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汽车节能 高性能发动机与新型能源担当重任

2010-12-29 9:31:58    

 

面对日益严格的排放法规,我国汽车行业应坚持两条腿走路:一方面,应不断改进技术,推动汽油发动机和柴油发动机的技术升级,使其更节能、更环保;另一方面,应大力发展混合动力车、纯电动车、燃料电池车、生物燃料汽车等新能源车。两种不同的技术路线将带来竞争,但竞争也将推动这两种技术的共同进步。

 

能源的紧缺、油价的不断上升、环境污染的日益严重使得汽车的节能显得尤为重要。2006年,车用燃油消耗占国内石油消耗总量的27%,其中汽油占全国汽油消耗总量的86.4%,柴油占全国柴油总消耗量的38.5%。我国汽车产品的平均油耗高于欧美发达国家平均水平的9%-16%。今年7月1日,两项与汽车节能环保相关的法规开始实施:其一,根据环境保护部的要求,全面停止仅达到国Ⅱ排放标准的轻型车的销售和注册登记,新车将全部被过渡到国Ⅲ标准;其二,根据国家发改委批准的《汽车燃料油耗量标识》,汽车厂家在汽车出厂时须加贴统一油耗标识。此外,北京市已于今年3月1日率先执行机动车国Ⅳ排放标准。可见,国家政策法规也为汽车的高能耗套上了紧箍。

 

汽车发动机技术升级

汽车节能,发动机先行。“发动机的节能,可以通过先进的发动机技术提高汽油发动机和柴油发动机的工作效率,同时大力发展乘用车用柴油发动机。”中国汽车技术中心主任顾问张书林告诉《中国电子报》记者。

 

目前国内99%以上的乘用车是汽油车,采用多气门技术,增加可变气门技术的应用,适度采用增压和汽油直喷技术是近期内提高汽油发动机工作效率、实现汽油发动机节能降耗的主要技术途径。据张书林介绍,多气门技术可以提高燃油效率2%-5%,VVT(可变气门正时技术)可提高燃油效率3%-5%,增压可提高燃油效率5%-7%,缸内直接喷射可提高燃油效率10%-20%。

 

目前,多气门技术和可变气门技术已经在国内许多汽车车型上得到应用。长城汽车的GW4G15-GDI汽油机,是一款增压直喷发动机,采用了VVT技术,达到欧Ⅴ标准。吉利自主研发的吉利CVVT-JL4G18发动机,采用了全铝缸体缸盖、塑料进气歧管及先进的CVVT(连续可变气门正时)技术,从而提高发动机在所有转速范围内的动力性、燃油经济性,降低尾气的排放,具有良好的经济性和动力性。

 

“对于柴油发动机来说,国际上普遍通过改进发动机机内燃烧技术,再加上SCR(选择性催化还原技术)或者‘EGR(废气再回收装置)+DPF(颗粒捕集器)’来提高发动机效率。”中国环保产业协会机动车污染防治委员会副秘书长李孟良告诉《中国电子报》记者。

 

SCR主要是通过往废气中喷射尿素溶液,将废气里的氮氧化物还原,主要应用在重型车上,北京现在大约有4500辆SCR公交柴油车,其他个别城市也在试验这种车辆。“EGR+DPF”采用氧化催化加颗粒捕捉器,将碳粒子吸附到装置中,需要配备再生装置,即使用一定里程后,要通过电加热或喷油燃烧的方法将颗粒捕捉器中的碳粒子烧掉,该方法主要应用于轻型车上。

 

不过,国内柴油机也面临着一些难题。“SCR技术面临的高纯度尿素溶液的生产、质量标准、运输和加注体系等问题尚需时间进行研究和制定相关政策;而燃油质量差又会使DPF的应用受到柴油硫含量的制约。
 ”南京依维柯汽车发动机分公司王林告诉《中国电子报》记者。

 

新能源车产业化进程加快

“为不断满足国家节能减排要求,我们应坚持‘两条腿’走路的方针:一方面,要看到传统汽油、柴油汽车节能减排的潜力还很大,应通过发展先进、适用的柴油机和汽油机技术以及其他各类技术,持续提升传统汽车的节能、环保和安全等性能;另一方面,在对传统汽车技术‘做足、做透’文章的同时,应着力推进清洁替代燃料(新型能源)汽车积极、稳妥发展。发展新型能源汽车是应对石油短缺和治理环境污染的需要。”东风汽车公司副总工程师程振彪表示。

 

目前,新能源车包括混合动力汽车、燃气汽车、生物燃料汽车、(纯)电动汽车、(煤基)醇醚类燃料汽车、燃料电池(电动)汽车。其中混合动力车是产业化进程最快的一个,近日北京的出租车已经开始出现部分奔腾混合动力车。根据混合动力形式和程度的不同,混合动力车比同类型汽油车节油10%-40%。在国家“863”重大专项的支持下,我国混合动力汽车已经开始在多个城市的客车、出租车上示范运行。

 

相对于日本及欧美等发达国家和地区,我国在混合动力车等新能源车领域缺乏相应的优惠政策。不过,今年下半年我国将有可能出台购买柴油、混合动力汽车全免购置税的政策以促进新能源汽车消费,这无疑将大大推动混合动力汽车的发展。国内拥有自主品牌的长城、奇瑞等公司也已开始生产混合动力车。

 

纯电动车具有零排放、低噪声、能量利用率高等显著优点,我国已经具备了较好的纯电动汽车应用基础,国内一些厂家已经具备了纯电动乘用车的生产能力,年产能2万辆纯电动轿车柔性总装生产线和产能3万套的动力总成生产线已经在天津建成。

 

发展新型能源汽车,无论是蓄电池式电动汽车,还是燃料电池电动汽车,其动力系统均不再是传统的内燃机。迄今为止,制造这一类动力装置的企业,也不是现今的发动机厂家。“今后如果我国在客货运领域投放一定量电动汽车,那就意味着在汽车消费市场没有大幅度增长的情况下,传统车用发动机行业市场份额必将缩小。但这并非坏事,应该鼓励这样的竞争,唯有如此,才能促进新型能源汽车技术和传统发动机技术的共同进步。”程振彪如是说。

 

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选择性催化还原技术

氮氧化物的排放控制技术主要分为两种:即燃烧控制和燃烧后控制。燃烧控制技术手段的投资成本较低,但是脱氮氧化物效率受到一定限制(脱除率一般不超过60%)。对于严格的排放标准,则需采用燃烧后控制技术———烟气脱硝装置,但其投资与运行费用比燃烧控制的手段要高。

 

燃烧后控制技术可分为湿法和干法。氮氧化物的湿法脱除利用液相化学试剂将氮氧化物吸收,然后将其转化为其他化学物质。湿法脱硝不需要催化过程,又称为化学方法,通常应用于低浓度氮氧化物的脱除。干法脱除技术一般可以分为分解法、辐射法以及还原法,其中选择性催化还原(SCR),是目前最为成熟、国际上应用最为广泛的烟气后处理脱硝技术。

 

SCR技术的关键是反应器内流场的均匀性与高活性以及高选择性与稳定性优异的催化剂。  由于其操作温度必须高于320℃,近几年,低温的SCR烟气脱硝催化剂始终是世界上的热点,并逐步成为国际研究的重点。

 

废气再回收装置(EGR)+颗粒捕集器(DPF)

对于废气再循环来说,“EGR+DPF”系统的一部分废气取自排气歧管,在EGR冷却器中冷却后再混入进气中。EGR总的废气流量由EGR阀门控制。

 

将废气与进气混合可以降低缸内氧气浓度,从而在燃烧过程中降低气体的最高温度同时降低氮氧化物的排放。但是,气缸内的氧气浓度的降低会增加颗粒物的排放,所以需要加装一个吸收颗粒物的装置。DPF就是这样一种装置,它通过过滤或/和化学反应来降低排气中颗粒物。

 

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