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彭立新康明斯把最新燃油技术推向高潮

发布时间:2019-09-13 03:48:00

  彭立新:康明斯把最新燃油技术推向高潮

  为推动科技进步,增进国际交流,引导节能减排技术趋势,2009中国汽车工程学会年会于2009年10月日在北京举办

  。本届年会得到了广大科技人员的广泛支持,包括众多世界知名汽车整车及零部件企业在内,近550多名汽车行业的专家学者、工程师参会讨论。广大工程技术人员在此论坛分享我国汽车技术最新成果,争辩方向,激扬思想,以下是康明斯东亚区发动机技术总监/康明斯东亚研发中心董事长彭立新博士发言实录:

  彭立新(美国康明斯公司):各位发动机界的前辈、各位同行,大家早上好。非常荣幸今天有这个机会在这里在排放,怎样应对发动机,特别是柴油机技术发展的推进器,跟大家谈一些想法,供大家参考。

  回顾排放的历程,大概是1976年美国开始做排放法规控制的时候,当时我不在美国,我听说当时三大公司联手极力反对,一个理由是这个法规控制太严,如果实行这个法规对发动机的油耗、性能损害太大,另外一个理由是实行这个法规的成本过高。 以这两大理由阻止,当时美国环保部进行排放标准的控制,到今天当时的排放标准和今天的排放标准比是9:1,今天只剩下10%的排放数据了。听说最后美国环保部之所以能够做,是因为本田公司做出了第一台满足当时排放的车送到美国。这个历史也是很像今天有些的说法和做法。

  雾霾是一个新名词,在美国、在中国都成为了一个影响大家正常生活的一块,还有一个新名词,叫做酸雨,这都是近几年出现的一些新名词,在这种情况下全球开始了以三大法规体系环保的工作,包括美国的体系、欧洲体系和日本体系,这张图显示的是现在正在实行的体系的情况。中国走的是欧洲体系,欧洲体系有20年,在这20年的过程中我们柴油机最重要控制的一个是颗粒,一个是氮氧化物,这两个排放的情况已经减少了90%,氮氧化物减少86%,颗粒减少95%。我们90年代一年产100多万台车,到今天是1000万台车,排放上留给了我们10倍的空间继续生产车和继续扩大这个市场。

  我们是怎么做到的呢?从柴油机开始说,90年欧洲开始做排放控制,这是巧合也好是技术推进也好,这时直喷式柴油机形成我们的一个新技术,然后逐渐到电喷,这张图纵坐标是深功率,可以看出90年是一个转折,在前面多少年都是比较慢的往上升,到了90年以后我们有了一个非常大的转变,有两大因素,一个就是直喷技术,第二个就是电控技术。在这个发展里面带来了很多其他的东西,比如说爆发压力,爆发缸内压力在不断增加,所有的技术都必须跟着这个往前走,这也是使我们今天享受跟20年产业界完全不一样技术的原因。

  20年来柴油机技术也从经验工程逐步走向科学。在20年前或者30年前我们对柴油机的认识非常浅薄,把油送进去,活塞往下行把空气吸进去以后进行一定的混合给我们提供能量,这是我们一个经验工程可以认识到的。只有到了后来,就是最近20年我们有了各种各样的研究手段和技术,对于燃烧过程有了一步一步的认识,我们可以把一个油嘴给出来的空气燃料比,可以从无穷大到无穷小这样一个变化范围内每一个过程都有清晰的认识,使得我们有办法可以控制颗粒、可以控制氮氧化物,我们说颗粒和氮氧化物是一个相互矛盾的控制条件,所有对于颗粒控制有利的技术、手段都会增加氮氧化物的生成,这使得我们过去在一段时间里面有点束手无策。有人说当油到柴油机气缸里面之后剩下的就只有上帝知道了,我们没法控制,直到后来我们才发现实际上不是这么回事,这张图很清楚,在颗粒和氮氧化物生成中间出现了一些绿色的区域,就是在这些绿色区域里面可以实现氮氧化物和颗粒的同步下降,有了这样的认识以后大家就开始在这方面做工作了,所以改善混合器条件、降低局部空燃比,使得我们往绿色区域走。正是这样一些技术使得柴油机的排放能够走到今天。

  在柴油机走到今天的同时,我们对柴油机内部有了非常清晰的认识,有了很多手段,HCI就是一个例子,虽然HCI还不是非常成熟,但是它在内燃机技术的技术这两个字上面是完全崭新的一个思路,给我们提出了我们应该追求的方向。同样是在这样一些技术引导下,我们逐步搞清楚颗粒和燃油参数之间的关系,我们逐步搞清楚氮氧化物、废气之间的关系,搞清楚颗粒跟压力之间的关系,正是这样一些东西,使得我们刚才说的发动机柴油机技术逐步走向科学。

  这里面硬件主要有两大块,一个是燃油系统,一个是变压系统,对于一个柴油机来说需要两个东西,油和气。20年来燃油系统一直引导着柴油技术一步步走向今天,这是康明斯几代燃油技术的历史回顾图,从50年代开始康明斯开始做PT燃油系统,从原来1000公斤左右到超过2500公斤的压力。大家可以注意到这里面有两个拐点,一个拐点是80年代,第二个拐点是90年代,正好跟美国的排放控制、跟欧洲的排放控制是吻合的。这也进一步的说明,正是排放法规的要求驱动、推进了我们一步步的把燃油技术推向了今天的高潮。

  另外油嘴的精细化,每年的时间里面出现了各种不同的喷嘴系统,喷嘴的每一嘴的统计大小在逐年下降,嘴数也在逐渐增多,现在一个嘴8个孔,每个孔0.1毫米成为了典型的技术,这也是90年代开始出现了这些进步,使得我们的喷油状态变得跟20年前非常不一样。

  没有增压器的推进,没有气方面的补充也是不可能完全燃油机技术进步的。这里选了增压器的最大速度,还有增压器的可靠性和增压压力,大家也看得出来,1990年也是这三个参数的拐点所在,在这样一个排放推动下,增压器的可靠性、增压压力和增压器的速度在不断的增加,允许我们喷进更多的油,允许我们达到更高的要求。喷油机也有各种各样的技术,这个技术不光使压力增加了,而且还提出了智能型的要求,有各种各样的VCT,也就是可便携增压的增压器出现。

  除了两个重要的燃油系统和增压系统以外,其它的系统也在逐步的改进,保障整个柴油机系统的转型发展。这里有两个例子,从冷却系统、润滑系统、电池系统,也是利用各种各样的实验依据手段来保证这些系统的发展,这是我们逐渐从经验工程走向科学的一些例证。

  另外一个柴油机方面的发展,就是噪声。从2000年欧洲进入欧三时代用了电控技术,05年进入欧四时代燃油系统开始进入可以调整燃油喷式规律的时代以后,我们的噪声是一步一步的完善了,这里有三个分贝数,一直从2000年走到今天已经走了两个数量级,相当于原来是三台柴油机的噪声,现在只有一台柴油机的噪声了,就是这么一个概念。

  柴油机的技术从工程走向科学还没有停止,实际上由于电控技术的不断引入、不断完善,柴油机技术还在不断的走向高科技,大家在高科技研究里面可以发现很多发动机的研发机构、开发公司,因为大家都承认这已经成为一个高科技,大家可以看到增压器、燃油系统、售后服务工具的控制,都把柴油机变成了一个智能的东西,原来曾经是活塞、连杆、曲轴转化可以变成一台机器,现在不是了,可以把它变得越来越智能,现在已经不再是一堆器械了,这也使得我们柴油技术进入了高科技时代,这没有停止柴油机本身,还在于柴油机的系统。一台车开出去以后,跟整个系统联系起来,可以知道你的车开到哪里了,现在的油耗怎么样,机油量是不是够,服务信息的反馈,都可以实时的每一分钟或者几分钟把信号给到总部,比如车出了问题司机不知道,结果我们的服务人员先知道了,马上给司机打,说你这个车出问题了,会有安全隐患。整个柴油机就不是生产的东西,就已经成为社会的一部分了。也就是说柴油机从经验工程逐步走向科学、走向高科技。

  后面的路怎么走呢?这是国家信息中心画的一张图,这张图有多少可靠性暂不说,但它的趋势我是认同的,这里面有几点。第一,能源的多元化,今天由柴油机、内燃机传统的工业堵挡市场会逐渐成为历史,今后会出现各种各样的能源形式。第二,动力的电气化,它的明显优势在于两点:一、把污染源从人口集中的城市挪向了其它的地方,可以挪向沙漠,也可以挪向人更能忍受的地方;二、把能源的来源从完全固定在石化变到了多能源,比如太阳能、风能、水能,都是用电这个东西来转化。所以动力的电气化是绝对的趋势。这张图很有意思,到10年以后2020年,传统的柴油机大概还有70%的市场,到了2030年以后,也就是20年以后,那时候大家会发现传统的技术只剩下百分之几了。

  混合动力这块美国做的最多,现在70%的混合动力市场在美国,刚才欧洲教授也说了,电池是一块非常重要需要突破的技术,只有电池的技术被突破,我们这一块才有可能真正的产业化。昨天在讨论的时候,有人提出一个1/40的概念,成本要降40倍才可以真正的产业化,这个数有多少可行性也很难说,但是告诉我们这里面有非常大的工作要做,需要我们技术的突破。燃料电池也是大家在攻关的东西,逐渐在走向商业化,但也逐渐被大家认识到了它的艰难性。

  最后想说一句,康明斯在这些新的技术方面投入了非常大的力量,也在准备投入更多的力量来迎接挑战,我们要做排放,但是绝对没有意识走到这种境界,为了零排放我们走到马车时代,昨天有人说了马车的二氧化碳排放比汽车还要多一些,所以这不是零排放,所以我们没有必要走回到过去的时代,今天的时代,我们要做的是和在座的同仁们一块负起环保的,一块往前走,让明天变得更加美好。

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