l節(jié)能環(huán)保正成為汽車動(dòng)力總成的主要課 題
傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)作為汽車動(dòng)力的主要解決方 案.在過去的20年里經(jīng)歷了重要的技術(shù)變革和創(chuàng) 新,主要集中在如何提高動(dòng)力性和滿足排放法規(guī)方 面.但隨著能源安全以及環(huán)境問題的日益凸顯,汽車 產(chǎn)品滿足排放法規(guī)已經(jīng)成為面對國際競爭的最低門 檻,而降低油耗(減少CO:排放,控制全球溫室氣體 效應(yīng)),能源多樣化已成為目前汽車產(chǎn)品競爭的主要 要素.由于內(nèi)燃機(jī)在短期內(nèi)仍然會在汽車產(chǎn)品中扮 演重要角色.所以動(dòng)力總成不可避免地要面對應(yīng)對 上述三重挑戰(zhàn)的壓力. 由于石油消耗的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了新儲量的發(fā)現(xiàn) 以及生產(chǎn)能力的增加速度,從而推動(dòng)了油價(jià)的持續(xù) 上漲.盡管目前由于受到經(jīng)濟(jì)危機(jī)的沖擊.以及對未 來經(jīng)濟(jì)及消費(fèi)能力的不良預(yù)期,油價(jià)在短期內(nèi)出現(xiàn) 了回調(diào),但石油作為稀缺能源,價(jià)格必然會不斷上 漲,這已成為目前動(dòng)力總成技術(shù)創(chuàng)新的主要驅(qū)動(dòng)力. 國際上對CO:溫室氣體的減排壓力,對動(dòng)力總成技
2009年第5期
術(shù)的發(fā)展有著重要意義.汽車產(chǎn)品作為溫室氣體排 放的重要污染源之一,通過技術(shù)創(chuàng)新以降低能源消 耗.減少溫室氣體排放已追在眉睫.隨著世界各地越 來越多的政府的參與,日益嚴(yán)格的CO:排放法規(guī)(圖 1)及標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施已成為不可避免的趨勢.
圖1全球C02排放法規(guī)及中國COz排放法規(guī)實(shí)施戰(zhàn)略
雖然以CO,排放為主要競爭戰(zhàn)略的動(dòng)力總成競 爭態(tài)勢已經(jīng)形成.但嚴(yán)格的排放法規(guī)仍然是機(jī)動(dòng)車 動(dòng)力總成參與全球競爭的重要門檻,并始終作為新 一代動(dòng)力總成產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)源泉.全球乘用 車排放法規(guī)PM和NO.限值見圖2和表l所列.
一1一
萬方數(shù)據(jù)
·特約專題· 用汽車公司公布r其向"零進(jìn)軍的"("MARCH
TO
ZERO")未來動(dòng)力總成戰(zhàn)略,這一全球性瞄準(zhǔn)長期的 戰(zhàn)略目標(biāo)是開發(fā)具有最大能量效益的零排放驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng),以傳統(tǒng)動(dòng)力總成的持續(xù)改進(jìn)作為其近期工作.混 合動(dòng)力及電動(dòng)汽車作為其中期發(fā)展目標(biāo),而將氫動(dòng) 力燃料電池技術(shù)作為其未來產(chǎn)品的終極技術(shù).德國 奔馳公司采取了同樣的戰(zhàn)略.但將近期工作重點(diǎn)放 在柴油技術(shù)的創(chuàng)新方面.持續(xù)開發(fā)并應(yīng)用BLUETEC 技術(shù),走柴油,柴油混合動(dòng)力,電動(dòng)汽車及燃料電池
圖2全球乘用車排放法規(guī)PM和NO.限值
的產(chǎn)品技術(shù)路線.日本日產(chǎn)汽車公司在其公布的"日 產(chǎn)綠色計(jì)劃"中,綜合了降低CO:排放,降低排氣污 染物及保護(hù)大氣,環(huán)境,土壤和水的i方面要求.采 取類似的產(chǎn)品策略,致力于開發(fā),普及低CO:排放 或無CO:排放的電動(dòng)能源動(dòng)力系統(tǒng).
表l全球乘用車排放法規(guī)PM和NO,限值g瓜m
標(biāo)準(zhǔn) US(EPA)94 US(EPA)04 US(EPA)07 US(EPA)09 US(CARB)94 US(CARB)04 US(CARB)07 EUⅡ EUⅢ EUⅣ EUV
CN I
年份
1994 2004 2007 2009 1994 2004 2007 1996 20()o 2000 2009 200l 2004 2007 2010
NO. 0.62 0.37 0.124 0.044 O.62 0.19 0.044 0.9 0.5 O.25 O.2 1.58 0.9 O.5 0.25
PM 0.05 0.05 0.012 0.006 O.05 O.05 0.006 0.1 O.05 0.025 0.005 0.25 O.1 O.05 0.025
CNⅡ CNⅢ CNⅣ
2當(dāng)前汽車節(jié)能環(huán)保的重大產(chǎn)品技術(shù)
2.1汽油直噴技術(shù) 汽油直噴技術(shù)(GDI)在第二次世界大戰(zhàn)期間就 已應(yīng)用于奔馳公司的運(yùn)動(dòng)型跑車中,但當(dāng)時(shí)受到成 本的限制始終無法得到廣泛應(yīng)用.20世紀(jì)90年代. 日本三菱公司成功推出汽油直噴動(dòng)力總成產(chǎn)品.并 注冊了GDI商標(biāo).由于受到電子技術(shù)和其他系統(tǒng)技 術(shù)的限制,該技術(shù)只是在近年來才開始應(yīng)用. 汽油直噴技術(shù)的主要優(yōu)勢是可以提高燃油的經(jīng) 濟(jì)性并增加功率輸出,噴射過程產(chǎn)生的冷卻效果以 及均勻的混合,使燃燒效率得到更好的優(yōu)化.并能夠 根據(jù)不同的工況采取不同的噴射策略.降低泵氣損 失,更加精確地對排放進(jìn)行有效控制.直噴技術(shù)可以 實(shí)現(xiàn)空燃比的調(diào)節(jié)比化學(xué)計(jì)算(14.7:1)更加稀薄的 狀態(tài).甚至可以高達(dá)65:1的水平,從而有效降低了 燃油消耗.但由于受到稀薄燃燒點(diǎn)燃技術(shù)及污染物 控制技術(shù)的限制.以及零部件復(fù)雜機(jī)構(gòu)的不利影響, 目前國際上普遍采用均質(zhì)汽油直噴技術(shù).并發(fā)展成 為目前動(dòng)力總成技術(shù)的主流.GDI技術(shù)發(fā)展趨勢及 對燃油經(jīng)濟(jì)性的貢獻(xiàn)如圖4所示.
汽車技術(shù)
隨著石油資源的消耗與探明儲量及產(chǎn)能的不均 衡發(fā)展.石油資源已成為限制汽車工業(yè)發(fā)展的重要 因素之一.我國的石油進(jìn)口量在2001年已達(dá)到了 30%.到2005時(shí)的石油依存度已達(dá)到了41%.2008 年這一數(shù)字已經(jīng)超過了50%.為擺脫石油資源的桎 梏,近年來.國內(nèi)外各大汽車生產(chǎn)企業(yè)紛紛開展新能 源汽車的產(chǎn)品開發(fā).即除傳統(tǒng)的汽油,柴油燃料以 外,氫氣,合成油,液化石油氣,壓縮天然氣,甲醇,乙 醇,二甲醚,生物柴油等眾多節(jié)能,環(huán)保型燃料(圖 3)日益受到重視.世界各國均根據(jù)自身的資源情況, 制定了相應(yīng)的燃料多樣化利用政策.以充分挖掘傳 統(tǒng)動(dòng)力總成技術(shù)潛力.應(yīng)對資源緊缺的局面及節(jié)能 環(huán)保的要求. 雖然目前汽車的動(dòng)力總成還依賴于傳統(tǒng)的內(nèi)燃 機(jī)技術(shù).但能源與環(huán)境的壓力,迫使人們考慮更加清 潔的汽車動(dòng)力,并致力于減少排放污染物,遏止環(huán)境 污染以及溫室氣體效應(yīng)帶來的全球變暖問題.全球 各大汽車制造商紛紛制定了未來汽車產(chǎn)品戰(zhàn)略,并 無一例外的將零排放污染作為其終極目標(biāo).美國通 一2一
萬方數(shù)據(jù)
·特約專題· 油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的起停技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,并成為未來技 術(shù)發(fā)展的主流,汽油直噴起停技術(shù)原理如圖6所示.
圖4歐美GDI技術(shù)發(fā)展趨勢以及GDI技術(shù)的 燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢對比
圖6直噴汽油機(jī)起停技術(shù)
2.2汽油機(jī)增壓技術(shù) 汽油增壓技術(shù)目前已被廣泛使用以改善發(fā)動(dòng)機(jī) 性能,尤其是在降低油耗及控制排放方面做出貢獻(xiàn). 增壓技術(shù)一般分為廢氣渦輪增壓及機(jī)械增壓兩種. 就性價(jià)比而言.目前廢氣渦輪增壓技術(shù)是降低燃油 消耗的最為有效的方案.采用增壓技術(shù),可以降低燃 油消耗3～5%.增壓技術(shù)通過提高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率, 降低排量以及調(diào)整輪數(shù)比的方式改善燃油消耗率. 增壓技術(shù)的關(guān)鍵問題是如何解決發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)扭矩 響應(yīng)問題(低端扭矩).尤其在整車起動(dòng)階段.廢氣渦 輪增壓與機(jī)械增壓技術(shù)有多種方式,單獨(dú)使用或進(jìn) 行技術(shù)組合(圖5)可增加功率密度,以實(shí)現(xiàn)降低油 耗,減少污染的目的.采用增壓技術(shù)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī), 可以達(dá)到40 kW/L的升功率:采用汽油直噴增壓技 術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)(兩級增壓).可以達(dá)到70～75 kW/L的升 功率.增壓技術(shù)的另外一個(gè)優(yōu)勢,是通過提高發(fā)動(dòng)機(jī) 的功率密度,降低發(fā)動(dòng)機(jī)外形尺寸并減少動(dòng)力總成 的質(zhì)量,即能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的精益化設(shè)計(jì). 2.3發(fā)動(dòng)機(jī)起停技術(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)起停技術(shù)主要通過減少發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí) 間.從而降低燃油消耗.對于采用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的 車輛.可以實(shí)現(xiàn)節(jié)油5%～lO%,該技術(shù)可還與混合 動(dòng)力技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用.發(fā)動(dòng)機(jī)起停技術(shù)可以采用發(fā)電 機(jī)/起動(dòng)機(jī)集成技術(shù).或采用加強(qiáng)起動(dòng)機(jī)方案來實(shí) 現(xiàn).但上述技術(shù)方案對電池的要求比較高.而隨著電 控系統(tǒng)的成熟以及汽油直噴技術(shù)的普及.應(yīng)用于汽
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2.4發(fā)動(dòng)機(jī)可控配氣機(jī)構(gòu) 發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)可控技術(shù).是隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,負(fù) 荷的變化,能夠自動(dòng)改變配氣相位及氣門升程,以提 高氣缸的充氣量并選擇合適的氣門重疊角.使發(fā)動(dòng) 機(jī)能在較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)獲得最大的扭矩和最為經(jīng) 濟(jì)的油耗指標(biāo)的技術(shù).目前可變氣門正時(shí)與升程技 術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品.可以通過進(jìn) 氣相位,排氣相位的獨(dú)立或聯(lián)合調(diào)節(jié),以及氣門升 程,正時(shí)及持續(xù)期的改變.實(shí)現(xiàn)排放,燃油經(jīng)濟(jì)性,扭 矩,功率以及怠速穩(wěn)定性的優(yōu)化.發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu) (圖7)的可控技術(shù)大致可通過柔性控制與凸輪控制 兩種手段予以實(shí)現(xiàn).
圖7發(fā)動(dòng)機(jī)可控配氣機(jī)構(gòu)
2.5
Downsizing技術(shù) Downsizing技術(shù)的主要功能是降低大尺寸自然
吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失,以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用效率, 并改善主要工況下的負(fù)荷轉(zhuǎn)速燃油消耗特性.
一3一
萬方數(shù)據(jù)
·特約專題· Downsizing技術(shù)使得機(jī)械摩擦損失,燃燒穩(wěn)定性及降 低泵氣損失之間實(shí)現(xiàn)了平衡.雖然不同種類的發(fā)動(dòng) 機(jī)有所不同.但是Downsizing提供了簡潔有效的燃 油經(jīng)濟(jì)性解決方案.使其對未來的重要度不斷增加. 目前公認(rèn)的Downsizing主要技術(shù)如圖8所示.前4 種技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于動(dòng)力總成,其中.可變壓縮比 技術(shù)不是目前的主流,而歇缸技術(shù)已被四缸以上發(fā) 動(dòng)機(jī)廣泛采用.歇缸技術(shù)是針對汽油機(jī)的低部分負(fù) 荷時(shí)降耗的有效措施.因?yàn)樵谄骄?fù)荷狀態(tài)下.氣缸 中的低充氣效率及低溫狀態(tài)對發(fā)動(dòng)機(jī)效率不利.歇 缸技術(shù)對于發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷狀態(tài)下丁作是一種節(jié)省 油耗的有效方案.可以利用一半的氣缸T作并使其 處于高負(fù)荷的工況以提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率.但由于歇缸 技術(shù)會對運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生不利影響,影響發(fā)動(dòng)機(jī)的舒 適性,所以歇缸技術(shù)適用于六缸以上的發(fā)動(dòng)機(jī). 日益嚴(yán)格的排放法規(guī)要求.同時(shí)提高整車的動(dòng)力性, 經(jīng)濟(jì)性和舒適性.電子技術(shù)的日新月異,使得發(fā)動(dòng)機(jī) 的控制越來越依賴于電子控制技術(shù).并從最初的實(shí) 現(xiàn)燃油定量與點(diǎn)火定時(shí)(噴油定時(shí)).發(fā)展成以控制 策略主導(dǎo)的集成控制技術(shù).其主要包括噴油控制,燃 燒閉環(huán)控制,EGR及節(jié)流閥體控制,增壓控制,柴油
入控制,扭矩控制,SCR控制,LNT/SC啪PF模式,原
排放模式,氣缸充氣模型等lO個(gè)方面內(nèi)容.目前國 內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)電控水平還只是處于初級階段.首先應(yīng) 重點(diǎn)探索并應(yīng)用燃燒閉環(huán)控制技術(shù).發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒閉 環(huán)控制及采用缸內(nèi)壓力傳感器,通過多監(jiān)測缸壓,曲 軸位置等信號,實(shí)現(xiàn)對噴射的修整,從而實(shí)現(xiàn)對噴射 實(shí)施點(diǎn)的有效控制并提高工作效率.奧迪公司已在 2008年在全球率先推出了世界首個(gè)具有燃燒閉環(huán) 控制的3.0LV6TDI發(fā)動(dòng)機(jī).其次是重點(diǎn)發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī) 電控嵌入式軟件系統(tǒng).汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)簡化了軟 件的開發(fā)流程,并使ECU軟件具有復(fù)用性.擺脫了 ECU軟件開發(fā)嚴(yán)重依賴硬件及系統(tǒng)配置的狀態(tài).該 架構(gòu)更加開放,標(biāo)準(zhǔn)化程度高,利于電子系統(tǒng)軟件的 交換與更新.寶馬公司已在量產(chǎn)車型上采用了基于 該架構(gòu)的電控技術(shù).
I!薹l 8典型的Downsizing技術(shù)
2.6新一代柴油共軌技術(shù) 日益嚴(yán)格的排放法規(guī),不斷提高的功率系數(shù)以 及降低油耗的要求.迫使柴油機(jī)的噴射壓力不斷增 加,控制方案更加柔性.柴油共軌系統(tǒng)因其上述優(yōu) 勢,為全球的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商提供了有效的解決方案. 采用現(xiàn)代共軌系統(tǒng)的歐Ⅳ平臺柴油機(jī),噴射壓力已 達(dá)到了140～200 MPa,而要進(jìn)一步滿足更加苛刻的 法規(guī)要求(如歐Ⅵ),噴射壓力將會達(dá)到200 MPa以 上.帶有壓力放大器的共軌產(chǎn)品目前已投放市場(圖 9),其最大特點(diǎn)是具有更好的可變性能,即可以實(shí)現(xiàn) 噴射壓力,噴射正時(shí)及噴射率形態(tài)的變化,對高負(fù)荷 區(qū)進(jìn)行優(yōu)化.帶有壓力放大功能的共軌系統(tǒng)比傳統(tǒng) 共軌系統(tǒng)更容易滿足不斷增加的噴射壓力要求.德 國BENZ公司最新研發(fā)成功的重型商用車用柴油 機(jī),匹配了帶有壓力放大功能的共軌系統(tǒng),噴射壓力 達(dá)到210 MPa.應(yīng)用上述系統(tǒng)的柴油機(jī),比較傳統(tǒng)共 軌系統(tǒng),在PM及NOz不變的情況下,油耗降低了
3.5%. 圖9帶有壓/J放大功能的共軌系統(tǒng)cRsN4.2
2.8柴油機(jī)后處理技術(shù) 自20世紀(jì)90年代以來,通過內(nèi)部及外部的處 理方式,柴油機(jī)NO.排放已大量降低,其中EGR作 為內(nèi)部方式扮演了極為重要的角色.但截止目前. SCR技術(shù)已得到了有效的發(fā)展,正成為降低NO.排 放的主流技術(shù).C02與NO,排放法規(guī)是實(shí)施SCR的 重要驅(qū)動(dòng)力.目前歐洲各大商用車制造商紛紛采用 SCR作為其主要的排放技術(shù)策略以滿足歐V排放 標(biāo)準(zhǔn).對于低至1 g,l(W.h的NO,排放目標(biāo),可以采 用目前比較成熟的技術(shù)集成,如高比例EGR,兩級 增壓以及更高的噴射壓力來聯(lián)合實(shí)現(xiàn),但SCR技術(shù) 能夠提供從生產(chǎn)成本到運(yùn)營成本更加有利的技術(shù)選 擇(圖10),對于小于1 g/l【W(wǎng).h的NO.排放預(yù)期,同 樣可以采用基于以SCR為主的技術(shù)集成路線.
汽車技術(shù)
2·7發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)的最初驅(qū)動(dòng)因素,是滿足
一4一
萬方數(shù)據(jù)
·特約專題· 成為可能,回收制動(dòng)能量.從技術(shù)的角度,混合動(dòng)力 無疑是汽車生產(chǎn)商應(yīng)對環(huán)境及能源問題的有效選 擇,但混合動(dòng)力技術(shù)由于附加成本高.使得其在現(xiàn)有 產(chǎn)品中性價(jià)比的排序并不突出.為此其未來的發(fā)展 具有不確定性,在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上都存在風(fēng)險(xiǎn).但幾乎 所有咨詢公司都預(yù)測.在未來技術(shù)鏈條中,混合動(dòng)力 將扮演過渡的角色.不能成為真正意義上的技術(shù)主
圖10 SCR匹配及運(yùn)營成本分析
流.
2.9多擋自動(dòng)化變速器技術(shù) 根據(jù)采埃孚公司預(yù)測,到2010年,全球自動(dòng)變 速器將占到55%的市場份額.隨著消費(fèi)者對舒適性 要求的提高.變速器多擋自動(dòng)化已成為不可逆轉(zhuǎn)的 潮流.在眾多自動(dòng)變速器品種之中,AMT是一種由 普通齒輪式機(jī)械變速器組成的有級式機(jī)械自動(dòng)變速 器,它既具有液力自動(dòng)變速器自動(dòng)變速的優(yōu)點(diǎn).又保 留了原手動(dòng)變速器齒輪傳動(dòng)的效率高,成本低,經(jīng)濟(jì) 性好,結(jié)構(gòu)簡單,易制造的長處.在AT,AMT,CVT 自動(dòng)變速器中,AMT的性價(jià)比最高.DCT是AMT的 一種,但它通常被看作是一種單獨(dú)的汽車變速器類 型.DCT擁有兩個(gè)離合器,保證了在動(dòng)力傳遞過程 中齒輪之間的轉(zhuǎn)換沒有任何停頓,駕駛者幾乎感覺 不到換擋時(shí)所產(chǎn)生的頓挫感,這使得DCT在油料消 耗方面優(yōu)于其他變速器(圖11).同AMT一樣,DCT 基于現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝.可以使用AMT的零部件.并 能夠在相同的生產(chǎn)線上生產(chǎn).
3
3.1
圖12油電混合動(dòng)力技術(shù)分類及油耗貢獻(xiàn)
FAW汽車節(jié)能環(huán)保技術(shù)淺析
FAW新一代乘用車汽油機(jī) 2007年7月15日.國內(nèi)第一款自主研發(fā)的汽
3.1.1直噴汽油機(jī)技術(shù)
油直噴汽油機(jī)在中國第一汽集團(tuán)公司技術(shù)中心成功 點(diǎn)火.這標(biāo)志著中國第一汽車集團(tuán)公司在汽油直噴 技術(shù)方面取得了重大突破.盡管國內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)人 員始終跟蹤汽油直噴技術(shù)的發(fā)展,但由于受到電子 控制技術(shù),燃油噴射技術(shù)及復(fù)雜零部件機(jī)構(gòu)技術(shù)的 限制.汽油直噴技術(shù)在國內(nèi)一直難有作為.隨著汽油 直噴均質(zhì)燃燒技術(shù),排放后處理技術(shù)的逐步成熟,電
'圖11德國大眾的DCT變速器C02排放對比
子及燃油噴射技術(shù)的發(fā)展.迅速推動(dòng)了中國第一汽 車集團(tuán)公司在該領(lǐng)域的研究取得顯著的成果.早在 2004年,中國第一汽車集團(tuán)公司技術(shù)中心就開始了 在汽油直噴領(lǐng)域的探索.并在隨后承擔(dān)了國家863 重大專項(xiàng)課題的研究.利用技術(shù)中心強(qiáng)大雄厚的基 礎(chǔ)研究實(shí)力.搭建了自主汽油直噴燃燒分析平臺(圖 13),有效保障了汽油直噴燃燒系統(tǒng)的開發(fā)成功,同 時(shí)利用在電控系統(tǒng)方面的開發(fā)經(jīng)驗(yàn).完成了該領(lǐng)域 技術(shù)平臺的建設(shè).目前中國第一汽車集團(tuán)公司自主 開發(fā)的汽油機(jī)產(chǎn)品平臺,基本全部采用了缸內(nèi)直噴 與氣道噴射共用缸蓋結(jié)構(gòu)技術(shù). 3.1.2汽油機(jī)怠速停機(jī)技術(shù). 由于起停技術(shù)在機(jī)動(dòng)車怠速時(shí)對油耗及排放的
2.10油電混合動(dòng)力技術(shù) 自1997年豐田推出了全球第一款量產(chǎn)混合動(dòng) 力汽車以來.混合動(dòng)力技術(shù)顯示了比汽油機(jī)更加卓 越的油耗及排放指標(biāo).集成了內(nèi)燃機(jī),電機(jī),發(fā)電機(jī) 等技術(shù)的混合動(dòng)力技術(shù).已成為目前世界各大汽車 生產(chǎn)企業(yè)的首選方案之一.油電混合動(dòng)力技術(shù)大致 分為微混,中混及強(qiáng)混3個(gè)類型,由于其采用的技術(shù) 配置不同,對燃油經(jīng)濟(jì)性及排放的貢獻(xiàn)也有所區(qū)別 (圖12).混合動(dòng)力技術(shù)有效地避免了發(fā)動(dòng)機(jī)在非經(jīng) 濟(jì)區(qū)運(yùn)行,同時(shí)可以采用起/停技術(shù),消除怠速油耗. 主動(dòng)發(fā)電能夠有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載,電機(jī)助力彌補(bǔ) 發(fā)動(dòng)機(jī)峰值扭矩的不足,混合動(dòng)力技術(shù)使再生制動(dòng)
2009年第5期
一5一
萬方數(shù)據(jù)
·特約專題. 貢獻(xiàn)(節(jié)油5%左右),因而采用該技術(shù)的產(chǎn)品(Vitz
Toyota
2001年在歐洲銷售)也越來越受到用戶的青
睞.同其它汽車研發(fā)機(jī)構(gòu)一樣,在汽油直噴技術(shù)成熟 之前.中國第一汽車集團(tuán)公司采用BSG及加強(qiáng)起動(dòng) 機(jī)技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)起停功能.隨著汽油直噴技術(shù)平臺 的搭建.中國第一汽車集團(tuán)公司正在通過汽油直噴 電控系統(tǒng)的控制結(jié)合反轉(zhuǎn)壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)起停功能 (圖14).該技術(shù)可以有效降低起停工況下的噪聲與
圖13汽油直噴燃燒系統(tǒng)
振動(dòng).同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速起停功能,并能夠?qū)崿F(xiàn)任意情況 滿足起停的需求.
圖14怠速起?？刂撇呗?br /> 3.1.3汽油機(jī)Downsizing 歐洲及亞洲汽車基本上采用4缸發(fā)動(dòng)機(jī)(歐洲 75%,亞洲大于80%).中國第一汽車集團(tuán)公司針對 目前市場需求,搭建了自主發(fā)動(dòng)機(jī)兩大平臺.排量覆 蓋1.1,1.3,1.5,1.8及2.0 L,系列機(jī)型為CA4GA及
l 200 2 800
4400 3 600 5 200
6(DO 6 800
CA4GB.上述兩個(gè)平臺采用Downsizing技術(shù),采用氣 道噴射,汽油直噴共用缸蓋結(jié)構(gòu)技術(shù),搭建自然吸氣 與增壓機(jī)型平臺.使上述兩種機(jī)型的功率覆蓋范圍 更加廣泛,功率密度大幅增加.其中1.3 L排量增壓 機(jī)型的功率水平與1.8—2.0 L排量自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī) 相當(dāng)(圖15),實(shí)現(xiàn)了通用化,平臺化的設(shè)計(jì)理念.降 低了生產(chǎn)投資,減少了能源消耗,降低了燃油消耗并 減少排放污染.采用Downsizing技術(shù)的上述兩大機(jī) 型產(chǎn)品,功率覆蓋67～132kW,可以匹配從A級(包 括A00,AOJ及A級)到C級的全系列車型. 中國第一汽車集團(tuán)公司目前已形成了以RCDS一 反轉(zhuǎn)壓縮直接起停技術(shù),CSrP一汽油直噴與氣道噴射 共用的燃燒系統(tǒng)技術(shù),DIGT一汽油直噴增壓汽油機(jī), CMTP一進(jìn)氣管理技術(shù)平臺(Ttobocharge/VCT/VVL), Downsizing為主的汽油機(jī)技術(shù)平臺.隨著搭載上述技 術(shù)的產(chǎn)品不斷推向市場.第一汽車集團(tuán)公司發(fā)動(dòng)機(jī) 產(chǎn)品將為國家節(jié)能環(huán)保工作做出持續(xù)貢獻(xiàn). 一6一
3.2
2000
轉(zhuǎn)速/r·min一1 圖15采用Downsizing技術(shù)的TAl發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線
FAW新一代乘用車變速器 雖然受到目前經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響,中國乘用車市
場增速放緩.但相應(yīng)產(chǎn)品還在不斷攀升.隨著不熟練 駕駛員的不斷增多和道路情況的復(fù)雜,自動(dòng)變速器 已經(jīng)成為用戶購車時(shí)重點(diǎn)考慮因素,因此中國自動(dòng) 變速器的裝車率將逐年增加,而且由于燃油價(jià)格的 影響.中國整車OEM趨向選擇多擋自動(dòng)變速器.由 于受到資源及工業(yè)基礎(chǔ)的限制,國內(nèi)多擋自動(dòng)變速 器的發(fā)展很不均衡,在一定時(shí)期內(nèi).自動(dòng)變速器的來 源仍然以進(jìn)口和國外廠商本地化生產(chǎn)為主.DCT變 速器由于其產(chǎn)品性能優(yōu)勢.適合國內(nèi)工業(yè)基礎(chǔ),必將 在國內(nèi)得到迅速推廣.其中中國第一汽車集團(tuán)公司, 上海汽車集團(tuán)公司選擇DCT產(chǎn)品對國內(nèi)DCT技術(shù) 有著極大的推動(dòng)作用.
汽車技術(shù)
萬方數(shù)據(jù)
·特約專題· 中國第一汽車集團(tuán)公司采片1集成創(chuàng)新的方式. 自主開發(fā)變速器本體,控制策略軟件,標(biāo)定技術(shù),通 過與BorgWarner合作.聯(lián)合開發(fā)雙離合器和液壓模 塊,與Conti聯(lián)合開發(fā)TCU和傳感器,中國第一汽車 集團(tuán)公司負(fù)責(zé)系統(tǒng)集成.開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán) 的DCT產(chǎn)品.該系列產(chǎn)品包括DTl70C,7FDCT一 350F及7FDCT一350R.具有擋位切換速度快,各擋 速比范嗣寬(可達(dá)4.8:0.68),結(jié)構(gòu)簡單,緊湊,軸向尺 寸短等產(chǎn)品特征.該系列產(chǎn)品將在201】年推向市 場.以6AT為基礎(chǔ).7FDCT一350R(圖16)產(chǎn)品節(jié)油 10.3%.6DCT節(jié)油7.6%.
200
g
動(dòng)機(jī),變速器等總成電控系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).由 中國第一汽車集團(tuán)公司自主開發(fā)研制的電控單體泵 集成系統(tǒng).打破了國外的技術(shù)壟斷.降低該系統(tǒng)成本 30%以上.匹配FEUPI系統(tǒng)的CA6DE,CA6DF發(fā)動(dòng) 機(jī)已批量銷售.得到用戶的一致好評.目前中國第一 汽車集團(tuán)公司已掌握自主電控共軌系統(tǒng)的控制及生 產(chǎn)技術(shù).已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段.
3.4
FAW自主開發(fā)混合動(dòng)力技術(shù) 中國第一汽車集團(tuán)公司是國內(nèi)最早進(jìn)入混合動(dòng)
力汽車領(lǐng)域的汽車企業(yè).早在"九五"期間就進(jìn)行了 新能源汽車的理論研究和研制工作,經(jīng)過連續(xù)3個(gè) 5年的積累,已經(jīng)逐漸形成混合動(dòng)力客車和轎車整
175
LNA
車平臺.由中國第一汽車集團(tuán)公司自主開發(fā)的奔騰
LTc
毛150
詈125
100 75 1 200 2 800 2000 4400 3 600 5 200 6000 6 800
強(qiáng)混合動(dòng)力轎車.采用發(fā)動(dòng)機(jī)起停技術(shù),純電子驅(qū)
LNA LNA
動(dòng),實(shí)現(xiàn)了能量循環(huán)利用.其中增壓型發(fā)動(dòng)機(jī)只作為 動(dòng)力源,采用1.3LDownsizing技術(shù),空間利用率提高 了35%.該技術(shù)完全由中國第一汽車集團(tuán)公司自主 開發(fā),獲得多項(xiàng)發(fā)明專利,其中已有一項(xiàng)專利在美國 獲得授權(quán).2008年.中國第一汽車集團(tuán)公司提供了6 輛奔騰HEV乘用車服務(wù)于2008年北京奧運(yùn)會并作 為示范車,在7月20日至9月20日期間,作為出租 車及奧運(yùn)官方記者服務(wù)車在京運(yùn)行.該混合動(dòng)力轎 車?yán)碚撚秃妮^2.O L發(fā)動(dòng)機(jī)降低4l%.在奧運(yùn)運(yùn)行 期間實(shí)際油耗節(jié)省達(dá)26%. 中國第一汽車集團(tuán)公司集成"環(huán)境保護(hù).節(jié)約 能源.燃料多樣化及未來汽車"四位一體的產(chǎn)品開發(fā)
轉(zhuǎn)速/r·min.'
圖16采用Downsizing技術(shù)的TAI發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩曲線
圖17 3.3
7FDCT一350R變速器組成
理念,打造動(dòng)力總成自主開發(fā)核心技術(shù)平臺,為響應(yīng) 國家節(jié)能,環(huán)保要求.建設(shè)節(jié)能型小康社會,落實(shí)國 家汽車產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),銳意進(jìn)取,做出不 懈努力.
參考文獻(xiàn)
1 Korthals J P.The Impact of Reducing Carbon Emission Global Automotive Industry.Fahrzeug—und
on
FAW自主發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù) 汽車電子始終是國際汽車行業(yè)的核心競爭技
術(shù)."十五"前國內(nèi)不具備具有較強(qiáng)競爭力的汽車電 子技術(shù),不得不受制于人,經(jīng)過中國第一汽車集團(tuán)公 司工程技術(shù)人員不斷的努力.目前已基本掌握汽車 電子控制方面的核心技術(shù).并迅速應(yīng)用到中國第一 汽車集團(tuán)公司自主研發(fā)的產(chǎn)品上. 汽車電子研究作為中國第一汽車集團(tuán)公司技術(shù) 中心特色開發(fā)部門之一,經(jīng)過多年的努力,已建立起 具有高素質(zhì),經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(fā)隊(duì)伍.形成了達(dá)到國際 先進(jìn)水平的V字形產(chǎn)品開發(fā)流程.建立了完整的電 控系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和完整的電控系統(tǒng)HIL認(rèn)證體系. 中國第一汽車集團(tuán)公司技術(shù)中心早在2003年就開
the
Motorentechnik,
Aachen Kolloquium,2008. 2 Rothenpieler J.Challenge:World-Volkswagen in the Compact Car Segment Fahrzeug-und Motorentechnik,Aachen Kolloqu- ium,2006. 3 LauerS.A New Cylinder Deactivation of FEV and MAHLE.Fa- hrzeug-und Motorentechnik,Aachen Kolloquium,2007.
4李駿.FAW Develop Automatic transmission—DCT.ATZ 5李駿.FAW's Energy and Environment Strategy and Core"re-
ehnology Route.Fahrzeug-und Motorentechnik,Aachen Kollo— quium 2008.
始對汽車嵌入式軟件關(guān)鍵技術(shù)——應(yīng)用軟件,操作
系統(tǒng),底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究并承擔(dān)了國家 863重大軟件專項(xiàng).形成了中國第一汽車集團(tuán)公司 汽車電子產(chǎn)品軟件技術(shù)平臺,為下一步深入研發(fā)發(fā)
傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)作為汽車動(dòng)力的主要解決方 案.在過去的20年里經(jīng)歷了重要的技術(shù)變革和創(chuàng) 新,主要集中在如何提高動(dòng)力性和滿足排放法規(guī)方 面.但隨著能源安全以及環(huán)境問題的日益凸顯,汽車 產(chǎn)品滿足排放法規(guī)已經(jīng)成為面對國際競爭的最低門 檻,而降低油耗(減少CO:排放,控制全球溫室氣體 效應(yīng)),能源多樣化已成為目前汽車產(chǎn)品競爭的主要 要素.由于內(nèi)燃機(jī)在短期內(nèi)仍然會在汽車產(chǎn)品中扮 演重要角色.所以動(dòng)力總成不可避免地要面對應(yīng)對 上述三重挑戰(zhàn)的壓力. 由于石油消耗的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了新儲量的發(fā)現(xiàn) 以及生產(chǎn)能力的增加速度,從而推動(dòng)了油價(jià)的持續(xù) 上漲.盡管目前由于受到經(jīng)濟(jì)危機(jī)的沖擊.以及對未 來經(jīng)濟(jì)及消費(fèi)能力的不良預(yù)期,油價(jià)在短期內(nèi)出現(xiàn) 了回調(diào),但石油作為稀缺能源,價(jià)格必然會不斷上 漲,這已成為目前動(dòng)力總成技術(shù)創(chuàng)新的主要驅(qū)動(dòng)力. 國際上對CO:溫室氣體的減排壓力,對動(dòng)力總成技
2009年第5期
術(shù)的發(fā)展有著重要意義.汽車產(chǎn)品作為溫室氣體排 放的重要污染源之一,通過技術(shù)創(chuàng)新以降低能源消 耗.減少溫室氣體排放已追在眉睫.隨著世界各地越 來越多的政府的參與,日益嚴(yán)格的CO:排放法規(guī)(圖 1)及標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施已成為不可避免的趨勢.
圖1全球C02排放法規(guī)及中國COz排放法規(guī)實(shí)施戰(zhàn)略
雖然以CO,排放為主要競爭戰(zhàn)略的動(dòng)力總成競 爭態(tài)勢已經(jīng)形成.但嚴(yán)格的排放法規(guī)仍然是機(jī)動(dòng)車 動(dòng)力總成參與全球競爭的重要門檻,并始終作為新 一代動(dòng)力總成產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)源泉.全球乘用 車排放法規(guī)PM和NO.限值見圖2和表l所列.
一1一
萬方數(shù)據(jù)
·特約專題· 用汽車公司公布r其向"零進(jìn)軍的"("MARCH
TO
ZERO")未來動(dòng)力總成戰(zhàn)略,這一全球性瞄準(zhǔn)長期的 戰(zhàn)略目標(biāo)是開發(fā)具有最大能量效益的零排放驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng),以傳統(tǒng)動(dòng)力總成的持續(xù)改進(jìn)作為其近期工作.混 合動(dòng)力及電動(dòng)汽車作為其中期發(fā)展目標(biāo),而將氫動(dòng) 力燃料電池技術(shù)作為其未來產(chǎn)品的終極技術(shù).德國 奔馳公司采取了同樣的戰(zhàn)略.但將近期工作重點(diǎn)放 在柴油技術(shù)的創(chuàng)新方面.持續(xù)開發(fā)并應(yīng)用BLUETEC 技術(shù),走柴油,柴油混合動(dòng)力,電動(dòng)汽車及燃料電池
圖2全球乘用車排放法規(guī)PM和NO.限值
的產(chǎn)品技術(shù)路線.日本日產(chǎn)汽車公司在其公布的"日 產(chǎn)綠色計(jì)劃"中,綜合了降低CO:排放,降低排氣污 染物及保護(hù)大氣,環(huán)境,土壤和水的i方面要求.采 取類似的產(chǎn)品策略,致力于開發(fā),普及低CO:排放 或無CO:排放的電動(dòng)能源動(dòng)力系統(tǒng).
表l全球乘用車排放法規(guī)PM和NO,限值g瓜m
標(biāo)準(zhǔn) US(EPA)94 US(EPA)04 US(EPA)07 US(EPA)09 US(CARB)94 US(CARB)04 US(CARB)07 EUⅡ EUⅢ EUⅣ EUV
CN I
年份
1994 2004 2007 2009 1994 2004 2007 1996 20()o 2000 2009 200l 2004 2007 2010
NO. 0.62 0.37 0.124 0.044 O.62 0.19 0.044 0.9 0.5 O.25 O.2 1.58 0.9 O.5 0.25
PM 0.05 0.05 0.012 0.006 O.05 O.05 0.006 0.1 O.05 0.025 0.005 0.25 O.1 O.05 0.025
CNⅡ CNⅢ CNⅣ
2當(dāng)前汽車節(jié)能環(huán)保的重大產(chǎn)品技術(shù)
2.1汽油直噴技術(shù) 汽油直噴技術(shù)(GDI)在第二次世界大戰(zhàn)期間就 已應(yīng)用于奔馳公司的運(yùn)動(dòng)型跑車中,但當(dāng)時(shí)受到成 本的限制始終無法得到廣泛應(yīng)用.20世紀(jì)90年代. 日本三菱公司成功推出汽油直噴動(dòng)力總成產(chǎn)品.并 注冊了GDI商標(biāo).由于受到電子技術(shù)和其他系統(tǒng)技 術(shù)的限制,該技術(shù)只是在近年來才開始應(yīng)用. 汽油直噴技術(shù)的主要優(yōu)勢是可以提高燃油的經(jīng) 濟(jì)性并增加功率輸出,噴射過程產(chǎn)生的冷卻效果以 及均勻的混合,使燃燒效率得到更好的優(yōu)化.并能夠 根據(jù)不同的工況采取不同的噴射策略.降低泵氣損 失,更加精確地對排放進(jìn)行有效控制.直噴技術(shù)可以 實(shí)現(xiàn)空燃比的調(diào)節(jié)比化學(xué)計(jì)算(14.7:1)更加稀薄的 狀態(tài).甚至可以高達(dá)65:1的水平,從而有效降低了 燃油消耗.但由于受到稀薄燃燒點(diǎn)燃技術(shù)及污染物 控制技術(shù)的限制.以及零部件復(fù)雜機(jī)構(gòu)的不利影響, 目前國際上普遍采用均質(zhì)汽油直噴技術(shù).并發(fā)展成 為目前動(dòng)力總成技術(shù)的主流.GDI技術(shù)發(fā)展趨勢及 對燃油經(jīng)濟(jì)性的貢獻(xiàn)如圖4所示.
汽車技術(shù)
隨著石油資源的消耗與探明儲量及產(chǎn)能的不均 衡發(fā)展.石油資源已成為限制汽車工業(yè)發(fā)展的重要 因素之一.我國的石油進(jìn)口量在2001年已達(dá)到了 30%.到2005時(shí)的石油依存度已達(dá)到了41%.2008 年這一數(shù)字已經(jīng)超過了50%.為擺脫石油資源的桎 梏,近年來.國內(nèi)外各大汽車生產(chǎn)企業(yè)紛紛開展新能 源汽車的產(chǎn)品開發(fā).即除傳統(tǒng)的汽油,柴油燃料以 外,氫氣,合成油,液化石油氣,壓縮天然氣,甲醇,乙 醇,二甲醚,生物柴油等眾多節(jié)能,環(huán)保型燃料(圖 3)日益受到重視.世界各國均根據(jù)自身的資源情況, 制定了相應(yīng)的燃料多樣化利用政策.以充分挖掘傳 統(tǒng)動(dòng)力總成技術(shù)潛力.應(yīng)對資源緊缺的局面及節(jié)能 環(huán)保的要求. 雖然目前汽車的動(dòng)力總成還依賴于傳統(tǒng)的內(nèi)燃 機(jī)技術(shù).但能源與環(huán)境的壓力,迫使人們考慮更加清 潔的汽車動(dòng)力,并致力于減少排放污染物,遏止環(huán)境 污染以及溫室氣體效應(yīng)帶來的全球變暖問題.全球 各大汽車制造商紛紛制定了未來汽車產(chǎn)品戰(zhàn)略,并 無一例外的將零排放污染作為其終極目標(biāo).美國通 一2一
萬方數(shù)據(jù)
·特約專題· 油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的起停技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,并成為未來技 術(shù)發(fā)展的主流,汽油直噴起停技術(shù)原理如圖6所示.
圖4歐美GDI技術(shù)發(fā)展趨勢以及GDI技術(shù)的 燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢對比
圖6直噴汽油機(jī)起停技術(shù)
2.2汽油機(jī)增壓技術(shù) 汽油增壓技術(shù)目前已被廣泛使用以改善發(fā)動(dòng)機(jī) 性能,尤其是在降低油耗及控制排放方面做出貢獻(xiàn). 增壓技術(shù)一般分為廢氣渦輪增壓及機(jī)械增壓兩種. 就性價(jià)比而言.目前廢氣渦輪增壓技術(shù)是降低燃油 消耗的最為有效的方案.采用增壓技術(shù),可以降低燃 油消耗3～5%.增壓技術(shù)通過提高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率, 降低排量以及調(diào)整輪數(shù)比的方式改善燃油消耗率. 增壓技術(shù)的關(guān)鍵問題是如何解決發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)扭矩 響應(yīng)問題(低端扭矩).尤其在整車起動(dòng)階段.廢氣渦 輪增壓與機(jī)械增壓技術(shù)有多種方式,單獨(dú)使用或進(jìn) 行技術(shù)組合(圖5)可增加功率密度,以實(shí)現(xiàn)降低油 耗,減少污染的目的.采用增壓技術(shù)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī), 可以達(dá)到40 kW/L的升功率:采用汽油直噴增壓技 術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)(兩級增壓).可以達(dá)到70～75 kW/L的升 功率.增壓技術(shù)的另外一個(gè)優(yōu)勢,是通過提高發(fā)動(dòng)機(jī) 的功率密度,降低發(fā)動(dòng)機(jī)外形尺寸并減少動(dòng)力總成 的質(zhì)量,即能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的精益化設(shè)計(jì). 2.3發(fā)動(dòng)機(jī)起停技術(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)起停技術(shù)主要通過減少發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí) 間.從而降低燃油消耗.對于采用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的 車輛.可以實(shí)現(xiàn)節(jié)油5%～lO%,該技術(shù)可還與混合 動(dòng)力技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用.發(fā)動(dòng)機(jī)起停技術(shù)可以采用發(fā)電 機(jī)/起動(dòng)機(jī)集成技術(shù).或采用加強(qiáng)起動(dòng)機(jī)方案來實(shí) 現(xiàn).但上述技術(shù)方案對電池的要求比較高.而隨著電 控系統(tǒng)的成熟以及汽油直噴技術(shù)的普及.應(yīng)用于汽
2009年第5期
2.4發(fā)動(dòng)機(jī)可控配氣機(jī)構(gòu) 發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)可控技術(shù).是隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,負(fù) 荷的變化,能夠自動(dòng)改變配氣相位及氣門升程,以提 高氣缸的充氣量并選擇合適的氣門重疊角.使發(fā)動(dòng) 機(jī)能在較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)獲得最大的扭矩和最為經(jīng) 濟(jì)的油耗指標(biāo)的技術(shù).目前可變氣門正時(shí)與升程技 術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品.可以通過進(jìn) 氣相位,排氣相位的獨(dú)立或聯(lián)合調(diào)節(jié),以及氣門升 程,正時(shí)及持續(xù)期的改變.實(shí)現(xiàn)排放,燃油經(jīng)濟(jì)性,扭 矩,功率以及怠速穩(wěn)定性的優(yōu)化.發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu) (圖7)的可控技術(shù)大致可通過柔性控制與凸輪控制 兩種手段予以實(shí)現(xiàn).
圖7發(fā)動(dòng)機(jī)可控配氣機(jī)構(gòu)
2.5
Downsizing技術(shù) Downsizing技術(shù)的主要功能是降低大尺寸自然
吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失,以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用效率, 并改善主要工況下的負(fù)荷轉(zhuǎn)速燃油消耗特性.
一3一
萬方數(shù)據(jù)
·特約專題· Downsizing技術(shù)使得機(jī)械摩擦損失,燃燒穩(wěn)定性及降 低泵氣損失之間實(shí)現(xiàn)了平衡.雖然不同種類的發(fā)動(dòng) 機(jī)有所不同.但是Downsizing提供了簡潔有效的燃 油經(jīng)濟(jì)性解決方案.使其對未來的重要度不斷增加. 目前公認(rèn)的Downsizing主要技術(shù)如圖8所示.前4 種技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于動(dòng)力總成,其中.可變壓縮比 技術(shù)不是目前的主流,而歇缸技術(shù)已被四缸以上發(fā) 動(dòng)機(jī)廣泛采用.歇缸技術(shù)是針對汽油機(jī)的低部分負(fù) 荷時(shí)降耗的有效措施.因?yàn)樵谄骄?fù)荷狀態(tài)下.氣缸 中的低充氣效率及低溫狀態(tài)對發(fā)動(dòng)機(jī)效率不利.歇 缸技術(shù)對于發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷狀態(tài)下丁作是一種節(jié)省 油耗的有效方案.可以利用一半的氣缸T作并使其 處于高負(fù)荷的工況以提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率.但由于歇缸 技術(shù)會對運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生不利影響,影響發(fā)動(dòng)機(jī)的舒 適性,所以歇缸技術(shù)適用于六缸以上的發(fā)動(dòng)機(jī). 日益嚴(yán)格的排放法規(guī)要求.同時(shí)提高整車的動(dòng)力性, 經(jīng)濟(jì)性和舒適性.電子技術(shù)的日新月異,使得發(fā)動(dòng)機(jī) 的控制越來越依賴于電子控制技術(shù).并從最初的實(shí) 現(xiàn)燃油定量與點(diǎn)火定時(shí)(噴油定時(shí)).發(fā)展成以控制 策略主導(dǎo)的集成控制技術(shù).其主要包括噴油控制,燃 燒閉環(huán)控制,EGR及節(jié)流閥體控制,增壓控制,柴油
入控制,扭矩控制,SCR控制,LNT/SC啪PF模式,原
排放模式,氣缸充氣模型等lO個(gè)方面內(nèi)容.目前國 內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)電控水平還只是處于初級階段.首先應(yīng) 重點(diǎn)探索并應(yīng)用燃燒閉環(huán)控制技術(shù).發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒閉 環(huán)控制及采用缸內(nèi)壓力傳感器,通過多監(jiān)測缸壓,曲 軸位置等信號,實(shí)現(xiàn)對噴射的修整,從而實(shí)現(xiàn)對噴射 實(shí)施點(diǎn)的有效控制并提高工作效率.奧迪公司已在 2008年在全球率先推出了世界首個(gè)具有燃燒閉環(huán) 控制的3.0LV6TDI發(fā)動(dòng)機(jī).其次是重點(diǎn)發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī) 電控嵌入式軟件系統(tǒng).汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)簡化了軟 件的開發(fā)流程,并使ECU軟件具有復(fù)用性.擺脫了 ECU軟件開發(fā)嚴(yán)重依賴硬件及系統(tǒng)配置的狀態(tài).該 架構(gòu)更加開放,標(biāo)準(zhǔn)化程度高,利于電子系統(tǒng)軟件的 交換與更新.寶馬公司已在量產(chǎn)車型上采用了基于 該架構(gòu)的電控技術(shù).
I!薹l 8典型的Downsizing技術(shù)
2.6新一代柴油共軌技術(shù) 日益嚴(yán)格的排放法規(guī),不斷提高的功率系數(shù)以 及降低油耗的要求.迫使柴油機(jī)的噴射壓力不斷增 加,控制方案更加柔性.柴油共軌系統(tǒng)因其上述優(yōu) 勢,為全球的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商提供了有效的解決方案. 采用現(xiàn)代共軌系統(tǒng)的歐Ⅳ平臺柴油機(jī),噴射壓力已 達(dá)到了140～200 MPa,而要進(jìn)一步滿足更加苛刻的 法規(guī)要求(如歐Ⅵ),噴射壓力將會達(dá)到200 MPa以 上.帶有壓力放大器的共軌產(chǎn)品目前已投放市場(圖 9),其最大特點(diǎn)是具有更好的可變性能,即可以實(shí)現(xiàn) 噴射壓力,噴射正時(shí)及噴射率形態(tài)的變化,對高負(fù)荷 區(qū)進(jìn)行優(yōu)化.帶有壓力放大功能的共軌系統(tǒng)比傳統(tǒng) 共軌系統(tǒng)更容易滿足不斷增加的噴射壓力要求.德 國BENZ公司最新研發(fā)成功的重型商用車用柴油 機(jī),匹配了帶有壓力放大功能的共軌系統(tǒng),噴射壓力 達(dá)到210 MPa.應(yīng)用上述系統(tǒng)的柴油機(jī),比較傳統(tǒng)共 軌系統(tǒng),在PM及NOz不變的情況下,油耗降低了
3.5%. 圖9帶有壓/J放大功能的共軌系統(tǒng)cRsN4.2
2.8柴油機(jī)后處理技術(shù) 自20世紀(jì)90年代以來,通過內(nèi)部及外部的處 理方式,柴油機(jī)NO.排放已大量降低,其中EGR作 為內(nèi)部方式扮演了極為重要的角色.但截止目前. SCR技術(shù)已得到了有效的發(fā)展,正成為降低NO.排 放的主流技術(shù).C02與NO,排放法規(guī)是實(shí)施SCR的 重要驅(qū)動(dòng)力.目前歐洲各大商用車制造商紛紛采用 SCR作為其主要的排放技術(shù)策略以滿足歐V排放 標(biāo)準(zhǔn).對于低至1 g,l(W.h的NO,排放目標(biāo),可以采 用目前比較成熟的技術(shù)集成,如高比例EGR,兩級 增壓以及更高的噴射壓力來聯(lián)合實(shí)現(xiàn),但SCR技術(shù) 能夠提供從生產(chǎn)成本到運(yùn)營成本更加有利的技術(shù)選 擇(圖10),對于小于1 g/l【W(wǎng).h的NO.排放預(yù)期,同 樣可以采用基于以SCR為主的技術(shù)集成路線.
汽車技術(shù)
2·7發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)的最初驅(qū)動(dòng)因素,是滿足
一4一
萬方數(shù)據(jù)
·特約專題· 成為可能,回收制動(dòng)能量.從技術(shù)的角度,混合動(dòng)力 無疑是汽車生產(chǎn)商應(yīng)對環(huán)境及能源問題的有效選 擇,但混合動(dòng)力技術(shù)由于附加成本高.使得其在現(xiàn)有 產(chǎn)品中性價(jià)比的排序并不突出.為此其未來的發(fā)展 具有不確定性,在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上都存在風(fēng)險(xiǎn).但幾乎 所有咨詢公司都預(yù)測.在未來技術(shù)鏈條中,混合動(dòng)力 將扮演過渡的角色.不能成為真正意義上的技術(shù)主
圖10 SCR匹配及運(yùn)營成本分析
流.
2.9多擋自動(dòng)化變速器技術(shù) 根據(jù)采埃孚公司預(yù)測,到2010年,全球自動(dòng)變 速器將占到55%的市場份額.隨著消費(fèi)者對舒適性 要求的提高.變速器多擋自動(dòng)化已成為不可逆轉(zhuǎn)的 潮流.在眾多自動(dòng)變速器品種之中,AMT是一種由 普通齒輪式機(jī)械變速器組成的有級式機(jī)械自動(dòng)變速 器,它既具有液力自動(dòng)變速器自動(dòng)變速的優(yōu)點(diǎn).又保 留了原手動(dòng)變速器齒輪傳動(dòng)的效率高,成本低,經(jīng)濟(jì) 性好,結(jié)構(gòu)簡單,易制造的長處.在AT,AMT,CVT 自動(dòng)變速器中,AMT的性價(jià)比最高.DCT是AMT的 一種,但它通常被看作是一種單獨(dú)的汽車變速器類 型.DCT擁有兩個(gè)離合器,保證了在動(dòng)力傳遞過程 中齒輪之間的轉(zhuǎn)換沒有任何停頓,駕駛者幾乎感覺 不到換擋時(shí)所產(chǎn)生的頓挫感,這使得DCT在油料消 耗方面優(yōu)于其他變速器(圖11).同AMT一樣,DCT 基于現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝.可以使用AMT的零部件.并 能夠在相同的生產(chǎn)線上生產(chǎn).
3
3.1
圖12油電混合動(dòng)力技術(shù)分類及油耗貢獻(xiàn)
FAW汽車節(jié)能環(huán)保技術(shù)淺析
FAW新一代乘用車汽油機(jī) 2007年7月15日.國內(nèi)第一款自主研發(fā)的汽
3.1.1直噴汽油機(jī)技術(shù)
油直噴汽油機(jī)在中國第一汽集團(tuán)公司技術(shù)中心成功 點(diǎn)火.這標(biāo)志著中國第一汽車集團(tuán)公司在汽油直噴 技術(shù)方面取得了重大突破.盡管國內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)人 員始終跟蹤汽油直噴技術(shù)的發(fā)展,但由于受到電子 控制技術(shù),燃油噴射技術(shù)及復(fù)雜零部件機(jī)構(gòu)技術(shù)的 限制.汽油直噴技術(shù)在國內(nèi)一直難有作為.隨著汽油 直噴均質(zhì)燃燒技術(shù),排放后處理技術(shù)的逐步成熟,電
'圖11德國大眾的DCT變速器C02排放對比
子及燃油噴射技術(shù)的發(fā)展.迅速推動(dòng)了中國第一汽 車集團(tuán)公司在該領(lǐng)域的研究取得顯著的成果.早在 2004年,中國第一汽車集團(tuán)公司技術(shù)中心就開始了 在汽油直噴領(lǐng)域的探索.并在隨后承擔(dān)了國家863 重大專項(xiàng)課題的研究.利用技術(shù)中心強(qiáng)大雄厚的基 礎(chǔ)研究實(shí)力.搭建了自主汽油直噴燃燒分析平臺(圖 13),有效保障了汽油直噴燃燒系統(tǒng)的開發(fā)成功,同 時(shí)利用在電控系統(tǒng)方面的開發(fā)經(jīng)驗(yàn).完成了該領(lǐng)域 技術(shù)平臺的建設(shè).目前中國第一汽車集團(tuán)公司自主 開發(fā)的汽油機(jī)產(chǎn)品平臺,基本全部采用了缸內(nèi)直噴 與氣道噴射共用缸蓋結(jié)構(gòu)技術(shù). 3.1.2汽油機(jī)怠速停機(jī)技術(shù). 由于起停技術(shù)在機(jī)動(dòng)車怠速時(shí)對油耗及排放的
2.10油電混合動(dòng)力技術(shù) 自1997年豐田推出了全球第一款量產(chǎn)混合動(dòng) 力汽車以來.混合動(dòng)力技術(shù)顯示了比汽油機(jī)更加卓 越的油耗及排放指標(biāo).集成了內(nèi)燃機(jī),電機(jī),發(fā)電機(jī) 等技術(shù)的混合動(dòng)力技術(shù).已成為目前世界各大汽車 生產(chǎn)企業(yè)的首選方案之一.油電混合動(dòng)力技術(shù)大致 分為微混,中混及強(qiáng)混3個(gè)類型,由于其采用的技術(shù) 配置不同,對燃油經(jīng)濟(jì)性及排放的貢獻(xiàn)也有所區(qū)別 (圖12).混合動(dòng)力技術(shù)有效地避免了發(fā)動(dòng)機(jī)在非經(jīng) 濟(jì)區(qū)運(yùn)行,同時(shí)可以采用起/停技術(shù),消除怠速油耗. 主動(dòng)發(fā)電能夠有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載,電機(jī)助力彌補(bǔ) 發(fā)動(dòng)機(jī)峰值扭矩的不足,混合動(dòng)力技術(shù)使再生制動(dòng)
2009年第5期
一5一
萬方數(shù)據(jù)
·特約專題. 貢獻(xiàn)(節(jié)油5%左右),因而采用該技術(shù)的產(chǎn)品(Vitz
Toyota
2001年在歐洲銷售)也越來越受到用戶的青
睞.同其它汽車研發(fā)機(jī)構(gòu)一樣,在汽油直噴技術(shù)成熟 之前.中國第一汽車集團(tuán)公司采用BSG及加強(qiáng)起動(dòng) 機(jī)技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)起停功能.隨著汽油直噴技術(shù)平臺 的搭建.中國第一汽車集團(tuán)公司正在通過汽油直噴 電控系統(tǒng)的控制結(jié)合反轉(zhuǎn)壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)起停功能 (圖14).該技術(shù)可以有效降低起停工況下的噪聲與
圖13汽油直噴燃燒系統(tǒng)
振動(dòng).同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速起停功能,并能夠?qū)崿F(xiàn)任意情況 滿足起停的需求.
圖14怠速起?？刂撇呗?br /> 3.1.3汽油機(jī)Downsizing 歐洲及亞洲汽車基本上采用4缸發(fā)動(dòng)機(jī)(歐洲 75%,亞洲大于80%).中國第一汽車集團(tuán)公司針對 目前市場需求,搭建了自主發(fā)動(dòng)機(jī)兩大平臺.排量覆 蓋1.1,1.3,1.5,1.8及2.0 L,系列機(jī)型為CA4GA及
l 200 2 800
4400 3 600 5 200
6(DO 6 800
CA4GB.上述兩個(gè)平臺采用Downsizing技術(shù),采用氣 道噴射,汽油直噴共用缸蓋結(jié)構(gòu)技術(shù),搭建自然吸氣 與增壓機(jī)型平臺.使上述兩種機(jī)型的功率覆蓋范圍 更加廣泛,功率密度大幅增加.其中1.3 L排量增壓 機(jī)型的功率水平與1.8—2.0 L排量自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī) 相當(dāng)(圖15),實(shí)現(xiàn)了通用化,平臺化的設(shè)計(jì)理念.降 低了生產(chǎn)投資,減少了能源消耗,降低了燃油消耗并 減少排放污染.采用Downsizing技術(shù)的上述兩大機(jī) 型產(chǎn)品,功率覆蓋67～132kW,可以匹配從A級(包 括A00,AOJ及A級)到C級的全系列車型. 中國第一汽車集團(tuán)公司目前已形成了以RCDS一 反轉(zhuǎn)壓縮直接起停技術(shù),CSrP一汽油直噴與氣道噴射 共用的燃燒系統(tǒng)技術(shù),DIGT一汽油直噴增壓汽油機(jī), CMTP一進(jìn)氣管理技術(shù)平臺(Ttobocharge/VCT/VVL), Downsizing為主的汽油機(jī)技術(shù)平臺.隨著搭載上述技 術(shù)的產(chǎn)品不斷推向市場.第一汽車集團(tuán)公司發(fā)動(dòng)機(jī) 產(chǎn)品將為國家節(jié)能環(huán)保工作做出持續(xù)貢獻(xiàn). 一6一
3.2
2000
轉(zhuǎn)速/r·min一1 圖15采用Downsizing技術(shù)的TAl發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線
FAW新一代乘用車變速器 雖然受到目前經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響,中國乘用車市
場增速放緩.但相應(yīng)產(chǎn)品還在不斷攀升.隨著不熟練 駕駛員的不斷增多和道路情況的復(fù)雜,自動(dòng)變速器 已經(jīng)成為用戶購車時(shí)重點(diǎn)考慮因素,因此中國自動(dòng) 變速器的裝車率將逐年增加,而且由于燃油價(jià)格的 影響.中國整車OEM趨向選擇多擋自動(dòng)變速器.由 于受到資源及工業(yè)基礎(chǔ)的限制,國內(nèi)多擋自動(dòng)變速 器的發(fā)展很不均衡,在一定時(shí)期內(nèi).自動(dòng)變速器的來 源仍然以進(jìn)口和國外廠商本地化生產(chǎn)為主.DCT變 速器由于其產(chǎn)品性能優(yōu)勢.適合國內(nèi)工業(yè)基礎(chǔ),必將 在國內(nèi)得到迅速推廣.其中中國第一汽車集團(tuán)公司, 上海汽車集團(tuán)公司選擇DCT產(chǎn)品對國內(nèi)DCT技術(shù) 有著極大的推動(dòng)作用.
汽車技術(shù)
萬方數(shù)據(jù)
·特約專題· 中國第一汽車集團(tuán)公司采片1集成創(chuàng)新的方式. 自主開發(fā)變速器本體,控制策略軟件,標(biāo)定技術(shù),通 過與BorgWarner合作.聯(lián)合開發(fā)雙離合器和液壓模 塊,與Conti聯(lián)合開發(fā)TCU和傳感器,中國第一汽車 集團(tuán)公司負(fù)責(zé)系統(tǒng)集成.開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán) 的DCT產(chǎn)品.該系列產(chǎn)品包括DTl70C,7FDCT一 350F及7FDCT一350R.具有擋位切換速度快,各擋 速比范嗣寬(可達(dá)4.8:0.68),結(jié)構(gòu)簡單,緊湊,軸向尺 寸短等產(chǎn)品特征.該系列產(chǎn)品將在201】年推向市 場.以6AT為基礎(chǔ).7FDCT一350R(圖16)產(chǎn)品節(jié)油 10.3%.6DCT節(jié)油7.6%.
200
g
動(dòng)機(jī),變速器等總成電控系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).由 中國第一汽車集團(tuán)公司自主開發(fā)研制的電控單體泵 集成系統(tǒng).打破了國外的技術(shù)壟斷.降低該系統(tǒng)成本 30%以上.匹配FEUPI系統(tǒng)的CA6DE,CA6DF發(fā)動(dòng) 機(jī)已批量銷售.得到用戶的一致好評.目前中國第一 汽車集團(tuán)公司已掌握自主電控共軌系統(tǒng)的控制及生 產(chǎn)技術(shù).已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段.
3.4
FAW自主開發(fā)混合動(dòng)力技術(shù) 中國第一汽車集團(tuán)公司是國內(nèi)最早進(jìn)入混合動(dòng)
力汽車領(lǐng)域的汽車企業(yè).早在"九五"期間就進(jìn)行了 新能源汽車的理論研究和研制工作,經(jīng)過連續(xù)3個(gè) 5年的積累,已經(jīng)逐漸形成混合動(dòng)力客車和轎車整
175
LNA
車平臺.由中國第一汽車集團(tuán)公司自主開發(fā)的奔騰
LTc
毛150
詈125
100 75 1 200 2 800 2000 4400 3 600 5 200 6000 6 800
強(qiáng)混合動(dòng)力轎車.采用發(fā)動(dòng)機(jī)起停技術(shù),純電子驅(qū)
LNA LNA
動(dòng),實(shí)現(xiàn)了能量循環(huán)利用.其中增壓型發(fā)動(dòng)機(jī)只作為 動(dòng)力源,采用1.3LDownsizing技術(shù),空間利用率提高 了35%.該技術(shù)完全由中國第一汽車集團(tuán)公司自主 開發(fā),獲得多項(xiàng)發(fā)明專利,其中已有一項(xiàng)專利在美國 獲得授權(quán).2008年.中國第一汽車集團(tuán)公司提供了6 輛奔騰HEV乘用車服務(wù)于2008年北京奧運(yùn)會并作 為示范車,在7月20日至9月20日期間,作為出租 車及奧運(yùn)官方記者服務(wù)車在京運(yùn)行.該混合動(dòng)力轎 車?yán)碚撚秃妮^2.O L發(fā)動(dòng)機(jī)降低4l%.在奧運(yùn)運(yùn)行 期間實(shí)際油耗節(jié)省達(dá)26%. 中國第一汽車集團(tuán)公司集成"環(huán)境保護(hù).節(jié)約 能源.燃料多樣化及未來汽車"四位一體的產(chǎn)品開發(fā)
轉(zhuǎn)速/r·min.'
圖16采用Downsizing技術(shù)的TAI發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩曲線
圖17 3.3
7FDCT一350R變速器組成
理念,打造動(dòng)力總成自主開發(fā)核心技術(shù)平臺,為響應(yīng) 國家節(jié)能,環(huán)保要求.建設(shè)節(jié)能型小康社會,落實(shí)國 家汽車產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),銳意進(jìn)取,做出不 懈努力.
參考文獻(xiàn)
1 Korthals J P.The Impact of Reducing Carbon Emission Global Automotive Industry.Fahrzeug—und
on
FAW自主發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù) 汽車電子始終是國際汽車行業(yè)的核心競爭技
術(shù)."十五"前國內(nèi)不具備具有較強(qiáng)競爭力的汽車電 子技術(shù),不得不受制于人,經(jīng)過中國第一汽車集團(tuán)公 司工程技術(shù)人員不斷的努力.目前已基本掌握汽車 電子控制方面的核心技術(shù).并迅速應(yīng)用到中國第一 汽車集團(tuán)公司自主研發(fā)的產(chǎn)品上. 汽車電子研究作為中國第一汽車集團(tuán)公司技術(shù) 中心特色開發(fā)部門之一,經(jīng)過多年的努力,已建立起 具有高素質(zhì),經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(fā)隊(duì)伍.形成了達(dá)到國際 先進(jìn)水平的V字形產(chǎn)品開發(fā)流程.建立了完整的電 控系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和完整的電控系統(tǒng)HIL認(rèn)證體系. 中國第一汽車集團(tuán)公司技術(shù)中心早在2003年就開
the
Motorentechnik,
Aachen Kolloquium,2008. 2 Rothenpieler J.Challenge:World-Volkswagen in the Compact Car Segment Fahrzeug-und Motorentechnik,Aachen Kolloqu- ium,2006. 3 LauerS.A New Cylinder Deactivation of FEV and MAHLE.Fa- hrzeug-und Motorentechnik,Aachen Kolloquium,2007.
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ehnology Route.Fahrzeug-und Motorentechnik,Aachen Kollo— quium 2008.
始對汽車嵌入式軟件關(guān)鍵技術(shù)——應(yīng)用軟件,操作
系統(tǒng),底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究并承擔(dān)了國家 863重大軟件專項(xiàng).形成了中國第一汽車集團(tuán)公司 汽車電子產(chǎn)品軟件技術(shù)平臺,為下一步深入研發(fā)發(fā)
