国内外汽车发动机的现状和发展趋势

国内外汽车发动机的现状和开展趋势

内燃机的开展带动汽车的开展，伴随汽车产销量快速增长而来的是大气污染和石油消耗。无疑，先进的发动机技术将在汽车节能、环保技术开发中起着关键的决定性的作用。

近 20 年来, 面对世界石油资源日趋枯竭给社会开展带来的压力, 面对汽车保有量急剧增长对环境的影响, 世界汽车界不停地在寻找实现汽车工业可持续开展的解决方法。

一. 车用柴油机开展与现状

1.1 车用柴油机的性能特点

〔1〕有能量密度高〔大型低速增压柴油机的有效热效率已超过50%〕，燃油消耗率低，这对节约能源和提高经济效益都很重要。

〔2〕好的燃油经济性；

〔3〕温室效应气体排放少，其二氧化碳的排放量比汽油机大约低30-35%，但废气中含有害成分〔NO，颗粒物等〕较多，噪声较大，在环境环抱方面已引起重视。〔4〕功率和转速X围很大〔功率1—65580KW，转速54—5000r/min〕，因此应用领域宽

〔5〕结构较复杂，零部件材料和工艺要求较高，制造本钱较高，与汽油机相比质量较大。主要有三大优点:

(1)经济。首先, 每单位柴油的能量含量比汽油高;其次,柴油机的压燃特性, 使

其热效率比汽油机高。一般柴油机的油耗要比汽油机的低 30%～40%。

(2)环保。一般来说, 机动车的主要排放物有一氧化碳、碳氢化合物、二氧化碳、颗粒物和氮氧化物。相对而言, 柴油机的一氧化碳、碳氢化合物和二氧化碳排放量极低, 但在颗粒物和氮氧化物的排放控制上要比汽油机更难处理。这是柴油机本身的特性造成的, 可通过现代技术处治。

(3)柴油机低速大扭矩的特性, 为汽车提供了更好的使用性能。通过采用先进的燃油喷射技术和电控技术, 现代柴油机在动力性、加速性、舒适性指标上已经无异于汽油机。

1.2 国内柴油机的现状

自2003年以来,国内柴油机行业出现了结构调整:潍坊柴油机厂在2002年的根底上继续保持快速增长势头,功率水平也有了明显提高;##柴油机厂在商用车柴油机领域初露锋芒,主要得益于北汽福田欧曼重卡市场份额的迅速提高;##玉柴机器股份##作为行业的领先者,进展了新一轮的产品结构优化,产品顺利实现从欧Ⅰ向欧Ⅱ的过渡,完善了产品系列(从4缸机到 6缸机)平台,进一步拓展了功率覆盖X围,柴油机最大功率水平可以到达257 kW(350 ps)。总体水平有了显著提高。无论是从经济性还是从环保角度讲，国内的车用柴油机技术已经接近世界平均水平了。自产发动机已经完全能够满足国内重卡与低端乘用车对发动机的需求，无需外购。

1.3 国外柴油机的现状

目前西欧国家不但载货汽车和客车使用柴油发动机，而且轿车采用柴油机的比例

也相当大。最近，美国联邦政府能源部和以美国三大汽车公司为代表的美国汽车研究所理事会正在开发新一代经济型轿车同样将柴油机作为动力配置。经过多年的研究、大量新技术的应用，柴油机最大的问题烟度和噪声取得重大突破，到达了汽油机的水平。

1.4 柴油发动机的主要问题

柴油发动机存在的主要问题就是氮氧化物和黑色的碳烟。柴油机在燃烧时的压力和温度都高于汽油机, 吸入燃烧室里的空气也较多, 燃烧室内剩余空气中的氧气和氮气很容易在高温、高压的条件下发生反响, 而生成氮氧化物。燃烧区域中油滴周围的含氧量相对柴油汽较低, 影响了柴油的充分燃烧, 这将导致碳烟(燃油中未燃烧的碳) 的排放, 也就是颗粒物。不过, 随着柴油机技术的进步, 其环保性能已大有改善。自 1998 年以来, 新型公路用柴油机的颗粒物排放量已降低了 83% , 氮氧化物的排放量也已降低了 63% , 到达欧洲Ë或欧洲Ì的柴油发动机已经根本消除了黑烟。这主要得益于 90 年代以来柴油机技术的不断创新开展, 燃油供给、燃烧室设计和涡轮增压方面的改进。

2柴油机所采用的新技术与开展趋势

柴油机的大功率、低排放、良好的电子控制等显著优点将使柴油发动机在新的时代有长足的开展。现在全球各大厂商正致力于新型绿色环保柴油机的研发，在ＮＯ和颗粒物的排放方面将得到近一步改善。而关键点是燃油的准确配置和废气的后置处理，电子新科技将运用到新一带柴油机上。而且在混合动力方面柴油机也有其应用特点，高扭矩配合电动汽车的快速响应和零排放，将是一种很不错的选

择。

1)共轨与四气门技术

国外柴油机目前一般采用共轨新技术、四气门技术和涡轮增压中冷技术相结合，使发动机在性能和排放限值方面取得较好的成效，能满足欧3排放限值法规的要求。

四气门结构〔二进气二排气〕不仅可以提高充气效率，更由于喷油嘴可以居中布置，使多孔油束均匀分布，可为燃油和空气的良好混合创造条件；同时，可以在四气门缸盖上将进气道设计成两个独立的具有为同形状的结构，以实现可变涡流。这些因素的协调配合，可大大提高混合气的形成质量〔品质〕，有效降低碳烟颗粒、HC 和 NOX 排放并提高热效率。

2)高压喷射和电控喷射技术

高压喷射和电控喷射技术是目前国外降低柴油机排放的重要措施之一，高压喷射和电控喷射技术的有效采用，可使燃油充分雾化，各缸的燃油和空气混合到达最正确，从而降低排放，提高整机〔车〕性能。

3)增压中冷技术

采用涡轮增压增加柴油机的空气量，提高燃烧的过量空气因数是降低大负荷工况排气烟度、 PM 排放量以与燃油消耗的有效措施。有效的空——空中冷系统，可使增压空气温度下降到50℃以下，工作循环温度的下降有助于NOX的低排放和PM的下降，故目前重型车用柴油机都普遍是增压中冷型，不仅有助于低排放而且燃油经济性良好。此外，涡轮前排气旁通阀的应用，不仅能降低PM和CO 排放，还可以改善涡轮增压柴油机的瞬态性能和低速扭矩。

4)排气再循环〔EGR〕技术的应用

EGR 是目前兴旺国家先进内燃机中普遍采用的技术，其工作原理是将少量废气引入气缸内，这种不可再燃烧的 CO2 与水蒸汽废气的热容量较大，能使燃烧过程的着火延迟期增加，燃烧速率变慢，缸内最高燃烧温度下降，破坏 NOX 的生成条件。EGR技术可使机动车NOX排放明显降低，但对重型车用柴油机而言，目前倾向于使用中冷EGR技术，因为其不仅能明显降低NOX，还能保持其他污染物的低水平。

5)后处理技术

柴油机后处理的目标是进一步改善PM和NOX的排放。目前主要采用加装氧化型催化转化器和研究开发 NOX 催化转化器以与具有良好再生能力的微粒捕集器。

6)降低机油消耗

柴油机排放的颗粒物中，有相当一局部来自馏分较重的机油的燃烧。为了满足日益严格的柴油机〔车〕排放限值标准的要求，必须把来自机油的燃烧降至最低限度，即在保证发动机正常运转的前提下，最大限度地减少机油的消耗。为了降低柴油机的机油消耗，活塞环的优化设计和制造与缸套间的科学配置非常重要。

二 .车用汽油机开展与现状

1.1国内汽油机现状

目前国内已经能够自行设计并开发中小功率的汽油发动机和局部中速发动机。华晨汽车将自主知识产权的1.8T发动机装上了自己的汽车。中国“首款自主T系