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庄闲最稳公式打IND4话题丨内燃机“生死”大讨论

  原标题:IND4话题丨内燃机“生死”大讨论 科技部长给你一个“肯定”的答复

  在“禁售燃油车”风波后,内燃机技术会有怎么样的调整,有哪些新的发展方向?

  内燃机在相当长时间内仍然会是市场的主力,它具有难以替代的地位,特别是在货运、客运以及船舶运输中,更是发挥举足轻重的作用。

  1月15日,来自科技部、中国科学院、中国工程院、清华大学、天津大学以及内燃机行业等的众多专家代表在北京举行了“传统燃料车辆动力技术转型升级国际研讨会”,大家围绕“节能减排、绿色发展”主题,对于内燃机技术下一步如何转型升级和可持续发展展开了热烈讨论和商议。

  中国内燃机工业协会会长谭旭光指出,在一定程度上,本次会议为我国内燃机工业迈向高质量发展新时代,推进内燃机技术发展和产业升级发挥了积极的作用。

  明确了传统能源动力升级和新能源动力发展要实现全球资源的共享,走联合开放创新之路;

  从2017年下半年开始,长存已久的内燃机行业似乎遇到了一些挑战,面对“禁止燃油车销售”传闻以及一些国家推出的“退出燃油车市场时间表”,各方人士似乎认为这项伟大的发明将要不久于“人世”。

  面对质疑,我国专家给予了正面回答。根据我国的实际国情和未来的发展需要:未来,内燃机还有很长的路要走。

  经济社会的绿色发展、人与自然的和谐相处是大势所趋,随着社会的发展和人民对美好生活要求的提高。

  内燃机技术转型升级的目标应该是节能减排,我们下一步要做的,是要突破燃烧技术问题。

  德国FEV公司CEO史蒂芬·皮辛格也认为:“当前,无论在中国还是世界其他国家,我们的目标就是要实现零排放或者近零排放,其中最大的挑战事实上就是二氧化碳排放。”

  除了内燃机本身的技术创新以外,我们也应该注重内燃机与电动化融合发展的技术创新。内燃机与电动化相结合是未来车用动力技术,包括非柴油动力发展的一个新方向。

  内燃机发展路线要结合新技术的研发应用以及新型动力系统混合驱动的需求,用更低的成本去满足更高要求的排放,这才是一个最佳的路线。

  “在车用能源领域,氢燃料发动机将成为车用电动化转型的主要方向,是实现车用动力清洁、低碳、高效的必由之路。”万钢认为,氢能燃料电池是实现车辆使用阶段“零排放”、“全生命周期低排放”的重要技术方案,是未来汽车产业技术竞争的制高点。

  汽油缸内直喷(GDI)使喷油控制更灵活,有利于提高压缩比和实现稀燃,技术优势明显。

  喷油器侧置GDI已得到普遍应用,大众等欧洲公司引导了该技术发展潮流,继而美国,近几年日本也大量采用,中国近年来已有多款自主开发的GDI发动机量产。

  欧美日三大板块新车中的GDI汽油机占比快速提高,2015年是2009年的3-4倍,尤其欧洲占比已达75%,中国在2015年GDI占比也超过25%。

  喷油器中置GDI系统,具有改善爆震、降低碳烟和机油稀释等优势,但也存在喷嘴安装空间紧张,容易积碳导致耐久性不好,比侧置GDI设计制造难度更大等问题。

  2010年戴姆勒公司开始产业化,2014年欧洲新开发的汽油机全部为中置GDI,目前美国和日本尚未使用。

  GDI+PFI的双喷系统,兼有两者的优点,在不同工作条件下切换使用,PFI喷射主要用于冷启动和中小负荷,GDI主要用于中高负荷及要求多次喷射的工况。

  双喷系统具有组织燃烧更灵活、控制爆震、抑制冷启动时的碳烟排放等优势,而成本增加不多。

  以直喷+增压为核心内容的小排量化(Down Sizing)显著提高了汽油机的热效率和动力性,升功率超过100kW,升转矩超过200Nm的汽油机已不鲜见。

  2015年,欧美日新开发汽油机中采用【GDI+T】 技术占比为75%~100%。

  2015年,日本新开发的7款发动机中6款是【GDI+T】(另一款是HEV专用发动机),表明日本的思路在近两年中有重大变化,也跟进了小排量化潮流。

  提高压缩比和增压小排量,都使燃烧室内的能量密度成倍增高,导致“超级爆震”发生,其机理尚未完全搞清。这也是当今小排量汽油机研发难点。

  清华大学研究表明,超级爆震现象有可能由“敲缸”进入了“爆震燃烧”,即“Knocking”变为“Detonation”。

  提高进气滚流强度可以加速宏观的油气混合,并在压缩终了转变为高强湍流,以加速火焰传播。

  高速燃烧在抵消稀燃和EGR等带来的燃烧不稳定问题同时,可提高燃烧效率和热功转换效率。

  米勒循环与阿特金森循环的原理相似,都是以膨胀比大于压缩比的原理来提高指示热效率。

  最先由丰田公司和本田公司用于混合动力专用发动机,后在日本普通汽油车上也开始使用。

  2014年日本新开发的10款发动机(非HEV)中有6款用阿特金森循环技术,欧美尚未见使用。

  启停技术,即汽车停驶和怠速时停止发动机运转,汽车起步时快速启动发动机进入工作状态。

  EGR原本是用于减低NOx排放,但在汽油机上使用可降低泵气损失,进而改善中低负荷油耗,冷却EGR还兼有中高负荷控制爆震和降低排温的作用。

  缸内直喷+精确控制空燃比+多气门技术+稀燃技术连续气门正时及升程+小涡轮增压是否为当今汽油发展方向?

  清华大学在2010年提出了稀释稀燃=空气稀燃+废气稀释的思路,Lean Dilution Combustion,综合一代和二代GDI优点。

  如果有更好的GDI发动机、更强的点火系统,稀燃范围可进一步扩大,节油效果会更好。

  沿用“火花点火,火焰传播”燃烧方式,汽油机要实现50%的热效率有很大难度。

  “均质压燃HCCI”可使汽油机热效率大幅提高,在进行了十几年的基础研究后,目前面向产业化的研究仍在进行中。

  中国研究者在第三期973计划研究中,从燃料与燃烧融合入手,走“低温压燃”技术路线,以期实现高效低排放内燃机目标。

  电控水泵和电控机油泵可以根据发动机工况合理改变其压力或流量,降低附件耗功,提高机械效率,可分别降低整车油耗1%~1.5%。

  近几年来,电控水泵和机油泵的应用明显加快,从2013年仅在欧洲2个公司的产品上应用,到2014年发展到欧美日共6家公司应用,其中3家公司同时采用电控水泵和电控机油泵。

  未来30年内燃机仍是汽车的最主要动力系统,车用汽油机的热效率有可能在2020年左右达到50%,而柴油机将会更高,内燃机在节能减排方面将更具优势。汽车发动机产业作为先进制造业的代表,技术含金量非常高,它是体现综合竞争力的标志性产业,将是我国制造业、汽车产业实现创新驱动、转型升级、由大变强的主战场。

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