發(fā)動機(jī)節(jié)能技術(shù)漫談（上）

本期論壇嘉賓

南京公交集團(tuán)副總經(jīng)理 程鏡良

石家莊市公交總公司總經(jīng)濟(jì)師 于新泉

北京公交集團(tuán)技術(shù)部副部長 王家良

原上海巴士五汽公交公司副總經(jīng)理 褚永森

本期主持人：劉勇

發(fā)動機(jī)是汽車的心臟，發(fā)動機(jī)性能的好壞直接關(guān)系到車輛的整體性能，也關(guān)系到車輛油耗及排放水平的高低。隨著發(fā)動機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)動機(jī)生產(chǎn)企業(yè)除了在動力性上不斷進(jìn)步之外，發(fā)動機(jī)的節(jié)油、減排能力也已成為很重要的指標(biāo)。我國的發(fā)動機(jī)技術(shù)水平已經(jīng)發(fā)展到哪一階段？發(fā)動機(jī)在節(jié)油性能上有哪些新技術(shù)和新突破？發(fā)動機(jī)的發(fā)展遇到了哪些瓶頸？本期互動論壇將圍繞這些問題展開討論。

主持人：柴油發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)涉及很多關(guān)鍵的技術(shù)，比如說要達(dá)到歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)需要采用高壓共軌技術(shù)，但高壓共軌技術(shù)目前掌握在博世、電裝等少數(shù)幾家跨國公司手里。另外，柴油的電控系統(tǒng)和柴油機(jī)后端的尾氣處理技術(shù)我國也沒有完全掌握。請談一下您了解的國外發(fā)動機(jī)產(chǎn)品，他們先進(jìn)在哪里？有哪些技術(shù)是目前我們還沒有掌握的？我國的發(fā)動機(jī)技術(shù)與國外相比，主要差距在哪里？請舉例說明國產(chǎn)發(fā)動機(jī)與進(jìn)口發(fā)動機(jī)在使用中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)對比。曾經(jīng)有段時(shí)間，國內(nèi)公交車用發(fā)動機(jī)市場幾乎被國外品牌所壟斷，后來，玉柴、濰柴、上柴等國內(nèi)發(fā)動機(jī)企業(yè)崛起，國產(chǎn)發(fā)動機(jī)也取得了長足的進(jìn)步，根據(jù)實(shí)際使用情況，您對國產(chǎn)發(fā)動機(jī)現(xiàn)階段的技術(shù)水平及品質(zhì)有何評價(jià)、建議？

程鏡良：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，用于汽車發(fā)動機(jī)的新技術(shù)也是層出不窮。目前汽車發(fā)動機(jī)新技術(shù)主要有：可控燃燒速率（CBR）、可變氣門正時(shí)（VVT）、缸內(nèi)汽油直噴（DGI）、共軌（CR）、多點(diǎn)噴射（MPI）、廢氣渦輪增壓帶中冷（TCI）、廢氣渦輪增壓（TC）、廢氣再循環(huán)（EGR）等。這些基本涵蓋了目前世界上所有在用的發(fā)動機(jī)新技術(shù)。這些新技術(shù)的應(yīng)用主要是提高發(fā)動機(jī)的性能和降低發(fā)動機(jī)的消耗及排放，發(fā)動機(jī)的節(jié)能減排是發(fā)動機(jī)技術(shù)的永恒話題。近幾年我國發(fā)動機(jī)技術(shù)也取得了一些新的突破，但距國外技術(shù)水平還有一定的差距。

現(xiàn)代的高性能柴油機(jī)由于熱效率比汽油機(jī)高、污染物排放比汽油機(jī)少，作為汽車動力應(yīng)用日益廣泛。西歐國家不但載貨汽車和客車使用柴油發(fā)動機(jī)，而且轎車采用柴油機(jī)的比例也相當(dāng)大?，F(xiàn)代柴油機(jī)的新技術(shù)主要有：共軌與四氣門技術(shù)、高壓噴射和電控噴射技術(shù)、增壓中冷技術(shù)、排氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)、后處理技術(shù)等，這些新技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了柴油機(jī)的性能，極大地降低了有害物質(zhì)的排放。如后處理技術(shù)進(jìn)一步改善了微塵（PM）和氮氧化物（NOx）的排放；排氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)不僅能明顯降低氮氧化物，還能保持其他污染物的低水平。高壓共軌與四氣門技術(shù)大大提高混合氣的形成質(zhì)量（品質(zhì)），有效降低碳煙顆粒、碳?xì)浠衔铮℉C）和氮氧化物排放并提高熱效率。

值得思考的是，上述新技術(shù)中許多都掌握在國外少數(shù)公司手里，如高壓共軌技術(shù)目前被博世、電裝等公司完全掌握。另外，電控技術(shù)和后處理技術(shù)我國也沒有完全掌握，如后處理的噴射泵還是依賴國外產(chǎn)品，國產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量還有待提高。

在國產(chǎn)柴油機(jī)中，雖然錫柴在國Ⅲ、玉柴在國Ⅳ、濰柴在國Ⅴ上紛紛搶占了先機(jī)，但關(guān)鍵技術(shù)還是依賴國外產(chǎn)品。今后我國柴油機(jī)技術(shù)的攻關(guān)重點(diǎn)還是應(yīng)放在電控技術(shù)、排放后處理技術(shù)、整機(jī)開發(fā)和匹配技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)研究和材料開發(fā)上；同樣重要的是相關(guān)部門要提高柴油品質(zhì)，為各類柴油機(jī)新技術(shù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

我認(rèn)為，現(xiàn)階段我國柴油機(jī)有以下關(guān)鍵技術(shù)亟待攻克：一是高壓燃油噴射系統(tǒng)硬件，包括高壓泵、嘴、軌等硬件的精密加工與一致性；二是VNT增壓器硬件開發(fā)、EGR閥的可靠性、DPF抗毒害、抗老化性能；三是燃燒系統(tǒng)匹配技術(shù)——燃燒室形狀、噴嘴孔數(shù)/孔徑/夾角、渦流組織與油氣混合、多段噴射油量控制策略優(yōu)化；四是VNT位置（增壓壓力）、EGR率、燃油噴射策略、DPF再生策略等多參數(shù)、瞬變量的匹配控制技術(shù)；五是ECU算法與標(biāo)定技術(shù)。南京公交現(xiàn)有的柴油機(jī)，國Ⅲ基本上是錫柴、上柴，國Ⅳ大都是玉柴、上柴（LNG），國Ⅴ還沒有使用。在今后的購車中我們將逐步使用國Ⅴ發(fā)動機(jī)（柴油機(jī)或LNG發(fā)動機(jī)）。

于新泉：發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠的技術(shù)水平較以前有了較大提高，尤其是發(fā)動機(jī)的耐磨性、排放控制水平的提高。建議：結(jié)合城市運(yùn)輸、城郊運(yùn)輸、公路或高速運(yùn)輸情況，更好地研究發(fā)動機(jī)的自身節(jié)能與底盤動力傳動路線的安全、節(jié)能、長期穩(wěn)定性的匹配，從而提高整車技術(shù)配置的節(jié)能性。

王家良：北京公交在用的發(fā)動機(jī)中柴油機(jī)占主導(dǎo)，進(jìn)口機(jī)和國產(chǎn)機(jī)都在使用。北京公交在用的發(fā)動機(jī)主要來自于3個(gè)廠家：依維柯、康明斯、玉柴。2003年開始使用國Ⅲ發(fā)動機(jī)，那時(shí)候主要是國內(nèi)的機(jī)器還沒有完全跟上，當(dāng)時(shí)國內(nèi)大多數(shù)城市的公交還處于歐Ⅰ甚至歐0的水平。這么大規(guī)模的使用，如果沒有可靠性作保證的話會有風(fēng)險(xiǎn)，所以我們采用了進(jìn)口發(fā)動機(jī)。可以說，選擇進(jìn)口機(jī)器最初就是考慮可靠性和環(huán)保要求。

北京公交從1999年開始使用進(jìn)口機(jī)，是康明斯的天然氣發(fā)動機(jī)，當(dāng)時(shí)為了驗(yàn)證機(jī)器的可靠性，我們定期對發(fā)動機(jī)做了拆檢，運(yùn)行到12萬公里時(shí)，對發(fā)動機(jī)進(jìn)行解體，我們把美國的設(shè)計(jì)人員請過來，把他們在設(shè)計(jì)以及我們在使用、維修等環(huán)節(jié)存在的問題進(jìn)行反饋，我們在12萬、24萬、36萬公里時(shí)進(jìn)行了跟蹤拆解后發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機(jī)在3個(gè)節(jié)點(diǎn)的所有配合間隙都在出廠范圍之內(nèi)，這一方面驗(yàn)證了我們對發(fā)動機(jī)的使用狀況，另一方面驗(yàn)證了發(fā)動機(jī)的制造水平，我們得出的結(jié)論是：該發(fā)動機(jī)可以用到40萬公里。40萬公里后，我們又對其進(jìn)行了一次專項(xiàng)修理，除了易損件需更換外，曲軸、連桿都不用換，發(fā)動機(jī)的品質(zhì)還是很不錯(cuò)的。

北京公交使用的柴油發(fā)動機(jī)中，康明斯柴油發(fā)動機(jī)占有較大的比例，就拿ISB系列柴油機(jī)來看，機(jī)型涵蓋了185—320馬力（136—235千瓦），排放水平達(dá)到國Ⅲ/歐Ⅲ、國Ⅳ/歐Ⅳ、國Ⅴ/歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)。ISB系列柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)營效率高、工作周期長、持久耐用。先進(jìn)的電子控制系統(tǒng)功能強(qiáng)大，對進(jìn)氣、排氣、冷卻、燃油、制動、后處理等系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化智能管理，建立了發(fā)動機(jī)與子系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)與整車、發(fā)動機(jī)與車隊(duì)管理系統(tǒng)之間強(qiáng)大的信息交流平臺，支持故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警。其先進(jìn)性體現(xiàn)以下5個(gè)方面：（1）智能電控。先進(jìn)的電子控制集成系統(tǒng)，超大容量的電子控制模塊，通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線采集來自自動變速箱、ABS制動和ASR防滑等所有傳動系部件的信息，構(gòu)成無縫信息流，通過高速數(shù)據(jù)通信接口共享，確保發(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中保持最佳工作狀態(tài)，在不同載重情況下保持高效節(jié)油和低排放，同時(shí)具有防振、防過熱、防過載等自我保護(hù)和智能診斷功能，可靠性和耐久性很好。（2）高效節(jié)油。高壓共軌燃油系統(tǒng)，噴射壓力更高，最高可達(dá)1800 bar，對噴射正時(shí)和噴油量控制更加精確，燃燒更充分，經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)寬廣，燃油經(jīng)濟(jì)性大幅提高，進(jìn)一步改善低速性能，降噪和冷起動表現(xiàn)更佳。（3）動力強(qiáng)勁。起步快，加速性好，超強(qiáng)低速扭矩輸出。（4）使用經(jīng)濟(jì)。發(fā)動機(jī)子系統(tǒng)高度集成，多途徑實(shí)現(xiàn)節(jié)油降耗，更高的升功率，在復(fù)雜工況下運(yùn)營性能穩(wěn)定可靠，動力性卓越，超長使用壽命，維護(hù)保養(yǎng)間隔長。（5）排放領(lǐng)先。歐Ⅲ、歐Ⅳ、歐Ⅴ和EEV源自同一基礎(chǔ)平臺開發(fā)，持久可靠，傳承性強(qiáng)，僅通過調(diào)整歐Ⅳ階段的燃油系統(tǒng)噴射壓力和SCR系統(tǒng)、將電控系統(tǒng)升級，即可達(dá)到歐Ⅴ/EEV標(biāo)準(zhǔn)，無需進(jìn)行復(fù)雜的結(jié)構(gòu)性調(diào)整。

伴隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化和信息化時(shí)代的到來，中國發(fā)動機(jī)行業(yè)在近幾年取得了長足的進(jìn)步。國家排放法規(guī)不斷更新，更促使國內(nèi)發(fā)動機(jī)產(chǎn)品得到飛速發(fā)展與階段性的跳躍。不可否認(rèn)，在當(dāng)前中國客車市場，國產(chǎn)發(fā)動機(jī)的比重已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了進(jìn)口發(fā)動機(jī)，即使在高端客車市場，進(jìn)口發(fā)動機(jī)所占的比重也在逐年下降，國產(chǎn)發(fā)動機(jī)在用戶心目中有越來越高的認(rèn)可度。但是如果回首10年前，當(dāng)滬寧杭高速客運(yùn)飛速發(fā)展，國內(nèi)公交飛速發(fā)展的時(shí)候，高端客車市場幾乎被進(jìn)口發(fā)動機(jī)所壟斷，即使到現(xiàn)在，在國內(nèi)的BRT客車市場，進(jìn)口發(fā)動機(jī)依然占據(jù)了相當(dāng)大的份額。

在技術(shù)路線逐步同化的情況下，隨著國內(nèi)發(fā)動機(jī)逐漸進(jìn)入電控時(shí)代，國產(chǎn)發(fā)動機(jī)相對于進(jìn)口發(fā)動機(jī)，最大差距在于細(xì)節(jié)。首先，低速大扭矩，高速大功率的標(biāo)定已經(jīng)得到大眾的認(rèn)可，但是需要能夠在部分負(fù)荷區(qū)域更加優(yōu)化，開發(fā)更加適合于不同使用工況細(xì)分市場的發(fā)動機(jī)。其次，進(jìn)口發(fā)動機(jī)最低穩(wěn)定怠速能夠做到每分鐘550轉(zhuǎn)，對于公交車而言，降低發(fā)動機(jī)最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速能夠使整車的經(jīng)濟(jì)性能得到更加優(yōu)化。然后，零件制造精度的控制，國產(chǎn)發(fā)動機(jī)需要進(jìn)一步強(qiáng)化，降低運(yùn)動副摩擦力。從對比試驗(yàn)可以看出，隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，進(jìn)口發(fā)動機(jī)在精度控制上的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來，需要完善國產(chǎn)發(fā)動機(jī)低速小負(fù)荷區(qū)域的性能，必須從加工精度及裝配精度上加強(qiáng)控制、從而達(dá)到降低摩擦力的效果。

隨著國家排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷升級，國產(chǎn)發(fā)動機(jī)技術(shù)路線逐漸與進(jìn)口發(fā)動機(jī)區(qū)域一致，但是需要不斷地努力方才能夠縮小與進(jìn)口發(fā)動機(jī)的差距。油耗、排放、可靠性、耐久性是重型發(fā)動機(jī)開發(fā)的核心目標(biāo)。現(xiàn)階段，歐美分別實(shí)現(xiàn)了滿足歐Ⅵ和US2010排放法規(guī)的技術(shù)突破后，已將降低油耗作為最主要的開發(fā)目標(biāo)。

對于國產(chǎn)發(fā)動機(jī)而言，新技術(shù)的引進(jìn)和開發(fā)，不斷提升國產(chǎn)發(fā)動機(jī)的油耗、排放、可靠性、耐久性指標(biāo)，才能夠保證不會再次被進(jìn)口發(fā)動機(jī)拉大差距。

褚永森：柴油機(jī)要達(dá)到歐Ⅲ以上的排放標(biāo)準(zhǔn)，必須用到電控、高壓泵、共軌、缸內(nèi)直噴、后處理、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR）、多氣門等技術(shù)，精密、精準(zhǔn)是國外公司產(chǎn)品的主要特點(diǎn)，國產(chǎn)柴油機(jī)的設(shè)計(jì)、校核、仿真軟件技術(shù)都是國外進(jìn)口的，發(fā)動機(jī)核心的電控部件、噴油器、甚至傳感器也都是進(jìn)口的，國外先進(jìn)技術(shù)和核心器件的消化吸收還有很長的路要走。

我們公司自2007年開始使用歐Ⅲ柴油機(jī)，裝備上海柴油機(jī)公司發(fā)動機(jī)的車有20輛，同時(shí)公司還用了數(shù)百輛進(jìn)口的某品牌發(fā)動機(jī)。兩者均采用高壓共軌技術(shù)，進(jìn)口發(fā)動機(jī)使用博世電控系統(tǒng)，上柴發(fā)動機(jī)使用電裝電控系統(tǒng)。兩者的動力性、經(jīng)濟(jì)性、操控、排放、噪音等沒有明顯差異。但就可靠性而言，6年來，20臺上柴柴油機(jī)沒發(fā)生過重大故障，而進(jìn)口發(fā)動機(jī)則出現(xiàn)了很多起凸輪軸異常磨損、汽缸頭裂紋現(xiàn)象，進(jìn)口發(fā)動機(jī)的共軌壓力低、噴油器故障成為駕駛員和修理工最煩心的事情。兩者比較，進(jìn)口發(fā)動機(jī)的滲漏狀況則明顯好于上柴柴油機(jī)。國產(chǎn)發(fā)動機(jī)必須重視加工精度和裝配質(zhì)量，減少直至杜絕“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象。我認(rèn)為，電控部件的國產(chǎn)化應(yīng)該是中國柴油機(jī)企業(yè)自主發(fā)展的方向。

主持人：公交車有著特殊的使用工況，但各地的條件差別很大，您認(rèn)為，公交車需要的是什么樣的發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)企業(yè)在適應(yīng)性開發(fā)上還有哪些需要調(diào)整或改進(jìn)的地方？除了選擇節(jié)油的發(fā)動機(jī)以外，怎樣來衡量發(fā)動機(jī)與其他部件匹配性的好壞？在使用過程中，怎么才能發(fā)揮出發(fā)動機(jī)的最佳動力、節(jié)油性能，保證其最長的使用壽命？

程鏡良：城市公交應(yīng)具有大容量、高效、節(jié)約能源和環(huán)保等特點(diǎn)。公交車輛的大型化使發(fā)動機(jī)的工作負(fù)荷變大，在城市工況下運(yùn)行時(shí)，由于公交站點(diǎn)多，十字路口多，造成公交車輛頻繁在加速、減速、怠速工況下運(yùn)行，并且平均行駛時(shí)速較低。隨著國家環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，對車輛的尾氣排放限值要求也越來越嚴(yán)。嚴(yán)格的排放法規(guī)要求車輛發(fā)動機(jī)必須使用一些新技術(shù)和環(huán)保燃料才能達(dá)到尾氣排放的要求，使用的新技術(shù)應(yīng)包括廢氣再循環(huán)（EGR）、顆粒捕捉器（DPF）、高壓共軌、稀薄燃燒、選擇性還原催化（SCR）等。

傳統(tǒng)的公路客車是在高速運(yùn)行的狀態(tài)下達(dá)到經(jīng)濟(jì)時(shí)速，而城市公交車與它的最大區(qū)別是，公交車要在低速運(yùn)行時(shí)達(dá)到經(jīng)濟(jì)時(shí)速，這就要求降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，在低速狀態(tài)下節(jié)省燃油。除了低速油耗外，再有就是低速扭矩。

要滿足城市公交車的特點(diǎn)，除運(yùn)用新技術(shù)外，就是要求發(fā)動機(jī)與其他部件的合理匹配。近幾年發(fā)展的混合動力就是發(fā)展方向?；旌蟿恿Τ四芴岣叩退倥ぞ赝?，還能使發(fā)動機(jī)經(jīng)常處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速下工作，這樣不僅能降低油耗，還能減少有害物的排放。

于新泉：公交的運(yùn)輸點(diǎn)多、面廣，頻繁地?？空尽㈩l繁地起步加速且運(yùn)行速度低。相對公路運(yùn)輸，方向、離合、變速、制動使用都很頻繁。依據(jù)這種特點(diǎn)，要求公交車起步加速快、方向離合變擋都輕便，且離合、制動要有較高的使用壽命。公交車加速快依賴于發(fā)動機(jī)的最大扭矩和動力傳遞的減速增扭作用大。而發(fā)動機(jī)最大扭矩點(diǎn)轉(zhuǎn)速的高低就確定了發(fā)動機(jī)的節(jié)能性好與壞。為此提出公交專用發(fā)動機(jī)以區(qū)別于其他機(jī)型。公交專用發(fā)動機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，一是發(fā)動機(jī)要在1100轉(zhuǎn)∕分—1400轉(zhuǎn)∕分實(shí)現(xiàn)大扭矩，二是發(fā)動機(jī)要實(shí)現(xiàn)最高2000轉(zhuǎn)∕分的轉(zhuǎn)速控制。從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)加速節(jié)能、控速節(jié)能。再加上動力傳遞上的適合車速控制的減速增扭傳動比控制，就能制造出本身節(jié)能的公交車。

公交專用發(fā)動機(jī)必須匹配適應(yīng)的增壓器，實(shí)現(xiàn)低速大扭矩加速的節(jié)能效果。所以發(fā)動機(jī)廠應(yīng)充分調(diào)查我國的道路運(yùn)輸狀況，區(qū)分車輛用途，根據(jù)使用條件選擇發(fā)動機(jī)的加速特性和經(jīng)濟(jì)油耗特性，結(jié)合傳動比推算車輛的加速時(shí)間、路況適應(yīng)性、車速控制等。

車輛的養(yǎng)護(hù)是保證車輛長壽的基礎(chǔ)，因地理狀況、溫度狀況、濕度狀況、空氣質(zhì)量差異較大，潤滑油、濾清器有效使用公里或時(shí)間就會有較大差異，全國統(tǒng)一養(yǎng)護(hù)原則必定會導(dǎo)致車輛使用壽命的差異。因此，車輛的養(yǎng)護(hù)原則乃至于各個(gè)總成的養(yǎng)護(hù)原則及養(yǎng)護(hù)用品必須因地制宜，并加強(qiáng)使用狀況調(diào)查跟蹤、分析總結(jié)。（未完待續(xù)）