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中国的汽车工业正在以惊人的高速度不断发展。据预测:到2010年,中国将拥有1880万辆轿车。假设每辆车平均每天行驶的里程为100km,那么这些车辆每天要消耗1.81亿升汽油,每天向大气中释放的CO2将达4.8亿公斤,这将是多么可怕的数字。那么什么样的解决方法在中国是可行的呢?
燃料电池等新技术似乎成为了热点。然而,受到技术自身特性及技术发展的限制,到2020年以前,这些新兴技术还不能广泛应用,无法真正成为解决环境与能源问题的手段。那么,在燃料电池等新兴技术发展成熟之前,什么是最佳的解决方案呢?多年的研究和技术发展使大众汽车公司坚信:高效、经济、有益环保、面向未来的柴油机技术是当代最环保的车辆动力之源。
一、我们需要新型柴油发动机 新型柴油发动机是成熟的高科技产品,它具有压燃点火、运行平稳、行驶安全及高度舒适等优点。通过采用预喷射的柔性燃烧过程,新型柴油机燃烧噪声减小,提高了舒适程度,同时也降低了排放。
柴油发动机具有高达45%的工作效率,居所有内燃发动机之首。在燃烧过程中,柴油机的热损耗和废气损耗都相对较小,与普通汽油机相比,柴油发动机可以节油15%~30%。 在内燃发动机中,柴油发动机的工作效率最高,这也就意味着CO2排放量的降低。同时,与四冲程汽油发动机相比,柴油在提炼过程中节能性好,因而生产能耗少;柴油稠度较大,因此分配消耗较小;柴油蒸汽压较低,加油损耗和蒸发损耗较小。
二、未来柴油机技术的发展
未来柴油机技术发展的重点是进一步降低氮氧化物(NOx)和微粒物(PM)的排放量,需要进一步优化的技术主要包括:
*继续优化发动机的燃烧过程;
*改善氧化型催化器的工作效率;
*开发独具匠心的微粒捕集器;
*批量生产有效的氮氧化物后处理装置;
*采用新型优质燃料;
*应用新型高压喷射技术。
良好的混合是保证有效燃烧的前提条件,为此,必须在合适的时间用高压喷射适量的燃料。研究表明,由普通分配泵式喷油泵过渡到高压喷射可以大大减少黑烟和微粒排放。柴油机废气中的黑烟微粒数量随喷射压力增高而呈比例下降,泵喷嘴系统与多气门技术一起就可以使燃烧过程进一步优化。
大众汽车公司柴油机技术的发展1976年,大众汽车公司将1.5L / 50马力(1马力=735.5W)的自然吸气式发动机应用在高尔夫轿车上,从而掀开了现代轿车用柴油机发展的序幕。柴油发动机凭借低速响应和巨大的动力储备以及与其他动力装置相比之下更高的热效率而成为新潮流的引领者。
1993年,大众汽车公司推出四缸涡轮增压直喷(TDI)柴油发动机。与非直喷发动机相比,涡轮增压直喷(TDI)柴油发动机可节省15%的燃油,同时能很好地解决发动机的噪声问题。
为了降低成本,大众汽车公司在涡轮增压直喷(TDI)柴油发动机基础上开发了自然吸气式直喷(SDI)柴油发动机。这种SDI发动机具有直喷柴油发动机的所有优点,同样采用高压燃油喷射技术,并采用电子控制的发动机管理系统;同样具有低油耗和低排放的特点,但未采用涡轮增压技术,是一种适用于经济型轿车的发动机。
可变喷嘴截面的涡轮增压技术提高了四缸TDI发动机的适应性,排量为1.9L发动机的功率从90马力提高到了110马力。变截面涡轮增压技术的采用大大提高了涡轮增压器的性能,改善了发动机的适应性,对提高功率、降低排放和噪声起到了积极的作用。
由于燃烧质量直接取决于燃油喷射进入汽缸时的绝对压力,大众汽车公司决定采用泵喷嘴技术,从喷射之初即保证喷射所需的高压,同时在主喷射开始之前先将一定量的燃油喷入汽缸以达到高性能柴油发动机平稳燃烧的理想状态。
对于大众汽车公司的柴油机发展,三升路波TDI轿车是值得纪念的——它是世界上首次批量生产的百公里油耗不到3L的轿车。三升路波轿车的核心技术是其所采用的1.2L TDI泵喷嘴柴油机。这种发动机上的功率为45kW,可以实现165km/h的最高车速,它的泵喷嘴的喷油压力高达2050bar(1bar=105Pa),保证了发动机令人折服的经济性及良好的排放性能。三升路波TDI轿车也是世界上第一种满足2005年开始实施的欧IV排放标准的柴油轿车。 V10 TDI 发动机是一种面向豪华轿车和运动型多功能车的新型顶级发动机,它带有双涡轮增压器,采用泵喷嘴燃油喷射技术,可以实现无以伦比的牵引力和扭矩的10缸涡轮增压直喷(TDI)柴油机。这种5L轿车柴油发动机的功率可达230kW,最大扭矩为750Nm。