注冊

徐政:乘用車汽油發動機燃燒和排放技術研討

信息來源:蓋世汽車       發布日期:2016-12-07       分享到:

  我今天演講題目是“乘用車汽油發動機技術研討”。我先結合現在汽車產業正在進入的產業大變革的大環境下,介紹汽車動力系統發展的趨勢和面臨的一些挑戰。尤其是傳統發動機的節能減排技術來應對這些挑戰,包括我們汽油機的顆粒排放的一些技術應對措施。最后講一下上汽乘用車公司發動機產品和技術。
  

689361629240799725002565547_副本.jpg

上汽集團乘用車公司技術中心總監,國家“千人計劃”專家 徐政
  

        汽車這個產業在經歷一百年的相對穩定的發展,現在面臨產業比較大的變革時期。這些變革在這些年來,行業里一直在討論,而經過這么多年的研討,一些基礎的研究,還有一代產品的投放,這一兩年,尤其今年幾大產業趨勢日趨明朗,一個是電氣化,一個是智能網聯車,還有一個是自動駕駛,還有新出行方式。這些產業變革對我們動力系統的發展,產生了非常深刻的影響。尤其是動力系統的電氣化。
  結合這個變革,我們談到動力系統的發展格局。動力系統解決方案,有諸多的驅動因素,從歷史的角度來看也是如此,一個是需要滿足客戶的價值需求,從駕駛的舒適性或是從動力的需求和購買使用的經濟性、安全需求方面。另一點需要遵守法律法規、社會的約束,包括環境的持續性,還有安全的因素,也要考慮第三點,要保證企業的利潤和發展。
  在目前這種大變革環境下,動力系統實際上受到影響而產生的發展格局是這樣的,大家現在達成一個共識,為了滿足所有的相關需求,多元化的動力系統和多種技術,將在較長時間共存。剛才魏秘書長也談到了這樣一個明確的觀點,從近期到中期較長的時間段內,內燃機為主的節能車,仍然是市場中最為重要的動力系統,當然我們要輔以內燃機的技術升級和替代燃料,電氣化,包括啟停,48V微混等技術,來滿足嚴苛的油耗排放法規。中期是強混、插電強混、純電動,電氣化在不斷增加,尤其在中國市場增長非常高速,預計在2020年以后,成本會具有市場競爭性。那個時候國家新能源的補貼,實際上也是逐步的撤出。從稍微長期的角度來看,燃料電池、氫燃料,預計十年后會有大的突破,實現商業化,成為市場消費者產品。同時氫能相關的生態系統建設也會加速進行。
  我這里放了三個例子,三家不同的國外企業給一個預判,一個是生產大眾車型的豐田汽車公司給的一個預測,他們講短期到中期的時間段,實際上就是我們現在到將近2030年的期間,整個混動,加上插電混動,還有新能源汽車的發展也是比較迅速,即使這樣到了2030年,如果從我們國家定義的新能源汽車,插電強混、純電動,燃料電池的占比也沒有超過30%,當然混動是豐田本身自己這家公司發展的特點,所以混動的比例比較高。無論如何,我們可以看到,傳統動力,即使在2030年的時候,以各種形式,仍然在這個市場占有重要的份額。
  另一個是高端車型,寶馬汽車公司給出的,他們更加激進一些,到2030年的時候,插電混合和強混合比例會上升到40%。另外一家是FEV咨詢公司,他們給出的判斷是,新能源從插電強混和純電動的角度,也是沒有到40%的份額。同時在混動里面,他們提到了微混這塊,尤其以48V為主的動力系統,在混動里占了非常大的比例。結合這些來支撐我們現在對整個動力系統發展格局的判斷。
  我們國內10月份發布的節能與新能源汽車技術路線圖,也非常清晰的闡述了這樣一個發展格局。一個是低碳化、信息化、智能化,這個跟國際的趨勢是完全一致的。同時七大技術發展方向里面,節能汽車、純電動與插電式汽車、燃料電池汽車、三大動力系統相關的發展方向與世界主流趨勢一致。從預估圖增長的趨勢來看,我們在新能源車,包括插電強混合、純電動這塊發展的速度,是超過了世界主流的預判。即使從這個角度,直到2030年,節能汽車仍將是市場的主流產品,這是我們從數據上看到的一個觀點。
  講到節能車,它是我們現在產業機構里面最主要的支柱,我們面臨的挑戰是什么呢?第一,對節能車,即使是新能源里的插電式混合動力汽車,都面臨一個排放法規的挑戰,這張圖顯示實際上中國的排放法規和歐洲的排放法規有密切的關聯,之前我們比它滯后了幾年,但是新一輪法規的出來,即使是國6A,氣態排放限值已經比歐6D更加嚴了。同時顆粒排放,測試工況,都集成了歐6D的法規,這個排放法規是現在最嚴的一個排放法規。雖然我們執行的時間比他們晚一些,但是事實上北京和一些其它主要城市,我們預判會提前實行這個法規,其實對我們中國汽車行業,就是中國的整車廠或者主機廠帶來一個非常大的挑戰。
  另外一個趨勢,在過去,法規的實施,時間節點是滯后于歐洲法規的,這個跟我們市場整體的能力,包括我們油品的能力是相吻合的。但是從國6以后,我們的法規已經成為最嚴的法規,從這個角度講,未來中國市場的需求,將在全球范圍里推動排放問題的解決方案,這些新技術不可能在那兒用之后再拿到中國,而是結合中國的情況來逐步的研發和實施。
  另一個大的挑戰也是中國燃油經濟性的要求,日趨嚴苛,快速的跟歐美趨于一致,不光是我們,甚至包括歐洲也是一樣的,從第四階段開始的話,就是從5升油到4升油,再到3.2升,這樣的百公里油耗的CAFC要求對傳統車挑戰巨大。但同時,目前大型車尤其SUV在中國市場銷量則快速上升,尤其加大能耗壓力
  從產業政策影響的角度,一方面是新能源車的補貼政策,大家可以看到,2017到18年開始下降,到2020年將取消補貼。這也是影響新能源車,從經濟性上影響到它。這也是為什么2020年以后新能源車必須具有市場經濟性才能推廣,而不能完全靠國家的補貼。還有工信部和發改委也是出臺了好幾次配額和CAFC積分的政策,工信部2016年9月份出臺了一個討論稿,預計2018年正式推出,就是對CAFC積分做出了非常詳細的規定,給出了CAFC積分的計算,新能源汽車積分的要求,就是每年新能源車的占比都有要求,新能源汽車的積分也有一個計算方法。通過這些,一方面也加快推廣新能源車,可能合資品牌也會加速引進這樣的新能源汽車。另一方面從這個表里,也可以看到,至2020年,在CAFC積分的計算中,新能源車的比重是逐年下降。所以在2020年以后,一個是補貼撤出,還有CAFC積分中新能源車權重也下降了?傮w的結論就是說,我們會有滿足新能源積分和新能源汽車銷售壓力的矛盾,完全依賴新能源汽車來解決CAFC要求,肯定在這個時間段里是來不及的,需要我們節能技術的提升,包括發動機技術的提升,包括一些混合動力技術在不同車型上混合應用優化。
  這個是發動機效率提升的基本原理,主要講最原理的東西,為了提升效率,我們要從五個方面的損失來下手。所有發動機技術都是通過四個方面7項控制因素來降低這些損耗。 這個不多講了。
  就目前主流產品發動機技術,我在這個表上放了40多臺,目前全球OEM的小排量的增壓發動機,在2.0升以下的。以2009年,福特Boost上市為標志,小排量渦輪增壓缸內直噴發動機成為全球整車廠應對油耗排放,同時滿足市場需求的主流技術。整車廠均開發投產基于此技術的發動機系列。小排量增壓發動機具有高功率,大扭矩特征,與整車匹配的down-speed,down-shift策略使得發動機更多運行在高效率區域,實現油耗降低。近年來,進一步強調跟整車合理匹配,車重功率比等等,從down-sizing演變為right-sizing。這些大家都比較清楚。另外一個趨勢是由于混合動力的增加,各個主機廠也開始針對各個混合動力的發動機,這個發動機跟增壓發動機有點稍微不同的技術特點。
  我想用這頁來匯總一下,我們目前主流的產品發動機技術,以及帶來的發動機的熱效率的區間,實際上大家可以看到,現在基本上產品發動機里面,熱效率最高大概是今年投產的豐田Pirus 4代的40%。從此,一直走到下個十年的技術發展路線,相對比較清晰的,通過一系列技術升級,熱效率可以提升達到約50%的情況。
  我之所以談48V微混這頁,是即使以這樣的節奏來提升內燃機的效率,我們目前面臨著從5升到4升到3.2升的CAFC要求,對傳統車仍然挑戰巨大,尤其大車的單車限值成為最大制約,這就是為什么電氣化成為節能車發展的一個重要的輔助,目前48V微混,成為增長最為迅速的,前景廣為認可的混動技術。眾多OEM進行產品開發,IHS預測48V會成為混動主要模式.
  因為時間緣故,快速的講一下,目前我們整車廠面臨最大的挑戰就是國6排放里的PN顆粒排放,顆粒排放的源泉是燃燒,燃燒沒有優化好。顆粒排放來源: 濕壁:活塞頂,氣門,缸壁;噴油嘴結焦 ;油氣混合不均勻。 增壓PFI發動機也會由于噴油量大,導致閥門座圈,缸壁可能產生較高碳煙。
  顆粒排放降低要有系統性考慮,總體解決方案包括裸機顆粒排放降低及排放后處理,包括整車動力總成匹配、燃燒系統優化、噴油器積碳、機油消耗以及標定等多方面的工作。這里面解釋了幾個例子。我們怎么來設計優化燃燒系統,形成均質油氣混合,避免過濃區,最小化濕壁,降低由diffusion flame產生的顆粒排放。通過噴油系統優化,改善霧化,減小濕壁,減少噴油嘴結焦,降低碳煙,顆粒排放。我們也需要針對各運行工況,進行策略優化 優化,包括噴油策略、標定參數優化。
  除了裸機排放以后,還有一個后處理的技術。包括三元催化和GPF的開發,尤其是由于再生策略的需求,GPF開發和標定工作十分復雜。
  最后講幾句,關于我們上汽的產品開發。談到發動機燃燒開發這塊,發動機燃燒及性能開發是核心系統工程,在動力系統朝更高效清潔發展方向的大格局下,更顯重要,更具挑戰。我們上汽經過多年的努力,建立了較為完整發動機燃燒開發平臺,包括系統設計優化、與子系統匹配、開發手段、評審方法等。
  通過這樣一個平臺,以及我們總體發動機產品研發能力不斷提升的基礎下,我們開發了藍芯高效動力,就是從1.0T到2.0T的發動機系列。這里面包含了目前所有的主流發動機技術。搭載在我們上汽目前主要的車型上面,比如名爵銳騰、榮威RX5、榮威360等,都展示了領先的動力性能和燃油經濟性這個特色。藍芯發動機已搭載于榮威、名爵和上汽大通等眾多車型(包括插電強混),成為支撐上汽自主品牌高品質競爭產品的最主力機型
  藍芯發動機展望。根據2010時面臨的挑戰和小排量渦輪增壓的技術趨勢 我們開發投產了籃芯動力。而以此為基石,結合我們目前面臨的中國四、五階段CAFC,國6, 歐6 d排放,WLTP, RDE測試工況,電氣化,混動等需求,我們結合主流技術路線,開展技術升級,以及全新一代發動機開發。
  結束語:
  電氣化、智能網聯、自動駕駛、新出行方式等汽車行業發展超大趨勢日趨明朗,從而深刻影響動力系統近期、中期和長期的發展格局。
  嚴苛的國6排放法規和4/5階段油耗法規,以及CAFC加新能源汽車積分的產業政策,既加速新能源汽車推廣,也要求多種節能車技術的提升及組合應用,包括發動機、48V微混、中混、強混,而發動機在可預見的較長時期仍將為乘用車市場最為重要的動力系統。
  發動機將會以目前主流小排量增壓技術為基礎,持續新技術升級,不斷提升熱效率。
  顆粒排放是目前節能車及插電強混車面臨最大排放挑戰,需要有從整車配置、裸機排放到排放后處理的系統性解決方案。
  上汽乘用車通過加強自主創新,掌握先進技術,形成了發動機核心技術研發能力,已投產兼顧環保、動力、燃油經濟性的動力總成藍芯產品,并繼續開展技術升級和新一代發動機開發工作。

關于協會 | 聯系我們 | 統計發布 | 資料下載

加入會員請咨詢服務與發展部電話:010-68534889,網絡合作業務:mouzi@ciceia.org.cn。

報送數據企業請咨詢中內協統計工作部電話:010-82038039,非報送數據企業請咨詢中內協辦公室電話:010-68532870。

備案號:京ICP備13042625號-1 | CopyRight © 2016 All Right Reserved 中國內燃機工業協會 版權所有

国民彩票手机登录入口 国民彩票平台官网 国民彩票手机版 国民彩票注册链接 国民彩票平台注册 国民彩票平台注册 国民彩票平台官网 国民彩票网址导航 国民彩票平台注册 国民彩票网址导航 国民彩票最新网址 国民彩票平台官网 国民彩票网址导航 国民彩票注册链接 国民彩票注册链接 国民彩票官网入口 国民彩票最新网址 国民彩票平台注册 国民彩票平台注册