2020年以后的商用车动力

二氧化碳(CO2)排放对全球变暖的影响正日益引起重视,为此,整个工程技术界正在竭力满足未来排放法规的要求,并降低汽车的燃油耗.幸运的是,降低燃油耗与降低CO2排放可以并行不悖,但受其他技术要求的限制,例如降低气态污染物和颗粒排放、发动机的耐久性和可靠性要求,以及生产成本等.在乘用车上应用混合动力似乎有利于降低CO2排放...     

通过朗肯循环充分利用载货车柴油机的废气能量

全球排放法规限值收紧、不断提高的燃料价格和未来对二氧化碳排放的调控,都要求载货车柴油机进一步降低燃油耗,例如通过优化热管理。Behr公司与AVL公司和ZF公司合作开发了一种废气余热回收系统,能使燃油耗下降约5%。     

2013年型Accord轿车用2.4 L直列4缸汽油机的开发

全新开发的2.4 L带智能可变气门正时及升程电控系统的4缸直喷汽油机是本田公司下一代机型,应用了带多孔高压喷油器的直喷系统,实现了低二氧化碳排放和高功率输出。对气缸盖进气道和燃烧室形状、喷油器喷雾形状,以及燃油喷射控制都进行了优化,以确保形成均质混合气,实现稳定、高效的燃烧。全新的发动机结构使摩擦也得到降低。新型发动机的功率和扭矩都增加10%,燃油耗则降低5%。配装新发动机的2013年型Accord轿车配合高效率无级变速器,以及改进后的底盘,使组合行驶工况燃油耗降低11%,并达到美国加州空气资源委员会排放法规中准零排放车级别的排放要求。此外,新结构的发动机减轻了质量,并通过优化气缸体刚度,使噪声-振动-平顺性性能优于旧机型。     

采用低压废气再循环改善轿车柴油机燃油经济性及瞬态控制

柴油机是客、货牵引车的最重要动力源。从全球温室效应的影响看,降低柴油机排放的任务十分紧迫。随着对日益增加的氮氧化物(NO_x)、颗粒(PM)和二氧化碳排放的关注,提出了严格的排放法规。未来的排放法规要求采用先进的排放控制技术,如选择性催化还原、稀氮氧化物捕集器和废气再循环技术。废气再循环被广泛用于降低排放。用一种低压废气再循环技术降低轿车柴油机排放,改善发动机的燃油经济性。对1台排量为7 L、装备有低压废气再循环系统的轿车柴油机开展了试验研究。在稳态和瞬态运行工况下,使用低压废气再循环系统比使用常规高压废气再循环系统更能获得改进燃油耗的效果。在发动机处于中速、中等负荷时,使用低压废气再循环系统可降低燃油耗,而NO_x和PM排放并不受影响。     

利用微凹状网纹处理降低气缸孔-活塞环间的摩擦

活塞环外侧圆周面与气缸孔工作表面之间的滑动摩擦力占发动机总摩擦力的25% ～50%，降低活塞环与气缸孔内圆面之间的摩擦可以明显改善燃油耗。从改善发动机燃油经济性出发，着重介绍日本活塞环有限公司为优化气缸内圆面进行微凹处理以降低气缸孔摩擦的新技术、新工艺的基本原理和具体应用方法，评价了上述技术措施对降低燃油耗及CO2 排放的效果。     

进气门延迟关闭对小型商用车柴油机性能的影响

为满足严格的排放法规和燃油经济性要求,乘用车柴油机呈现出低压缩比的趋势。较低的压缩比在降低排放方面具有优势。但是,较高的压缩比对获得更高的理论热效率有益。米勒循环的进气门延迟关闭策略可使压缩比低于膨胀比,这样可以降低压缩行程终点的温度。将米勒循环应用于轻型商用车柴油机,并对其降低排放和燃油耗的效果进行了验证。通过应用米勒循环,降低了日本排放测试循环JE05运行工况下的发动机燃油耗和碳烟排放,并且对氮氧化物排放没有产生负面影响。     

动态跳跃点火停缸与轻度混合动力组合的节油效果

全球的废气排放法规要求在未来十年中使汽车燃油耗有根本性的改善，在批量生产中采用各种技术降低燃油耗和CO2排放。美国Tula技术公司已开发出了1种新的停缸方法——动态跳跃点火。     

日本汽车行业发展动态

从保护地球环境、节约能源的观点来看,虽然混合动力车、清洁型柴油车等低燃油耗、低排放的新一代汽车已逐渐普及,交通运输业的CO2排放量也逐年降低,但就目前来说,CO2排放仍主要来源于汽车。因此,必须不断完善相关法规,继续开发或改进能降低燃油耗和废气排放的技术。分析了全球范围内与废气排放及燃油耗相关的法规及政策趋势,同时,针对当前的环境问题,提出今后的汽车技术发展方向及必须解决的课题。     

基于当前环境问题的汽车技术发展趋势

据统计资料显示,近年来日本运输部门的CO2排放量仍居高不下,其中源自汽车的CO2排放量约占总量的86.2%。因此,汽车仍是CO2的主要排放源之一。世界各国也一直在完善与收紧相关法规限值,以此卓有成效地改善汽车废气排放并降低燃油耗。着重分析了日本国内制定的废气排放与燃油耗相关法规及政策的发展趋势。针对当前的环保问题,介绍了近年来在日本汽车市场出售的新车型,并阐述了改善燃油耗与降低排放的技术发展趋势。     

小型非道路共轨直喷式柴油机的技术理念

近年来,由于对工业用发动机运行平顺性和低燃油耗方面的要求日益提高,因此,要求农业、园林及工程机械等非道路用发动机具有高功率、低燃油耗和低噪声的特点。此外,即使是小型发动机,其电子控制装置的发展趋势也需保持一致。基于这些背景,开发了采用共轨燃油喷射系统的新型非道路用直喷式柴油机,以满足上述要求。评述了在小排量非道路用柴油机上采用共轨燃油喷射系统,以及优化燃烧系统和喷油特性的技术。     

小型化发动机用的新型罗茨增压器

汽车制造商不断致力于进一步降低发动机的燃油耗和二氧化碳排放,在这方面的重要举措是采用较小排量但具有较高升功率的小型化发动机。Eaton公司专门为这一用途开发了在低转速区域具有高效率的新一代罗茨增压器。     

新一代进气道喷射自然吸气汽油机开发

为了降低油耗,满足动力性和排放法规要求,上汽开发了新一代进气道燃油喷射(PFI)自然吸气汽油机,应用稳态计算流体力学(CFD)数值分析方法和气道稳流试验方法开发了遮挡式进气道,利用缸内瞬态CFD方法优化开发了燃烧系统,提高了燃烧热效率。采用阿特金森循环并提高压缩比技术,降低了部分负荷油耗。通过1D整机性能分析优化了气体交换,提升了扭矩和功率。通过优化水套,缩短了暖机时间,改善了发动机热管理。新一代发动机采用了大量的降摩擦损失的措施,进一步降低了燃油耗。通过优化正时链和机油泵传动设计,改善了振动噪声。试验结果表明,新一代发动机在原机的基础上降低了5%的新欧洲行驶工况(NEDC)油耗,动力性能提升5%左右,排放满足欧6c法规。新一代汽油机的综合性能在同类机型中处于领先水平。     

汽油机的低燃油耗技术

混合动力技术对降低车辆的燃油耗和CO2发挥了巨大作用。混合动力发动机上采用阿特金森循环、冷却废气再循环（EGR）、电控水泵,以及低摩擦技术均有利于提高热效率（或降低燃油耗）。这些实用技术今后也有望应用于常规发动机中。介绍了提高发动机热效率的具体途径及未来发展趋势,着重论述了高热效率（ESTEC）技术在混合动力发动机、常规发动机,以及增压发动机上的具体应用。     

车用柴油机技术动态回顾

由于受到降低温室气体排放及改善汽车燃油耗要求的影响,日本国内自2018年起对总质量为3.5～7.5t的重型汽车开始执行废气排放法规。近年来,针对柴油机的技术研发工作重点在于改善其燃烧过程,同时采用全新的燃烧方式以降低废气排放及燃油耗。除了开发新型柴油机及排气后处理技术外,针对后处理装置的优化也势在必行。以2018年日本国内市场的新型柴油机研发成果为例,阐述了车用柴油机市场发展的趋势及技术动向。     

电动“微风”徐来——电动增压器瞬态快速响应的最佳体验

为了遵守全球越来越严格的排放和燃油耗法规,,汽车制造商为了降低发动机油耗、提升整车性能做出了很多技术改进,从而推进了微混和48V系统的优化和应用。     

用于增压直接喷射汽油机的喷束引导燃烧过程

未来,燃烧在汽油机降低燃油耗方面将起到关键作用。英国Ricardo公司应用新型喷束引导燃烧过程的汽油直接喷射方法能使涡轮增压汽油机以非常有利的燃油耗值,在部分运行范围内以典型的柴油机燃油耗值运行。应用这种技术,汽油机能几乎完全无节流地运行,并能在绝大部分的特性曲线场内利用稀薄燃烧的优势。这种燃烧方法燃用汽油运行,也能燃用诸如E85或M40等燃油正常工作。     

新型Quon车用大型柴油机与动力传动系统的开发

日本UD卡车公司对Quon卡车进行了改款,配装了新开发的GH11发动机。该大型柴油机运用了众多新技术以降低排放与燃油耗,如利用燃油的超高压喷射以降低颗粒物排放,采用大容量废气再循环冷却器及机械电子控制变速装置,并优化了驱动系统。着重介绍了新型发动机技术规格与动力传动系统概况。     

通过缸内压力进行柴油机燃烧控制参数优化的研究

燃油耗、排放物和燃烧噪声一直是柴油机降低振动噪声的主要开发目标,以达到良好的燃油经济性、低排放要求。这些目标可以通过先进的发动机技术实现。随着电子执行系统广泛应用于柴油机,已经可以进行精准控制。由于主要开发目标极大地受到发动机控制参数的影响,因此,对燃烧控制参数的优化改进成为最具挑战性的任务之一。作为一种高效的方法,试验设计方法已经应用于发动机标定。为了开发出一种数学模型,必须测量输入和输出值。在发动机试验中,应用来自缸内压力信号的噪声指标,并与燃油经济性和排放物的互动关系进行了探索和分析。并用1.6L的乘用车柴油机对燃油耗和排放物对燃烧噪声的敏感度进行了量化。这一分析有关于发动机燃烧控制参数的极端的参数优化。避免这一极端参数优化可制订更均衡的发动机控制策略。     

通过缸压力进行柴油机燃烧控制参数优化的研究

燃油耗、排放物和燃烧噪声一直是柴油机降低振动噪声的主要开发目标,以达到良好的燃油经济性、低排放要求。这些目标可以通过先进的发动机技术实现。随着电子执行系统广泛应用于柴油机,已经可以进行精准控制。由于主要开发目标极大地受到发动机控制参数的影响,因此,对燃烧控制参数的优化改进成为最具挑战性的任务之一。作为一种高效的方法,试验设计方法已经应用于发动机标定。为了开发出一种数学模型,必须测量输入和输出值。在发动机试验中,应用来自缸内压力信号的噪声指标,并与燃油经济性和排放物的互动关系进行了探索和分析。并用1.6L的乘用车柴油机对燃油耗和排放物对燃烧噪声的敏感度进行了量化。这一分析有关于发动机燃烧控制参数的极端的参数优化。避免这一极端参数优化可制订更均衡的发动机控制策略。     

发动机降速对排放与燃油经济性的影响

发动机降速在国际市场的多个领域发展迅速。利用发动机降速能够提高效率的优势,原始设备制造商已经开发了大量降速发动机产品。发动机在低转速范围内运行具有很多优势,其最显著的优势就是能降低燃油耗。因为发动机能够在其最佳效率范围内运行更多时间。通过采用降速措施,发动机能以低转速和大扭矩状态运行。对于输出相同的功率,发动机能承受更高的单位负载,从而提高效率,降低燃油耗。燃油效率提高的因素包括由于活塞速度降低导致发动机摩擦减小、相对传热减少,以及热效率提高。由于对进一步提高内燃机效率及减少排放的要求日益提高,因此,该试验研究尝试研究轻型商用车降速。具体的性能与排放试验结果表明,通过大量试验研究,分析了3.77 L试验发动机不同参数对发动机额定转速降低的影响。