现在柴油机的发展趋势

0汽油机和柴油机的技术现状、发展趋势车辆09-21•柴油机现状与发展•汽油机现状与发展•未来燃油和动力系统技术发展战略报告内容23国内外柴油机的技术现状•（一）共轨与四气门技术•国外柴油机目前一般采用共轨新技术、四气门技术和涡轮增压中冷技术相结合，使发动机在性能和排放限值方面取得较好的成效，能满足欧3排放限值法规的要求。共轨（燃油压力的产生于燃油喷射分离开）•四气门结构（二进气二排气）不仅可以提高充气效率，更由于喷油嘴可以居中布置，使多孔油束均匀分布，可为燃油和空气的良好混合创造条件；同时，可以在四气门缸盖上将进气道设计成两个独立的具有为同形状的结构，以实现可变涡流。这些因素的协调配合，可大大提高混合气的形成质量（品质），有效降低碳烟颗粒、HC和NOX排放并提高热效率。4•（二）高压喷射和电控喷射技术•高压喷射和电控喷射技术是目前国外降低柴油机排放的重要措施之一，高压喷射和电控喷射技术的有效采用，可使燃油充分雾化，各缸的燃油和空气混合达到最佳，从而降低排放，提高整机（车）性能。5•（三）增压中冷技术•采用涡轮增压增加柴油机的空气量，提高燃烧的过量空气因数是降低大负荷工况排气烟度、PM（微粒排放量）排放量以及燃油消耗的有效措施。有效的空--空中冷系统，可使增压空气温度下降到50℃以下，工作循环温度的下降有助于NOX的低排放和PM的下降，故目前重型车用柴油机都普遍是增压中冷型，不仅有助于低排放而且燃油经济性良好。此外，涡轮前排气旁通阀的应用，不仅能降低PM和CO排放，还可以改善涡轮增压柴油机的瞬态性能和低速扭矩。6•（四）排气再循环（EGR）技术的应用•EGR是目前发达国家先进内燃机中普遍采用的技术，其工作原理是将少量废气引入气缸内，这种不可再燃烧的CO2及水蒸汽废气的热容量较大，能使燃烧过程的着火延迟期增加，燃烧速率变慢，缸内最高燃烧温度下降，破坏NOX的生成条件。EGR技术可使机动车NOX排放明显降低，但对重型车用柴油机而言，目前倾向于使用中冷EGR技术，因为其不仅能明显降低NOX，还能保持其他污染物的低水平。7•（五）后处理技术•柴油机后处理的目标是进一步改善PM和NOX的排放。目前主要采用加装氧化型催化转化器和研究开发NOX催化转化器以及具有良好再生能力的微粒捕集器。8•6)降低机油消耗•柴油机排放的颗粒物中，有相当一部分来自馏分较重的机油的燃烧。为了满足日益严格的柴油机（车）排放限值标准的要求，必须把来自机油的燃烧降至最低限度，即在保证发动机正常运转的前提下，最大限度地减少机油的消耗。为了降低柴油机的机油消耗，活塞环的优化设计和制造及缸套间的科学配置非常重要。•9现代柴油机的优势–动力性能表现优异增压直喷柴油机和汽油机动力性能比较10增压直喷柴油机和新型直喷汽油机性能比较高尔夫2.0FSI高尔夫2.0TDI发动机直列4缸直喷汽油机直列4缸增压直喷柴油机功率110kW/6000rpm103kW/4000rpm扭矩(Nm)200Nm/3500rpm320Nm/1750rpm加速性能0-80km/h6.1s6.3s0-100km/h8.9s9.1s0-120km/h12.6s12.9s0-130km/h14.9s15.1s加速弹性60-100km/h7.4/9.3s5.8/8.5s80-120km/h10.1/13.2s8.5/-s现代柴油机的优势–提供更多驾驶乐趣大众高尔夫V柴油机表现出更加出色的动态加速性能，其60~100km/h加速弹性比同级汽油机高15%左右。信息来源:AutoMotorundSport11增压直喷柴油机和新型直喷汽油机油耗比较现代柴油机的优势–经济节能大众高尔夫V信息来源:AutoMotorundSport7.810.64.85.95.97.6024681012城市郊区综合2.0TDI2.0FSI-22%-19%-26%12现代柴油机的优势-有益环保颗粒排放[g/km]00,10,20,30,40,519901995200020052010-93%欧1*欧4欧3*欧2*)采用新欧洲驾试循环欧0排放限值欧洲柴油轿车排放标准的发展-颗粒排放限值13从能源开采到应用全过程中柴油机所产生的潜在的温室效应气体比汽油机少33％开采运输生产过程销售环节应用消耗现代柴油机的优势-温室气体排放少14柴油发动机技术发展方向•2气门•泵喷嘴•EGR冷却控制•可变进气截面涡轮增压器•4气门•第二代泵喷嘴•电控执行装置•铝质材料•第三代泵喷嘴•多孔式喷油器•新型传感器•可变涡流进气•电控可变气门机构•第四代泵喷嘴•几何结构可变的喷油器•智能进气管理•多程进气增压控制200115柴油机技术的发展-涡轮增压直喷燃烧系统涡流式进气道活塞顶燃烧室五孔喷油嘴16柴油机技术的发展-高压燃油喷射系统共轨系统泵喷嘴分配泵信息来源:Bosch17•提高效率•改善发动机适应性•提高发动机功率•改善低速性能•降低油耗柴油机技术发展-可变进气截面涡轮增压器18欧3欧4颗粒排放(g/km)0,050,040,030,020,01000,10,20,30,40,50,6NOx+HC排放(g/km)采用效率65%的NOx催化转换器(当前的技术尚无法实现)方法1采用效率95%的颗粒捕集器基准车型柴油机技术发展-废气后处理技术19欧3欧4颗粒排放(g/km)0,050,040,030,020,01000,10,20,30,40,50,6NOx+HC排放(g/km)采用效率95%的颗粒捕集器系统的再生会导致油耗增加NOx:颗粒10:1NOx:颗粒10:1采用效率80%的NOx催化转换器EGRetc.方法2基准车型柴油机技术发展-废气后处理技术20氧化催化器NOx催化器颗粒捕集器温度传感器EDCp-传感器NOx-传感器-传感器大众汽车公司柴油发动机废气后处理技术21•密耦合氧化催化转化器•颗粒捕集器•低硫燃油•可连续再生的颗粒捕集器•去除NOx的催化转换装置•无硫燃油•可连续再生的密耦合颗粒捕集器•合成燃料2001废气后处理技术发展策略2223国外汽油机技术现状•1．多气门技术：每缸3-5个气门（大多为4气门），可提高功率，改善燃烧质量，如捷达王5气门、丰田8A4气门等。•2．双顶置凸轮轴（D.HC）可提高转速、提升可靠性。•3．可变气门正时（VVT）：根据不同转速调节气门时，可节省燃油，改善排放，如本田VTEC、丰田VVT-i等。24•4．汽油机增压：可提高升功率，在排量不变的情况下，可提高功率，如帕萨特1.8T轿车。•5．可变进气道长度（VIM）：在不同转速下使用不同进气道长度，保证在任何工况下都有较好的充气效率，如奥迪A6。•6．停缸技术：在输出功率减小时，使一部分气缸停止工作，可节省燃油，如通用开拓者EXT2005款有8个气缸，需要时可使4个气缸一停止工作。25•7．全铝发动机：使用铝缸体、缸盖、活塞等，可减小质量，节省燃油，如日本铃木1.3L、1.4L汽油机。•8．智能驱动气门（SVA）：取代传统凸轮轴，每一个气门挺杆上有一个独立的驱动器，可以减少20%油耗及污染物，如：法国法雷奥公司已设计出样机，2009年可大批量投产。•9．可变压缩比汽油机：将传输功率与压缩比控制功能进行整合，压缩比可变。2005年法国MCE-5公司己开发出样机。26•10．汽油机直喷（GDI）和稀薄燃烧技术：将高压汽油直接喷射到气缸内，周围为稀薄混合气，实现分层燃烧，可提高燃料经济性，节油约20%，如丰田皇．冠3.0LV6汽油机（国产皇冠无GDI技术）。•11．可控燃烧速率系统（CBR）：两个进气道，有一个是切向进气的，另一个是中性的。喷油器向两个进气道喷入等量的燃油。改变进气口封闭控制阀的位置，可调节气缸内空气涡流强度和混合气浓度，实现稀薄燃烧；27国内汽油机的技术现状•在技术应用方面，大多数引进机型和合资企业生产的机型都采用一些国外先进技术。•1、东风本田，北京现代，奇瑞SQR372（0.8L）、SQR481Q（1.6L），神龙公司爱丽舍（1.6L）等都使用多气门和DOHC技术•2、花冠、皇冠汽油机，东风日产，北京现代等生产的汽油机型都引进可变气门技术（VTEC、VVT-i、CVVT等•3、国内引进的已投产机型中已有不少机型采用涡轮增压技术•4、停缸技术、智能气门、可变压缩比等技术尚未在国内生产的汽油机中采用。28•5、发动机电喷管理系统（EMS）国内主要有联合电子有限公司、北京万源德尔福发动机管理系统公司，分别是中方与德国BOSCH公司和中方与美国德尔福公司的合资企业。同时，还有马瑞利、电装和摩托罗拉等企业生产。•6、汽油机电喷系统中传感器、电控喷油泵等国内己批量生产；汽油机排气系统中三效催化转化器及陶瓷芯等，国内己批量生产。29汽油机发展趋势•a.汽油直喷技术。开发车用具有汽油机优点同时具有柴油机部分负荷高燃油经济性优点的发动机是主要的研究目标。•b.电动气门与无凸轮发动机。发动机可变气门正时技术(VariableValveTiming,VVT)是针对在常规车用发动机中,因气门定时固定不变而导致发动机某些重要性能在整个运行范围内不能很好的满足需要而提出的。•c.燃烧方式的混合。传统的火花点火发动机的燃烧过程在火焰传播中，火焰前锋的温度比未燃混合气高很多。所以这种燃烧过程虽然混合气时均匀的，但是温度分布仍是不均匀，局部的高温会导致在火焰经过的区域形成NOx。混合燃烧有效的解决了此问题30内燃式发动机的发展前景进气歧管多点喷射涡流室喷射直接喷射缸壁导向直接喷射汽油发动机柴油发动机复合式燃烧系统31未来燃油与动力系统技术发展战略动力系统燃料资源矿物油可再生资源柴油汽油可再生生物资源阳光燃油复合式燃烧系统天然气,煤柴油,液化气，合成油中度混合动力TDI,FSI燃料电池TDI,FSI氢