打造高效低排放发动机

发布时间:2010-12-07
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“高效稀燃汽油机技术”对配置汽油机的乘用车来说,可以将汽车燃油经济性改善20% 甚至更多。目前,这项最新技术,正在被许多北美、欧洲及日本的汽车制造商纳入生产应用计划中,而且一些相关车型已经开始生产。

目前,中国拥有全世界最大也是增长最快的汽车市场。由于增长过快,中国的汽车工业不仅需要解决种种技术发展问题,还必须面对燃料及环境问题所带来的压力,因此,提高燃油经济性是众多厂商需要迫切解决的难题。有专家认为,“HEDGE”技术是目前最有效可行的针对汽油发动机燃油经济性的技术, 这是自2001年以来,美国西南研究院(以下简称SwRI)及其联盟成员公司进行的技术研究,HEDGE 即高效稀燃汽油机。

最近在北京的一次会议上,SwRI北京代表处的首席代表RobertBurrahm先生用一个技术大树生长的比喻,生动地描述了HEDGE技术(见图1)的发展。无数研究和专利、资源的利用,就像树根一样为SwRI内部的开发工作补给着养分,而来自数家行业内企业的整合资源,则像树干一样支撑着HEDGE技术的不断成熟发展。中国的企业也可以选择参与到这个行业联盟变成树的一部分,甚至可以根据自身需要直接购买成熟的技术果实。

图1 HEDGE技术的发展和成长

HEDGE 技术的关键就在于大量运用废气再循环(EGR)系统。在美国,采用这种手段来减少泵气损失和降低尾气中的氮氧化物的排放,已经有了40多年的历史。虽然在轻度或中度负荷时,EGR的使用可达2%~5%的水平,并不干扰燃烧稳定性。但HEDGE技术的应用可使汽油机利用废气再循环(EGR)的比例超过20%。为了支持发动机可以达到如此高的EGR水平,SwRI和联盟成员公司开发了包括高能点火系统、先进的增压系统和新EGR硬件等三个方面的配套设施及支持技术(图2)。

图2 SwRI HEDGE配套设施及支持技术

在适当应用这三项技术的情况下,发动机可以承受高EGR水平,在高压缩比下工作,并且改善燃烧相位。这些高水平的EGR减轻了敲缸,允许发动机可以在低转速、高负荷、高功率运行时,实现高效率运转,并且没有燃料增浓的影响。

同时,在适当应用这三项技术的情况下,还可以急剧降低制动燃油耗(BSFC),图3显示的结果可以作为参考。此外,EGR系统在负载达到1.6MPa的平均有效制动压力(BMEP)时消除爆震,同时在负载达到2.2MPa的时候实现发动机的高效率运转。对制造商而言,这些结果更表明发动机可达到更加小型化,并且小型化发动机的转速也呈现了明显的下降。

图3 BSFC改善效果图

建立在项目基础上的企业联盟,也是HEDGE的一大特色。联盟中不仅有发动机和整车的制造商成员公司,还囊括主要零部件的供应商们。所有成员都拥有这项技术知识产权(IP)的使用权。这就意味着在程序开
发过程中,所研发出来的各组件技术可以迅速地纳入生产线中。这些为HEDGE技术的应用所研发生产的主要的组件,已经可以在中国市场上发售,包括:高效能点火系统、废气再循环(EGR)阀、废气再循环(EGR)冷却器和先进的增压系统。

Burrahm先生还强调,HEDGE技术是目前最有效可行的针对汽油发动机的技术。众多汽车制造商近期都在不断推出直喷汽油发动机,即GDI发动机或DIG发动机。SwRI已经成功地将HEDGE技术应用到了GDI发动机和
传统的进气道燃油喷射发动机上。数据显示,当应用HEDGE技术时,发动机将可以不用再依赖高成本的GDI组件的使用。HEDGE燃烧在降低CO排放和NOX排放的同时,同时更可以大幅减少颗粒物的排放。这就是说应用HEDGE技术的发动机,无需再使用任何的排气后处理系统。

美国能源部长Steven Chu博士在今年三月份的一篇报道中曾表示,美国和中国是全球最大的能源消耗国,同时也是最大的能源制造者和温室气体排放国。这两个国家在向清洁能源经济过渡的未来几年中,将扮演越来越重要的角色。科技将在这个过渡时期内,发挥着举足轻重的核心作用。在关键技术的研究上,美国和中国存在着强烈的共同利益。虽然他并有特别提及清洁汽车技术,但是毋庸置疑的是,HEDGE技术对中国汽车制造商的转让完全符合上述的合作精神。

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