第20卷 第4期1998年8月武 汉 汽 车 工 业 大 学 学 报JOU R NA L O F W U HA N A U T OM OT IV E P OL Y T ECHN IC U N IV ERSIT Y Vol.20No.4 Aug.1998 汽车发动机的现状及发展趋势郭俊才蒋炎坤罗健夫(武汉工业大学)(华中理工大学)(武汉汽车工业大学)摘 要 在对国内外汽车发动机的发展历史及其现状进行分析的基础上,展望了汽车发动机的发展趋势,提出了应加强对现有汽车发动机进行排污控制和降噪处理,并应加速对非燃用石油汽车发动机的研制开发。
关键词 汽车发动机;排污控制;降噪处理中图法分类号 U464汽车工业的发展自始至终都是与发动机紧密联系在一起的,发动机的每一次变革都会促进汽车工业的发展,如汽车的严格控制排放、保护环境就表明了这一点。
1 汽车发动机的发展现状1.1 国外汽车发动机的发展现状在满足汽车对其动力性、可靠性、使用寿命不断提高的前提下,近些年来国外汽车发动机的发展主要围绕满足环境保护和节能节材等方面,并采取了许多新的技术和方法。
主要有:直喷燃烧室、高压喷射;低惯量小压力室和无压力室喷油器;顶置式凸轮和多气门;增压及增压中冷技术;排气后净化处理;电控技术等[1]。
1.1.1 汽车发动机现代化设计技术的深化与普及发动机CAD技术(包括有限元和模态分析等)的广泛应用表现在:利用计算机将方案设计、结构设计到计算机辅助制造(CA M)连为一体,以节省研制开发时间和提高其设计水平。
如日本五十铃公司近年来采用CAD优化设计的H系列柴油机,加上其他新技术,如顶置凸轮、强化喷油泵等,其寿命为60年代开发的B系列的2倍[4],噪声、燃油消耗率等都具有世界先进水平。
1.1.2 电控技术在国外汽车发动机上日益完善目前,国外汽车已采用电控喷油装置,电控可变截面涡流或废气放气阀以及电控废气再循环和颗粒滤清系统等[2],微电子技术及其计算机的广泛应用,汽车发动机已经从传统的技术密集型机械产品转化为技术密度高的机电一体化产品。
1.1.3 现代工艺装备技术与管理的应用发达国家主要的汽车发动机及其配件制造部门都投入巨资,加快技术改造和扩大产量,他们大多已经发展到从材料、加工及装配调试等一系列过程都实现了全面的计算机管理。
机械加工方面,根据批量不同采用了半柔性加工自动线和柔性加工自动线。
稿件收到日期:1998-05-07.郭俊才,男,48岁,副教授,现从事期刊编辑出版方面的研究工作.武汉,武汉工业大学期刊编辑部(430070).16武 汉 汽 车 工 业 大 学 学 报 1998年8月1.1.4 普遍重视排放和环保问题许多发达国家不断地更新有关汽车排放的法规,对NO x、HC、CO和颗粒排放日益从严。
从1970年美国众议院修改“净化空气法案”(CAA)至今,其标准已经相当苛刻。
如HC含量要求小于1.748g/(kW・h),CO含量小于20.8g/(kW・h),NO x含量小于5.48g/(kW・h),颗粒含量小于0.13g/(kW・h)。
而且规定,到2000年把HC从现有水平还要减少55%,NO x 在现有含量的基础上再降15%[3]。
目前美国加利福尼亚州又颁布并实施了“零排放车辆”(ZEV),瑞典对“新型柴油”进行了试验研究,进一步探索了车用发动机低公害和高效率的燃料,以减少汽车的有害排放对环境的污染[2]。
由此可见,他们对发动机的排放和环保问题的重视程度及所投入的力度。
1.2 国内汽车发动机的发展现状及差距1.2.1 我国汽车发动机的产品现状就国内汽车发动机的产品现状而言,到目前为止,已发展了6105Q、6110Q、4102Q、6102Q、4930Q等系列柴油机和270Q、376Q、GM2.0(489Q)、491Q等系列汽油机。
在其配套件及零部件方面,相应地引进和开发了一批关键件,如A型喷油泵、P7型喷油泵、BQ型喷油泵、火花塞镍包铜中心电极制造技术等。
近几年,国内也已开始发展电喷发动机。
如神龙富康1.6升的RX型车的发动机、一汽捷达的488电喷发动机等。
这些都是很典型且上了批量的厂家,电喷发动机在国内是一新鲜事物,但毕竟已经起步。
1.2.2 我国汽车发动机的技术现状¹我国已经能自行开发设计中小功率的车用发动机和部分中速柴油机,水平达到国外七八十年代水平,小缸径多缸柴油机的转速已达3600r/m in[1],有的已采用直喷燃烧技术。
º增压技术的开发和应用取得突破。
目前,国内一些大型厂家已能开发出各种增压器,并组织批量生产。
如二汽引进的康明斯B系列柴油机(CUSB),南汽引进的SOFIM2.5L柴油机[4],还有上海桑塔纳、天津夏利轿车等的发动机,大部分都已国产化,而且相当成功。
»现代设计技术的应用。
如计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)等都已普遍受到国内许多汽车生产厂家的重视,并已开始应用于科研及生产实践中。
1.2.3 我国汽车发动机的不足之处¹各种单项性能落后,综合性能水平低下。
如多缸柴油机燃油消耗率一般比国外机型高10%左右[4];平均无故障工作时间(M TBF)约为国外的1/3～1/2。
º现代计算机技术的应用不足,电控技术、各种新型材料(如陶瓷、工程塑料和复合材料)的应用还处在起步阶段,有的甚至还是空白。
»制造技术和设备落后。
大部分生产企业的工艺设备水平只相当于国外六七十年代的水平,加工精度普遍比国外低一级,光洁度低一至两级。
¼开发能力差、技术储备不足,新产品的开发周期长,设计方法和手段落后。
CAD、CA T 和CAM可靠性设计、快速模拟试验等现代化设计方法在国内很多单位(包括科研院所等)刚起步,这样,造成整个行业技术储备不足。
2 汽车发动机的发展趋势汽车发动机已经过了一百年的发展历史,许多技术和产品已日趋完善,但随着人类科技进步和环保加强,汽车发动机将会面临许多新的挑战。
如人们对地球环境的日益重视,开发低排放、低噪声、低振动的低公害汽车将是以后的重点;随着世界能源的日趋减少,电动汽车、压缩天然气汽车、混合燃料汽车等非燃油汽车将得到前所未有的发展[2];另外,就近期的发展而言,汽油机与柴油机将在一段时间内同时并存并共同发展。
在柴油机中,高增压、高压喷射技术将日益推广;在汽油机中,将会出现以下两大潮流:¹二冲程电控发动机将与四冲程发动机构成互相竞争的局面;º四冲程汽油机的增压技术将是今后发动机工作者感兴趣的一个课题方向。
总之,汽车发动机将主要朝着高效、节能、低排放和低噪声方向进一步发展。
其主要发展趋势有:¹降低有害排放将是汽车发动机技术发展的“热点”。
由于汽车排放的CO 、HC 及NO x 等有害气体及炭烟颗粒严重污染了地球环境,所以,降低排放、控制噪声已成为当今汽车发展的三大主题之一。
日本现已对通用小型柴油机提出排放、洁净问题,甚至采用更高的新技术来提高汽车发动机的性能,以获得低排放、低噪声、低能耗的汽车产品。
º非燃油汽车空前发展甚至有取代现有的燃油汽车的可能。
据《国际汽车设计》报道,到目前为止,地球上1/2的石油储量已被开采消耗。
世界石油资源正在日益减少,而且燃油汽车对人类环境造成了相当大的污染,甚至威胁着人类的生存。
而非燃油汽车由于其低污染,研制采用复合代用燃料(低硫的燃料),高科技、低公害的“绿色汽车”将是以后的大势所在。
目前,在一些国家,这类汽车产品已经有所研制。
如日本丰田公司早在1994年就已经将直列4缸2.7L 的液化石油气发动机(3RZ -FP )配置在2t 的载货车上,将4缸2.0L 液化石油气发动机(3Y-P)配在1.5t 的载货车上[4]。
这说明非燃油汽车是有光明前景的、是可行的。
我国也已开始研制非燃油汽车的工作。
我国国家环保局和中国贸易促进委员会已经决定“1998年海南国际天然气汽车及装备博览会”将于1998年11月在海口召开。
这说明开发非燃油汽车受到国家有关部门的高度重视,也表明了汽车发动机以后必然的发展方向和趋势。
»汽油机和柴油机将逐步融合、同时发展。
二冲程电控汽油机与四冲程汽油机的增压技术将吸引大量的科技工作者投入到这上面来。
电控喷射稀薄燃烧将给汽油机技术带来飞速发展,如日本目前利用电控喷射技术已经研制成功了空燃比高达40∶1的汽油机,与柴油机不相上下[1]。
加之,由于汽油机使用了代用燃料,有“绿色汽车”之称。
同时,柴油机又会牢牢地占据着大中型汽车特别是长途货运汽车和工程机械车的阵地。
¼在今后一段时间内,柴油机中的涡轮增压与中冷将日益发展并得到推广。
从目前的发展趋势看,最先得到发展的将是直喷式涡轮增压中冷柴油机。
另外,柴油机在普及增压的同时将伴随着高压喷射的发展得到普及应用。
预计到2000年后,我国5t 以上货车和客车将主要采用3～8L 排量的增压柴油机。
½节能将是发动机研制的永恒目标。
随着世界能源的减少与日益紧张,降低发动机的燃料消耗,保证在尽可能少的燃料消耗前提下,完成尽可能多的工作量、达到最佳效益,这将是以后汽车发动机发展道路上非常漫长而又不可回避的一大目标。
17第20卷第4期 郭俊才等:汽车发动机的现状及发展趋势18武 汉 汽 车 工 业 大 学 学 报 1998年8月3 结论与展望¹在今后一段时期,汽、柴油机将逐步融合、共同发展;º柴油机主要向高增压、高压喷射技术方向发展;»汽油机中,二冲程电控与四冲程形成竞争势态;¼四冲程汽油机增压技术将得到大力发展;½从长远来看,非燃油汽车发动机和节能节材的汽车发动机将最终取代现有的燃油汽车发动机。
参 考 文 献1 M ichal W.G lo bal T rends in Diesel P ar ticulat e Co ntro l.SA E Paper9501492 郑乃金.汽车排放控制技术发展趋势.汽车技术,1996(3):21～243 Byr ns B R,Benson J D.Description o f Auto/O il A ir Q ualit y Impr ov ement Research P ro gr am.SA E P a-per9123204 史绍熙,李德桃.关于建立和完善我国汽车排放法规若干问题的探讨和建议.内燃机学报,1996(2): 12～14Situation and Development of Automotive EngineGuo J uncai J iang Yank un(Wuh an Un iversity of T echnology)(Huazh on g U nivers ity of S cience and Tech nology)L uo J ianf u(W uhan Autom otive Polytechn ic Univer sity)Abstract T he trend o f dev elo pm ent of the auto motive eng ine is prospected based on its his-to ry and present situation in China and abro ad;pollution control on the auto motive eng ine is discussed and the research of non-petroleum automotive engines is presented.Key words auto mot ive eng ine;pollution contr ol;no ise reduct ion(本文责任编辑:刘美玲)。