高效环保汽油发动机技术

　　高效环保汽油发动机技术

　　克里斯托弗：大家下午好！大家知道，对于发动机技术原因提高，最重要的是政府法规是重要的推动力量，在美国、中国、欧洲、日本都是这样的，大家看到现在有越来越多政府相关的努力，来抵抗这种气候变暖的现象等等，来减少汽车的减排，大家看到我们现在确实需要降低对石油燃料的使用，来降低它的减排。另外我们还有新的市场一些成员，他们也是看到了这样的机会，提升燃料的效率是非常重要的，不管是政府要不要求，它们认为这也是非常有必要的。所以这些因素加在一块，加强了人们对于提升燃油效率和降低燃油使用量的需求。所以说我们因为这个原因促使我们在提升发动机相关的性能，我们来看看全球各国对于二氧化碳不同的法规。

　　在2000年的时候，对于二氧化碳的容忍程度还是很高的，但是到了2025年的时候，我们就有了更高的要求。我们2025年美国CAFE，他们对二氧化碳的排放要求跟2010年相比，可以说标准提高了一倍。在欧盟他们同样也是有类似的法规，他们也要求二氧化碳的目标，在未来一段时间当中，也要有比较大的降低才可以。但是，现在大家可以看到，不仅是欧盟，不仅是美国，其实在全球各地都是越来越重视这个问题，所以说在二氧化碳和燃料的经济适用性方面，美国的加州其实是在这方面做得最好的，他们是最关注这个问题的一个州。所以我们看这张图片就反映了几年前和现在的比较，法规对他们的要求确实发生了巨大的变化，右边的图是不同国家对于这方面的要求。所以在这方面，法规对于二氧化碳排放就带来更大的要求，对于我们的发动机也是提出了更大的要求，发动机也想在这方面能够实现突破，必须在技术上实现突破和改善。现在的技术其实是非常清楚的，现在我们可以看到很多制造商，他们在生产发动机的时候，都是想要减少它的规模，想要使它变得更小，同时也想让它里面的压力增压，就是增压和减量是两个重要的趋势。这种发动机的技术其实我们是称之为叫直接喷射式的发动机，所以说这种发动机我们现在还是有这样相关的技术，我其实用这个幻灯片想告诉大家的是，尽管现在有GDI发动机的技术，但是它可以在一定程度上提升能源的效率，减少二氧化碳的排放，但是还是有很多地方可以值得提升的。所以说你可以看到还是有很多的机会，即使GDI的发动机，还是有很多地方可以提升它的效能的。所以说关于这方面的研究，我们还是在大力推广的，就是可以更好地提升内燃机燃烧的过程，我们大概再说一下GDI的情况，就是汽油直喷式的发动机，这个发动机是把燃料直接喷入到气缸当中，而不是像其他传统发动机一样，把燃料喷到吸气口的地方，因为这样做可以有很多好处，首先可以降低吸入气体的温度，这样的话，就可以潜在的提升我们说的压缩比，另外还可以通过这种做法提升容积的效率，因为我们可以把吸入的混合空气，跟燃料进行混合，混合之后就可以把它的温度降到比较低的程度，可以更好地提升发动机的热效率。

　　另外我们也可以在负载比较高的位置，能够实现对于气缸的清洁。所以现在很多公司它们都在进行推行这种GDI的发动机机型，但是现有的以后也是存在着一些技术方面的障碍。比如说它可能会导致比较高的PM排放，可能会增加浓缩的气体区域。另外在高复杂周期也会带来一些挑战，另外对于分成使用发动机的运作也是带来很多挑战。同时要应对这些挑战，其实我们还可以从接下来几个方向提升它。比如说我们可以通过提升它的低速力矩的方式，来解决刚才提到的这些问题。而且发动机它的一些表面也会存在一些问题。所以说我们还是必须要从其他的角度来提升它的整体的效能，而且我们刚才提到PM排放数量非常小，很小的排放物、颗粒物，它在未来的操作过程当中，可能会对于发动机性能带来很多不利的影响。刚才我们说的有更多的富集区，富集区可能还会很多温度上的变化以及影响。这样的话也会降低发动机使用的效率，然后也将会提升它的最终的能源使用的数量。所以说从这方面来讲，它存在这么多的缺陷，我们也必须要解决它的这些问题。所以说我们可以看到现在这个问题，EU和美国，还有不同的机构，都针对这个问题作出了很多规定。

　　我们在发动机方面，一定要进行更好的研究，我们要进一步在整个汽车发动机研发方面也作出了一些努力，在运行过程当中，我们发现发动机变冷，很难进行加热，这样就使得我们很难满足未来的排放标准。最近我们公司研发的一个重要的方案，就是冷却废气再循环系统，它是整个发动机能效方面重大的突破。这张图片展示的是两个不同的配置，我们看一下这是两个废气再循环系统，一个是高压废气再循环高压环路，另外一个是废气再循环在通过涡轮增压所进行的环路系统，这些系统可以进一步保留它的高气压。另外一个选择方案是低压力循环系统，我们会在低压力情况下，通过催化剂的应用，进一步对它进行气压的控制，这两种配置，在整个柴油发动机上我们可以使用废气再循环系统。我们可以看一些基本的能效驱动力，首先看一下使用周期，在右边的等式是比较完美的效率，在整个气温和汽油组合的情况下，我们可以通过实现缸内组织来确保它的能效性，我们也看到我们通过一个压缩比例，可以进一步利用并且提高整个能效。我们看右边的图表，它是整个理想奥托循环的压缩比。我们看一下伽玛数值，如果我们把伽玛从1.3改到1.5的话，就可以从根本上改变发动机的能效。首先燃料我们选的是汽油发动机，之后再进行注射，这样我们把整个燃料进行压缩，压缩它的伽玛值很低，到最后它的能效会产生变化。我们通过数值转化，可以出现2%的误差。

　　现在我们看一下其他的方法，这种EGR废气再循环系统可以给我们提供帮助，在现实使用当中，我们在实现整个高效能运作当中的壁垒和障碍，在这里面我有一个小的图给大家介绍一下哪些障碍可以阻止我们实现能效的最高值。比如发动机在高温和低温情况下运行，它也会对整个运营值产生影响，当我们使用EGR废气再循环的时候，我们可以进一步减少整个热力的损失，因为我们可以像整个工艺当中注入更多的燃料，在下面这个区域我们把它称为摩擦，EGR可以在整个摩擦方面，做出一系列贡献。我们知道在发动机使用过程当中，会存在一些摩擦问题，所以我们可以通过EGR废气再循环系统解决这方面的问题。我们可以注入一定量的空气，进行稀薄，之后增加它的压力，之后再整个低负荷情况下进行泵出力。还有一个需要我们关注的，就是发动机的操作区域，这个区域会出现爆震问题，也是需要我们着力处理的区域，在这个区域我们会提前选择它的压力和数值，我们也需要在理想的位置，选择它的热损失值。我们可以看到它的潜力是巨大的，它可以帮助我们在内燃系统上做出更好的提升。

　　当我们使用EGR废气再循环系统的时候，我们可以看到它可以帮助我们进一步容忍爆震现象，进一步实现内燃，从而提高它的效率。如果我们看一下，在上面左部分的图表，这里面进一步解释了这个区域有一个上限值，比如在内压值我们可以使用最高是多少值的内压值，我们可以在整个时间上，在整个爆震时间上进行更好的设置，之后我们看到内燃机它的限值就会更加稳定，通过废气我们进一步提高爆震它的容忍性，我们也可以进一步提高整个压缩率。之后我们看到整个运营区域的效率得到更好的完善，这里面是一个范例，它介绍到了发动机如何进一步回应废气再循环系统EGR，这里面使用了冷却的废气再循环系统，有两阶段的增压过程，我们看一下它每千瓦时的耗能是250克，如果我们从0—25%范围内条动EGR废气再循环，它的整个内燃阶段会出现不同的调整，我们可以看到它的压缩点在哪儿，一般来说我们可以在PV图表上得到很好的体现，我们可以看到在延缓的内燃阶段，我们可以实现黑色曲线，它是一个非常完整的汽车周期。从这点来看，比如在能源使用上，每千瓦250克的话，10%的变化，就可以改变整个最终的能源利用效率，会导致最后的废气再循环EGR到15%—25%，整个发动机会变得非常有效，整个减排也会更加具有潜力。

　　NOX可以通过EGR来进一步减少35%，这是我们通过安装废气再循环系统所实现的很好的结果，我们看到如果EGR废气再循环达到25%，整个能效能够进一步完善。我们也看到EGR可以通过在不同数值之间的变化，来影响整个内燃机的供销和燃料的使用。由于低反应率和低温度，它不会在整个内燃机系统当中实现循环，我们可以通过催化剂的作用，来进一步提高它的能效，同时，也可以进一步废气再循环系统，来进一步减少能源的使用。在这里面我们也可以看到二氧化碳的排放，也可以得到很好的减少。这是与气温相关的反应，由于低温度通过一系列爆震，来进一步减少二氧化碳的排放，这里面数字是比较低的，这些催化剂可以在整个不同的发动机部件当中进行很好的作业，这里面我们可以看到，我们可以通过相关技术的研发，来进一步应用高稀释度的燃料。比如说在整个生产设计环节，我们可以通过不同的方法，在正常的轻量化增压应用过程当中，来进一步区分不同的稀薄环节。在控制方面，我们也可以通过控制内燃，通过使用EGR，来进一步完善整个爆震过程，如果我们使用太多的废气再循环，它就会导致内燃。我们必须要保证EGR的一个集中能动性，来确保它的内燃效果，温度会进一步下降，它需要使用有效的增压技术，来进一步提高它的内燃效率，来保证发动机的需求，在之前我们也提到了，其实在整个稀薄燃烧，我们设计了很好的催化剂辅助系统，我觉得这些相关的信息都是比较常识的信息，比如说我们在EGR废气再循环系统上也可以进一步提高发动机的效率，来进一步完善强劲的控制系统，我们也可以通过让一级供应商给我们提供组件，来使整个流程变得有效。

　　我们可以看出通过EGR废气再循环系统实现的结果，在现实测试当中，我们都可以实现很好的燃料经济效益。通过为直喷涡轮增压发动机，我们可以进一步完善整个能效发动机的速度，以及二氧化碳的排放。所以在这方面在每千瓦250克的环境下，我们可以通过使用废气再循环提高能效。我们可以看一下GDI直喷涡轮增压发动机，如果我们和涡轮增压发动机相比的，它可以进一步提高11%的能效点，我们看到通过NAMPA基准线，数值整个会超过11%。现在的技术已经在过去几年里成功投产，现在已经有相关的发动机使用了冷却废气再循环EGR系统，像丰田的雷克萨斯、本田、马自达等等也使用了这种方案，其次在增压利用方面，斯巴鲁和尼桑也使用了这种技术，现在整个成本并不是特别高，但是在全球我们可以看到EGR引擎覆盖率正在不断增加，在中国我们也会将整个废气再循环系统引入大陆市场，现在我们还面临很多挑战，现在我们需要进一步提高废气再循环系统对发动机的容忍度以及内燃稳定性，我们也需要进一步在爆震方面做更多努力，我们也需要在增压发动机上进一步减少爆震现象，我们也需要进一步减少内燃速度，进一步提高和完善内燃效率，我们也会进一步完善内燃机和发动机的效率，现在在一系列相关技术领域，我们需要冷却的EGR废气再循环系统来完善技术，我们也需要更完善的方案。这里介绍的是一个例子，我们把废气进行回收，来满足EGR废气再循环系统，优势是通过这样的配置，生产出EGR的气缸会进一步充盈，它可以帮助我们进一步完善稀释度，减少二氧化碳排放，也可以帮助我们产生很多的氢气，它的整个燃烧值更高一些，这样可以进一步提高爆震的容忍度，也进一步完善了发动机的效率。

　　刚才我给大家介绍了对于发动机方面，每千瓦不到200克等等，通过这个技术我们可以进一步完善这样的数值。现在整个发动机是每千瓦不到200克，它的整个燃料经济和整个增压效率都会更加完善。

　　最后我想总结一下，现在的新型技术，在轻量化和增压GDI涡轮增压直喷技术方面，可以帮助我们进一步完善不同车型的发展，发动机会变得更加有效，所以我们需要提高它的性能，在现实生活当中，我们也需要进一步关注冷却EGR的使用，它可以帮助我们提高效率，我们也需要在轻量化应用当中，重新回收那些失去的效率，冷却EGR和其他相关技术，并不是有一种竞争态势，而是相辅相成的局面，非常感谢大家的倾听，谢谢！

　　主持人：非常感谢克里斯托弗先生的演讲！下面有请德国汽车工业联合会董事、总经理司马天先生作演讲。