内燃机真的大势已去了吗

如题所述

内燃机大势已去没有争议——内燃机的普及是「历史性错误」燃油动力汽车电力驱动汽车

拥有这两种动力系统的汽车在同一时期很受欢迎,但它们的命运完全不同。电动车在一百多年前就受到高端消费者的青睐,而内外燃汽车则主要作为工业生产用车。可以说电动汽车是最理想的家庭用车,那么为什么最终会被燃油车取代呢?

NVH-电动汽车核心优势1

电动汽车的普及有两个历史上著名的人物,即托马斯·阿尔瓦·爱迪生和亨利·福特。前者是美国历史上最著名的发明家之一,同时也是一位成功的企业家,因为它创建的爱迪生照明公司也有很大的影响力。还有一个关于爱迪生和尼古拉特斯拉的轶事。简而言之,爱迪生作为企业家的“态度”拥有特斯拉的一些发明。但这些内容与电动汽车关系不大,重点是爱迪生的NiFe电池和亨利·福特创造的“福特汽车”的合作。

爱迪生一生致力于电动汽车的研发和推广,这几乎是他下半身的主要话题。之所以这么执着,并不是因为目前电动车主要讨论的【节油减排】。最初的核心因素是电动汽车理想NVH(噪声/振动/声振粗糙度)的性能,与外燃机车、内燃机车相比,几乎是“静音车”。电动汽车使用的发动机是电动机,这台机器的运转依赖于电磁场。以永磁同步电机为例。

电池输送电流到电动机电磁线圈-静音。电磁线圈形成电磁场与永磁体互斥-静音。永磁体带动转子运转输出转矩-准静音。(运行原理参考下图)

在电机能量转换的整个过程中,转子轴承运转时只有轻微的声音,这种“嗡嗡”声就像是将一级方程式赛车的发动机轰鸣声降低了N倍——线性且悦耳。但是,同时期流行的外燃机和内燃机所使用的发动机,并不比配备今天“拖拉机”的柴油机好多少。汽车不再使用外燃发动机(主要是蒸汽机)。这种机器就不讨论了,只是看一下它的特点。

内燃机利用混合汽油在发动机气缸内“爆燃”,利用燃烧和爆炸过程中分子运动产生的驱动力,推动活塞、连杆和曲轴等复杂系统。整个能量转换过程不仅是动态的,而且非常剧烈。分子的剧烈运动必然会与生物体产生共振,振动会引起空气体振动产生声波。所以震动会让驾乘人员感到不舒服,噪音会让听觉系统疲劳、吃力。

内燃机在普及初期的体验其实不如马车理想,所以使用马车的用户自然难以接受。所以擅长“玩电”的爱迪生,想把电机搬到车上,打造一款体验更好、性能比马车NVH更强的机动车。自然,这项发明是成功的,尤其是在NiFe电池即将突破能量密度极限,其与福特T型车的融合即将成功的阶段,电动汽车已经成为汽车工业发展史的未来。然而,这两场战争彻底改变了全球汽车工业的发展方向。

第一次世界大战爆发前,石油开采技术突飞猛进,但使用的汽车并不多。为了让这些能源创造价值,电动汽车必须被压制,于是出现了非常残酷的“竞争”。爱迪生电动汽车工厂的“断水”导致核心技术数据和测试车的燃烧,以及技术研发不可避免的“断档”。然后就是第一次世界大战,电动汽车没能在这个节点上为战场提供车辆,燃油车顺利推动状态。然后是二战、朝鲜战争、越南战争,以及近代围绕石油的局部战争。

因两次战争造就的燃油动力汽车-热效率决定了必然被淘汰

即使经过百年的技术升级,在NVH仍达不到高水平的前提下,内燃机热效率仍普遍低于40%。热效率是指燃烧固定单位燃料所产生的总热能,可转化为机械能(有效功);简而言之,内燃机60%以上的热能被浪费了,这意味着一升油浪费了0.6升,这是一个巨大的浪费。

因此,全球已探明石油储量不足2000亿吨,全球年均消费量超过57亿吨。如果内燃机热效率不升级(不会有突破性进展),石油储能只够全球消费34年左右。不难预测这一阶段不可避免的场景——围绕石油的局部到全面战争。想要避免战争,就需要寻找替代能源,远离这个“是非圈”。

以目前的科技水平可以找到的,可以直接驱动小型发动机的替代能源——只有电能。因为电可以从自然界无限获取,比如三峡水电站,这里的水流不仅在发电,还广泛存在光伏和风力发电、地热能、潮汐能、生物质能和核能等。这些能源可以从宇宙中无限获取,所以电能自然可以无限获取。因此,技术发展方向再次指向电动汽车,车辆的NVH将再次回到高水平,同时节能标准和动力体验也将升级。

电流传输的速度仅次于光速,电动机借助高速电流突然形成电磁场。它的优点是启动第一圈就能产生最大扭矩,这是最好的柴油机或汽油车都做不到的。其次,电机不把热能转化为动能就没有冷却动力损失,而且运行结构简单,运动动力损失很小,所以这台机器的能量转化效率(等于热效率)之比总会超过90%。汽车用电不会给动力系统带来压力,汽车用油总会“枯萎”传统能源。

综上所述,经过100年的历史,汽车最终还是会回到电驱动模式。无论是对于节能减排还是汽车体验,这种升级都将是历史的必然,而本世纪只是工业史上的一次“错误尝试”。

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第1个回答  2023-07-06

——我国内燃机行业发展历史悠久

内燃机行业作为在我国多个领域均有广泛应用的基础设备,至今已有较长的发展历史,目前已经进入了行业成熟的中后期,从上市公司的成立时间来看,内燃机行业上市公司的注册时间均在2010年以前,1990-2000年期间为大部分内燃机代表性企业成立的时间段,在所有的代表性上市企业中,上汽集团是注册资本最高的企业,同时也是成立时间最为悠久的企业。

注:横轴为企业成立年份;竖轴为企业成立月份;气泡大小为企业注册资本

——内燃机企业在我国东部分布更加密集

在国家政策的引导和规划下,在内燃机百余年的发展过程中,我国逐渐形成了完善、成熟的内燃机产业链,内燃机企业在我国各省市均有布局,其中我国东部地区内燃机企业的分布更为密集,西部则以四川和重庆为重点省份。

——内燃机业务企业营收占比及销量差异显著

从上市公司的营收占比来看,全柴动力、云内动力、苏常柴A主要依旧主要以内燃机销售作为主要营收来源,其余企业均有其他板块的业务布局以及营收来源,其中江铃汽车、东风汽车等汽车厂商的内燃机业务主要以自身产品使用为主,在企业营收中占比较极小;从内燃机销量上来看,隆鑫通用与力帆科技为销量领先的企业,主要是主营业务为轻型发动机,市场需求以及产能相对更高导致的。

——细分市场竞争格局迥异

从内燃机细分市场的竞争格局来看,在多缸柴油机市场,潍柴动力和玉柴集团为市场份额两大领先企业,分别占比14.55%和10.96%;在多缸汽油机市场,一汽大众则是相对头部的厂商,市场份额为9.06%。

——多缸柴油机市场集中度更高

从市场集中度来看,2022年多缸柴油机市场集中度总体高于多缸汽油机,其中多缸柴油机市场CR8达到了67.13%。总体而言,我国内燃机行业的市场集中度相对较低,市场竞争较为激烈,主要是汽车头部厂商均积极布局发动机市场导致的。

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国内燃机行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。