柴油机在乘用车上的应用及发展趋势

2753VOLKSWAGENGroupChina现代柴油机在乘用车上的应用及发展趋势徐焕新博士大众汽车(中国)投资有限公司2004年12月11VOLKSWAGENGroupChina•柴油车国际市场现状及发展•柴油车市场发展的主要因素•现代柴油机技术的发展•现代柴油机技术需要高品质燃油•未来燃油和动力系统技术的发展战略报告内容2VOLKSWAGENGroupChina西欧柴油轿车市场份额逐年上涨奥地利比利时法国西班牙意大利葡萄牙德国英国丹麦荷兰挪威瑞士爱尔兰芬兰瑞典希腊020406080in%信息来源:MarketingSystems,VDA,AAA199014,3%19902000200032,5%42,7%01~06,200301~062003（1999—2000--2003.1~6.统计）23VOLKSWAGENGroupChinaJ.D.Power预测:2015年全球轻型柴油车(含轿车)的销量将达到2700万辆，市场占有率上升至28%。J.D.Power全球轻型柴油车市场预测(2004-2014)百万辆西欧北美南美东欧亚洲其它地区200420142009信息来源:J.D.Power4VOLKSWAGENGroupChina动力环保性能改善驾驶乐趣大大增加现代柴油机技术的发展对节能车型予以鼓励对环保车型予以鼓励鼓励性政策的推动作用高效、经济节能、环保现代柴油机的自身优势柴油车市场发展的主要因素35VOLKSWAGENGroupChina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6VOLKSWAGENGroupChina增压直喷柴油机和新型直喷汽油机性能比较5.8/8.5s7.4/9.3s60-100km/h8.5/-s10.1/13.2s80-120km/h加速弹性15.1s14.9s0-130km/h12.9s12.6s0-120km/h9.1s8.9s0-100km/h6.3s6.1s0-80km/h加速性能320Nm/1750rpm200Nm/3500rpm扭矩(Nm)103kW/4000rpm110kW/6000rpm功率直列4缸增压直喷柴油机直列4缸直喷汽油机发动机高尔夫2.0TDI高尔夫2.0FSI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:AutoMotorundSport47VOLKSWAGENGroupChina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%8VOLKSWAGENGroupChina世界上第一辆百公里油耗1升的汽车•排量:0.3L,SDI技术,单缸•功率:6.3kW(8.5PS)•满足欧4排放法规•油耗:0.99L/100km大众1升车59VOLKSWAGENGroupChina现代柴油机的优势-有益环保HC+NOx排放[g/km]01,02,03,04,05,0199019952000200520106,07,0-95%欧1*欧4欧3*欧2欧0排放限值*)采用新的驾试循环欧洲柴油轿车排放标准的发展-HC+NOx排放限值10VOLKSWAGENGroupChina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*)采用新的驾试循环欧0排放限值欧洲柴油轿车排放标准的发展-颗粒排放限值611VOLKSWAGENGroupChina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12VOLKSWAGENGroupChina欧洲汽车制造商协会降低CO2排放的承诺1401601802001995200020052010Ziel2008140g/km-25%1401601802001995200020052010Ziel2008140g/km-25%14016018020019952000200520102008年目标:140g/km-25%CO2排放[克/公里]汽油车+柴油车柴油车114VOLKSWAGENGroupChina鼓励性政策–欧洲各国燃油税020406080100120柴油汽油[欧分/升]比利时丹麦德国芬兰法国希腊英国爱尔兰意大利卢森堡荷兰奥地利葡萄牙瑞典西班牙在欧洲，通过对柴油施以比汽油低的燃油税以推动节能环保的柴油车的使用。燃油价格(未含燃油税)15VOLKSWAGENGroupChina比利时丹麦德国芬兰法国希腊英国爱尔兰意大利卢森堡荷兰奥地利葡萄牙瑞典西班牙020406080100120DieselGasoline[欧分/升]柴油汽油在欧洲，通过对柴油施以比汽油低的燃油税以推动节能环保的柴油车的使用。鼓励性政策–欧洲各国燃油税燃油价格(含燃油税)815VOLKSWAGENGroupChina大众汽车公司满足欧4排放标准的柴油车型逐年增加Euro4199920002001200220032004200580%0%25%50%帕萨特2,0L,TDI100kW2,5L,TDI120kW1,2L,TDI45kW路波1,4L,TDI55kW波罗1,9L,TDI74kW高尔夫/宝来2,0L,TDI100kW1,9L,TDI74kW途安鼓励性政策–对环保车型予以减税16VOLKSWAGENGroupChina能源温室效应-CO219901995200020052010201520202025废气排放-CO,NOx,HC,PM推动技术发展的因素917VOLKSWAGENGroupChina颗粒捕集器NOx排放后处理氧化催化转换装置燃油改进的燃烧系统柴油发动机技术发展的关键18VOLKSWAGENGroupChina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20011019VOLKSWAGENGroupChina技术改进方案（85kW高尔夫级别轿车,新欧洲驾驶循环）基准车型欧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)优化的催化转化装置.改进的燃油和润滑油优化燃油喷射优化发动机管理4气门技术优化燃烧过程20VOLKSWAGENGroupChina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1121VOLKSWAGENGroupChina大众汽车涡轮增压直喷(TDI)柴油机喷油器垂直中置燃烧室中置可变涡流进气改进的进气系统每缸4气门22VOLKSWAGENGroupChina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:Bosch1223VOLKSWAGENGroupChina高压燃油喷射系统技术的发展最高喷射压力(bar)增压直喷电子控制05001000150020001975198019851990199520002005VPVP34PDECRVP37VP44机械控制信息来源:Bosch24VOLKSWAGENGroupChina信息来源:Bosch博世新一代泵喷嘴工作原理Z-燃油入A-燃油出喷射过程压力变化曲线压力喷射压力峰值2200bar可变开启压力预喷射(喷射时刻可控)后喷射(喷射时刻/压力可控)时间1325VOLKSWAGENGroupChina泵喷嘴工作原理•高喷射压力-2000bar•可精确控制喷射过程-实现预喷射•泵体与喷嘴合二为一-无高压管路•输出功率高•降低油耗•燃烧噪声低•排放清洁•结构紧凑故障率低26VOLKSWAGENGroupChina•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1427VOLKSWAGENGroupChina柴油机技术发展-发动机管理系统28VOLKSWAGENGroupChina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1529VOLKSWAGENGroupChina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30VOLKSWAGENGroupChina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)采用先进发动机技术满足欧4排放法规采用效率65%的NOx催化转换器采用效率95%的颗粒捕集器NOx:颗粒10:1NOx:颗粒10:1大众汽车的策略基准车型柴油机技术发展-废气后处理技术1631VOLKSWAGENGroupChina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λ-传感器大众汽车公司柴油发动机废气后处理技术32VOLKSWAGENGroupChina¦2.0升,4缸,增压直喷柴油机¦100kW(136PS)¦6.1升/100km¦满足欧4标准颗粒捕集器-帕萨特2.0TDI的颗粒捕集器帕萨特2.0TDI1733VOLKSWAGENGroupChina¦氧化催化转化器/颗粒捕集器组合为一体¦已应用于高尔夫系列¦满足欧4排放标准新一代颗粒捕集器–高尔夫V2,0TDI的颗粒捕集器34VOLKSWAGENGroupChina颗粒捕集器①过滤器②压力传感器③温度传感器④氧化催化剂信息来源:AutoMotorundSport1835VOLKSWAGENGroupChina过滤效率95%(个/cm2)过滤前过滤后对较小的颗粒(20nm)其过滤效率亦很高颗粒物直径（nm）过滤器的效率尽管过滤孔径大小在9µm左右，但它对20nm或更小的颗粒的过滤效果也很高，而95%的最经常遇到的中等大小颗粒则被挡在了过滤器中。信息来源:AutoMotorundSport过滤器截面颗粒物数量36VOLKSWAGENGroupChina颗粒捕集器使用效果测试欧4限值欧4限值：一氧化碳0.5g/km碳氢化合物+氧化氮0.3g/km颗粒物0.025g/km050100150COHC+NOx颗粒过滤前过滤后欧4限值欧4限值：CO0.5g/kmHC+NOx0.3g/km颗粒物0.025g/km%信息来源:AutoMotorundSport1937VOLKSWAGENGroupChina•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38VOLKSWAGENGroupChina国际燃油标准芳烃%wt.max.10多环芳烃%wt.max.11max.1十六烷值min.51min.58密度kg/m3max.845820–840硫含量ppmmax.50..10(2008)max.10T90°C320T95°C360340终镏点°C3502005欧盟标准世界燃油规范2039VOLKSWAGENGroupChina不同车辆按欧