE以后排放期是很难避开的。

　　在RDE下排量应该怎么定？它没有像原来那么好整齐划一，刚才说11升就可以，多大都行，但是如果从油耗下降还是一个低速化，低速到多少合适？其实1000转70公里，这是我们感觉比较合适的一个速比，这样的速比在2.85左右。如果按总重55吨的话，2500多米12.5升，所以发动机的排量13升是比较合适的。

　　当然还有一些特殊情况，现在新能源大家可能比较关注，但是在重型商用车里，新能源可能推的不一定很快，但是混合动力会逐步成熟，混合动力会使排量减少。还有刚刚提到自动驾驶技术，实际上现在排量这么大并不一定需要这么大，而还有一个情绪化的需求，司机一看没有油门他着急，但是自动驾驶以后情绪化的要求降低了，排量也会相对减少。

　　最后还有一些客户的需求，潍柴是一个客户导向的企业，所以我们以客户满意为宗旨，我们一直在做一些调研，客户需求哪一些方面，整个感觉我们认为在重型商用车的话客户最关注的应该是可靠性，所以大家看到我们下面的内燃机可靠性国家重点实验室，我们也是关注这方面的研究。在可靠性方面应该说我们感觉有几个方面。

　　第一是可靠性应该是客户的第一需求，第二是可靠性现在主要考虑的是寿命，现在导致发动机报废的主要原因是磨损，也就是正常运行不会说最终跑几万公里几百万公里发生断裂，所以是磨损，磨损主要跟发动机转速有关，转一次磨损一次，转速降下来磨损就减轻，所以降低发动机的转速也是延长发动机寿命的关键途径，不光降油耗，低转速就会长寿命。所以美国的车那么轻，又15升那么大排量，它的寿命长。所以从这方面考虑，从油耗来讲13升比较合适，从寿命来讲如果一些长寿命需求的可能会需要更大排量。比如在中国应该说15升发动机也会有一定的需求。但是应该主流还是在13升。

　　我就汇报到这里，谢谢各位！