国柴油机的现状及发展趋势

1国Ⅲ柴油机的现状及发展趋势玉柴机器股份有限公司陈桂开2008年6月北京2目录一、国3柴油机的现状1.国3柴油机的电控技术高压共轨技术电控单体泵技术电控直列泵技术2.玉柴国3柴油机产品二、国3柴油机发展趋势1.柴油机技术发展趋势2.国4、国5柴油机技术路线3目录一、国3柴油机的现状1.国3柴油机的电控技术高压共轨技术电控单体泵技术电控直列泵技术2.玉柴国3柴油机产品二、国3柴油机发展趋势1.柴油机技术发展趋势2.国4、国5柴油机技术路线4高压共轨燃油系统示意图（博世系统）FIE工作原理带水分离器的预滤器主滤清器带过滤器的油箱高压传感器执行器喷油器轨压传感器EDC7ECU轨CP3.3低压0~1barrel1.2barabs7.4bar1.8bar压差1、低压进油部分－齿轮泵2、持续高压部分－CP3.33、低压回油－润滑、冷却4、ECU输出轨压控制－闭环，PWM5、ECU输出喷油控制－MV高速脉冲6、安全保护－高压泄油5共轨管结构高压传感器RDS4共轨管体共轨管型号铭牌泄压阀DBV4节流孔压入式每缸喷油器一个节流孔压入式每缸一个高压传感器RDS46共轨高压油泵各接口说明1输油泵进油输油泵出油(至滤清器)高压油出口高压油泵回油高压油泵进油油量控制单元7控制器ECUEDC7接插件1（整车功能）接插件2（传感器）接插件3（执行器）8控制器ECU功能（发动机部分）喷油方式控制高达4次喷射（现只用2次）喷油量控制预喷油量自学习控制减速断油控制喷油正时控制主喷正时预喷正时正时补偿轨压控制正常和快速轨压控制轨压建立和超压保护喷油器泄压控制轨压Limphome控制扭矩控制瞬态扭矩加速扭矩低速扭矩补偿最大扭矩控制瞬态冒烟控制增压器保护控制过热保护各缸平衡控制EGR控制辅助起动控制(电机和预热塞)系统状态管理电源管理故障诊断9控制器ECU功能（整车部分）档位计算根据车速和发动机转速计算档位用于挂档怠速控制，改善驾驶性车速计算及输出——供仪表和最高车速限制使用怠速和驱动怠速控制挂档时发动机负载加大，采用驱动怠速控制可以实现分档控制此时PID参数和指令怠速转速均发生变化巡航控制——（需要时开通此功能）防抖(ASD)控制——改善车辆在挂档起步、急加速和急减速过程的平顺性空调控制根据空调负载调节发动机怠速转速根据车辆对动力性的需求和发动机的工作状况对空调压缩机进行开/关控制风扇控制——电风扇驱动控制故障诊断——在线诊断并存储/输出故障码，具有Limp－home功能CAN通讯——整车其它控制器和仪表之间的通讯离合器开关——改善驾驶性制动开关油门合理性判断巡航控制关键使能条件10BOSCH共轨系统传感器表序号名称功能描述1曲轴传感器精确计算曲轴位置，用于喷油时刻和喷油量计算、转速计算2凸轮轴传感器判缸和limphome3进气温度传感器测量进气温度，修正喷油量和喷油正时，过热保护增压压力传感器监测进气压力，调节喷油控制，与进气温度集成在一起。4冷却水温度传感器测量冷却水温度，用于冷起动、目标怠速计算等，同时还用于修正喷油提前角、最大功率保护等5共轨压力传感器测量共轨管中的燃油压力，保证油压控制稳定6油门位置传感器将驾驶员的意图送给控制器ECU7车速传感器提供车速信号给ECU，用于整车驱动控制，由整车提供8大气压力传感器用于校正控制参数，集成在ECU中11油门位置传感器双信号输出；6输出端子，参见下图；质保要求经过资质认证。12柴油预滤器部件带油水分离及水位传感器，流量要求7～9L/min；更换里程10000～12000公里，或200～250小时；初始过滤效率:≥99%低压管路的要求积水杯手油泵13目录一、国3柴油机的现状1.国3柴油机的电控技术高压共轨技术电控单体泵技术电控直列泵技术2.玉柴国3柴油机产品二、国3柴油机发展趋势1.柴油机技术发展趋势2.国4、国5柴油机技术路线14电控单体泵系统工作原理15单体泵系统组成16单体泵总成17电控单体泵系统示意图18目录一、国3柴油机的现状1.国3柴油机的电控技术高压共轨技术电控单体泵技术电控直列泵技术2.玉柴国3柴油机产品二、国3柴油机发展趋势1.柴油机技术发展趋势2.国4、国5柴油机技术路线19电控直列泵特点可变供油速率，带RQV－K机械调速器；可变供油时刻，可变提前角；适应中国目前的燃油状况；适应传统的整车操作习惯；适应中国的行业维修水平；当电控系统出现故障时，可以在断电情况下当机械泵使用。20电控直列泵参数泵型凸轮升程(mm)柱塞直径(mm)泵端压力MPa嘴端压力MPa适应排放P300011118590国ⅠP71001212105110国ⅡP850012-1412110120国Ⅱ电控泵1812140160国Ⅲ电控直列泵与Ｐ型泵结构与性能比较21电控直列泵控制逻辑22EGR的工作原理：EGR即废气再循环，通过少部分废气进入气缸参与混合气的燃烧，一方面降低了燃烧时气缸中的温度，另一方面降低了氧气的含量，因NOX是在高温富氧的条件下生成的，故抑制了NOx的生成，从而降低了废气中的NOx的含量；ECU根据发动机的运转工况控制电磁阀适时地打开，少部分废气经EGR阀进入进气系统，参与燃烧；当发动机在冷机、怠速及小负荷运行时，ECU控制废气不参与再循环，避免影响发动机性能；采用发动机的冷却水对参与再次燃烧的废气进行有效冷却。23目录一、国3柴油机的现状1.国3柴油机的电控技术高压共轨技术电控单体泵技术电控直列泵技术2.玉柴国3柴油机产品二、国3柴油机发展趋势1.柴油机技术发展趋势2.国4、国5柴油机技术路线24玉柴国3产品介绍玉柴国3/国4/国5发动机的开发历程、市场销量：2003年7月：玉柴率先推出国内第一台达标欧III的发动机；2006年2月26日：玉柴第1000台国3发动机下线。2006年2月26日：玉柴第一台满足欧4排放标准的发动机正式面世，标志着玉柴在技术上已经同步国际，领先国内；2006年：玉柴销售国III发动机3500台；2007年：玉柴销售国III发动机11000台，国Ⅳ发动机1000台。截止2007年12月：已有超过6000台玉柴LPG国III发动机在广东、深圳等地使用。2007年12月7日：玉柴第一台满足欧5排放标准的发动机正式面世。2008年1~5月：玉柴销售国III发动机超过2万台，国Ⅳ发动机超过2000台。25玉柴国3产品介绍玉柴国3系列柴油机主要采用的电控技术路线：1、高压共轨电控系统：BOSCH、DELPHI；2、单体泵电控系统：A：DELPHIB：成都威特C：亚新科南岳3、电控直列泵+EGR（水冷）（目前正在开发之中）26玉柴国3系列柴油机型谱（9大系列）型号排量(L)缸径×行程(mm)功率/转速(PS/r/min)扭矩/转速(N.m/r/min)采用的电控系统YC4F系列2.6692×10090~115/3200220~300/1600～2400DEL共轨/BOS共轨YC4D系列4.102108×112120~140/2800380~450/1400～1800NY单体泵YC4E系列4.257110×112140~180/2500500~630/≤1600BOS共轨/WIT单体泵YC4G系列5.202112×132180~220/2300660~840/≤1400DEL单体泵/BOS共轨YC6J系列6.49105×125160~270/2500550~950/1200～1700BOS共轨/NY单体泵YC6A系列7.26108×132240~280/2300900~1100/1400～1600BOS共轨/NY单体泵YC6G系列7.8112×132240~270/2200950~1080/1200～1500WIT单体泵/BOS共轨YC6L系列8.424113×140240~350/2200950~1400/≤1400BOS共轨/NY单体泵YC6M系列9.839120×145290~390/21001200~1680/≤1600BOS共轨/WIT单体泵27进气流通面积大，进气量增加，排放一致性好；泵气损失降低，效率更高，经济性好；喷油器中置，雾化更均匀，燃烧更易控制。流通面积FEV流量系数FEV涡流比进气流量两气门A0.090-0.0921.610－1.612Q四气门1.39A0.117-0.1191.220－1.2221.272Q玉柴国3柴油机的核心技术优势—四气门技术28目录一、国3柴油机的现状1.国3柴油机的电控技术高压共轨技术电控单体泵技术电控直列泵技术2.玉柴国3柴油机产品二、国3柴油机发展趋势1.柴油机技术发展趋势2.国4、国5柴油机技术路线29柴油机尾气排放的法规规定根据北京市“十一五”环境规划和举办奥运会对空气质量的要求，经国务院批准：自2008年3月1日起，凡是注册登记北京牌照的轻型点燃式发动机汽车（最大总质量3.5吨以下的乘用和商用汽油车），均须执行国4排放标准；自2008年7月1日起，凡是注册登记北京牌照的重型压燃式发动机和重型气体燃料点燃式发动机（即柴油和天燃气发动机）的公交、环卫、邮政车辆，执行国4排放标准，并要求安装监控氮氧化物排放的车载排放诊断系统（OBD）；自2008年7月1日起，在全国范围内对所有新销售的车辆（汽油、柴油）实施国3排放标准。30柴油机尾气排放的法规日益严格31全方位实现国Ⅲ排放的路线机内净化：超高压和超细微孔燃油喷射柔性的喷射控制技术高效低污染的燃烧其它技术：新型涡轮增压与旁通控制进一步降低机油消耗率32AirmanagementControlstrategy轻量化小排量化降低摩擦损失燃油质量热管理空气管理控制策略燃烧过程电喷系统排气后处理柴油机技术的发展33柴油机技术的发展结构上的改善：从自然吸气、到涡轮增压、再到涡轮增压＋中冷、EGR；控制策略的改善：从机械控制到电子控制；燃烧过程的改善：从两气阀到多气阀的应用、提高喷油压力；油品的改善：对油品中水份、硫含量等的要求。34对油品的要求—国3柴油的主要指标参数：参数/限值十六烷值运动黏度（40℃）硫含量灰分水分氧化安定性(6)－mm2/sppm%%mg/100ml0号轻柴油GB252-2000最小453.0-8.0最大2000最大0.01痕迹最大2.5重型车国ⅢGB17691-200550-533.0-8.0（20℃）最大350最大0.001最大0.05最大0.02535目录一、国3柴油机的现状1.国3柴油机的电控技术高压共轨技术电控单体泵技术电控直列泵技术2.玉柴国3柴油机产品二、国3柴油机发展趋势1.柴油机技术发展趋势2.国4、国5柴油机技术路线36欧3以后的排放技术途径37EGR和SCR技术路线38序号项目EGR+DPFSCR1燃油喷射系统电控喷射最高喷射压力1800bar电控喷射最高喷射压力1600Bar2发动机强度需高强度结构，最大气缸压力180bar最大气缸压力160bar3增压系统需高增压系统补偿EGR造成的功率损失，到欧5甚至要两级增压到欧5与国3相同的增压系统4冷却系统需加大冷却系统散热能力不需5润滑系统缸套摩擦副需重新设计需用CI-4级润滑油只需用CF-4级润滑油6燃油消耗率相对SCR油耗高10%左右相对国3省油5%左右7还原剂不需需要尿素水溶液EGR和SCR技术路线对比油耗和油品敏感性是选择技术方案的重要因素39SCR系统的工作原理NO+NO2+2NH3-2N2+3H2O4NO+O2+4NH3-4N2+6H2O2NO2+O2+4NH3-3N2+6H2O40SCR系统布局图添蓝泵添蓝过滤器添蓝喷嘴控制单元DCU添蓝罐添蓝液位传感器4NH3+3O2-2N2+6H2O41添蓝泵总成(集成控制器)控制单元接口溢流阀添蓝进口(从添蓝罐)过滤器加热器(可选)添蓝出口(到喷嘴)控制单元(DCU)42添蓝泵的技术参数无需压缩空气辅助泵的工作流量范围：5kg