燃料电池汽车的核心技术

被誉为新一代环保车型的燃料电池汽车可不使用传统化石燃料,而以来源丰富的氢气作为燃料,运行后的排放物只有水,且不排放CO2。燃料电池汽车通过电机驱动车辆,可兼顾静音性与良好的行驶性能,燃料填充时间较短,并能确保与内燃机汽车相近的续航里程。各汽车制造商目前正在积极开展针对燃料电池汽车的研发与推广工作。介绍了丰田公司燃料电池系统(TFCS)及燃料电池堆的结构、设计与控制。着重阐述了燃料电池系统的1项核心技术,即“水管理控制技术”,以及基于燃料电池堆的设计过程与燃料电池堆内部状态的可视化及计测技术。     

新能源汽车市场动态与技术发展趋势

受大气污染、温室效应等环境问题的影响,世界各国对汽车提出的节能减排要求愈发紧迫。在此背景下,日本各汽车制造商正在竞相研制混合动力汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV)及燃料电池汽车(FCV)等新能源车型,并大力开展推广工作。介绍了2018年在日本国内市场上销售的各类HEV、BEV 及其技术参数,阐述了其在日本国内的普及情况。总结了由日本政府部门颁布的法规、政策及采取的相关举措,并对各大汽车制造商的FCV 开发进程进行了归纳。     

车用汽油机技术动态回顾

近年来,世界各国正在进一步收紧制定改善汽车燃油经济性及废气排放法规的限值。汽油机技术研发的重点主要在高效率、低排放技术的开发与应用上,各生产商之间存在激烈的竞争关系。各生产商采用高压缩比、涡轮增压、进气道燃油喷射与缸内直喷技术,通过降低机械阻力以改善热效率。目前,采用稳定稀燃技术的新型汽油机相继投放市场。以2018年发布的新款汽油机及相关研发成果为例,介绍了车用汽油机的市场发展趋势与技术研发动向。     

现代-起亚公司小排量SmartStream 发动机

SmartStreamG1.0发动机是现代汽车集团第3代SmartStream 发动机,具有1.0L排量,以Kappa系列机型为基础,并满足当今CO2排放法规的要求。介绍了这种新机型的设计理念和技术亮点,如双气门口喷射、冷却废气再循环,以及中间位置具有锁定装置的可变凸轮轴相位调节器。     

采用机械涡轮复合增压系统优化7.8L柴油机的稳态效率和排放性能

与传统的涡轮增压器或机械增压器相比,内燃机采用机械涡轮复合增压系统具有更多优势。机械涡轮复合增压系统将机械增压、涡轮增压和驱动耦合装置集成在一起,通过涡轮轴和连续可变传动机构(CVT)之间双向传递扭矩的高速驱动系统,能够在涡轮轴和发动机曲轴之间实现对总传动比的控制。由于避免了超速和涡轮迟滞的限制,涡轮的高效设计成为可能。日本五十铃汽车公司认识到了机械涡轮复合增压系统的优势,和日本超级涡轮技术公司共同评估了机械涡轮复合增压系统相对于传统的涡轮增压器的收益。     

应对实际行驶污染物排放工况的汽油机直喷系统的演变

为进一步保护环境,降低汽车尾气排放对地区环境的影响,必须持续改进汽油发动机的排放性能。在实际行驶工况中,需要重点控制发动机瞬态工况、燃油喷射差异、进气量和气缸壁温。发动机控制策略对降低排放的优化空间有限,需要通过形成良好的燃油喷雾来改善燃烧环境,从而降低排放。优化喷雾的目的是让气缸湿壁最小化,以及在发生湿壁时让油膜快速蒸发和扩散。提高喷雾均匀性对优化喷雾至关重要。最初认为,提高喷射压力可以达到优化喷雾和提高喷雾均匀性目的,即提高喷射压力可以提高扩散速度和降低贯穿距,从而减少湿壁,改善混合气形成,同时避免喷射压力过高带来的摩擦损失增加。本研究表明,优化喷油器喷嘴可以提高喷雾扩散性和均匀性,从而有效减少壁面燃油附着,避免因喷射压力过高带来的摩擦损失的增加。     

采用高导热碳化硅蜂窝结构的先进非旁通废热回收系统的开发

废热回收(EHR)系统是改善燃油经济性和车内舒适性的有效且充满吸引力的方法之一,对于冬季的混合动力汽车尤为如此。多数传统旁通系统的热执行器都含有旁通管和旁通阀,从而导致EHR系统的体积和质量都较大。在有效改善EHR系统废热回收性能的同时,必须使系统的尺寸和质量最小化。非旁通系统回收来自废气的热量,对其废热回收性能进行设置,以确保在高发动机负荷下不超过散热器的冷却能力,从而防止整车动力系统过热。对于非旁通系统来说,在高发动机负荷或高冷却液温度条件下,减少回收热量及在低发动机负荷或低冷却液温度条件下增加回收热量是必不可少的。提出了一种能取代原有旁通阀机构的先进非旁通EHR系统,该系统采用的是能根据冷却液温度或发动机负荷自动限制回收热量的双层冷却液通道结构,可实现发动机预热阶段的有效废热回收及高发动机负荷或高冷却液温度条件下的有效散热。介绍了该先进非旁通EHR系统的基本结构。试验结果表明,该系统在冷起动阶段具有良好的废热回收性能,在发动机高负荷下具有良好的散热性能。     

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。     

轻型货车用3.0 L柴油机的开发

2018年,ISUZU发动机股份有限公司开发出了4JZ1型柴油机,用于替换自2007年开始配装于ELF系列货车的4JJ1机型     

车用发动机燃烧技术发展趋势及未来展望

目前,内燃机对于实现低破排放目标仍起着重要作用。混合动力汽车及电动汽车已取得了一定技术进步,而内燃机热效率的持续提升又有利于电驱装置充分发挥技术功效。采用大流量废气再循环(EGR),提高压缩比并实现稀薄燃烧是内燃机用于提高效率的核心技术。