【编者按】2011年4月26-27日，2011（第八届）中国汽车发动机高层研讨会在上海成功召开。本届研讨会由中国汽车技术研究中心、上海国际汽车城（集团）有限公司主办，中国汽车工业信息网承办、并得到了上海国际汽车城开发服务有限公司、昆明云内动力股份有限公司、森萨塔电子技术（上海）有限公司的大力支持。研讨会继续围绕"技术引领发展"这一永久主题，并以"绿色·高效"为年度主题展开论述。下面是美国西南研究院发动机开发部总工程师Thomas E.Reinhart的演讲。

美国西南研究院发动机开发部总工程师Thomas E.Reinhart

　　主持人：感谢崔女士的精彩发言。崔女士刚才不仅介绍了中国的情况，做了非常详细的说明，同时对于国家今后的一些政策思路、管理体系，做了非常全面的介绍，我相信通过崔女士的发言，对于企业理解、执行、调整企业步伐非常有帮助。

　　节能减排是国家的国策，也是汽车行业长期坚持的发展方针，节能减排的实现渠道是多样的。今天上午大家探讨的包括电动汽车、燃油经济性的提高都是相应的手段。另外发展特别是高水平的天然气车也是节能减排的途径。

　　下面有请美国西南研究院发动机开发部总工程师Thomas E.Reinhart先生做演讲。他演讲的题目是“满足欧V稀释天然气发动机技术。”

　　Thomas E.Reinhart：大家下午好！首先，在报告之前做一个简单的介绍，过去十年天然气应用技术方面取得了很大进步，所以也给天然气应用方面提供了更多资源。尤其是天然气发动机，大家知道天然气发动机本身排放比较低，作为一个代用燃料也取得了很大的进步。我们在天然气发动机开发方面已经做了二十多年的产品开发，积累了很多经验。我们也帮全球不同市场的客户打造了很多产品。在这个报告里，我们所介绍的是满足“美国加州排放法规”的天然气发动机的技术，是我们曾经做过的项目，能够满足欧V排放标准，包括发动机目标以及相关信息，以及在策略方面做了什么改进，这是柴油机，以及我们得到的排放和性能的结果。过去25年所做的项目大部分投资在重型柴油机领域，将柴油机转化成气体发动机，我们的开发目标是做好高效、低排放的目标，是指满足美国加州的法规，实验循环是按照美国联邦法规的实验循环来做的，类似于我们说的欧V实验循环。我们这个经济性的目标是超过现有的产品，比现有产品有更好的经济性，因为美国加州的标准，对于氮氧化物和非甲烷是2.5克，一氧化碳7.2克，颗粒水平1.2克，甲醛0.025克。我们设立了一个目标要达到1克氮氧化物的排放量，比欧V还要严格一些。

　　这个表是美国对重型车、道路用车排行榜的演变过程，1991年、1998年、2004年、2011年，红色的是限制，白色的是天然气发动机能够做到的，比这个更好一些。下面是我们更熟悉的欧II、欧III、欧IV、欧V、欧VI这样排放法规的限制。

　　如果大家看这个值满足2000年美国法规基本上和欧V是一样的要求，技术路线一个是燃油、温处理控制来进行的技术，另外要采用先进的闭次循环的技术来满足2007、欧V的技术排放要求。在这里大家看到了这两个小的方框实际代表的天然气发动机能够达到的水平。这是当代燃烧实现的水平，能够做到最低排放要求，但是独立的问题是燃油经济下比较差，所以我们的目标是做到满足排放标准的情况下尽可能做好燃油经济性。

　　这个曲线图中，纵坐标代表排放的排放值，这是氮氧化物的排放曲线，红色的是碳氢，这个是一氧化碳的排放曲线。如果采用当代燃烧的话，氮氧化物排放比较高，而碳氢和一氧化碳的排放相对比较低。我们是可以通过催化剂来处理的，可以实现排放达到很低。燃油经济性比较差，如果以我的方向走，到一定程度以后碳氢开始上升，这时候代表我们在某一个点不会出现失火，有些燃料并不会燃烧，我们希望控制在它出现失火之前，这个地方燃烧效率比较高。

　　这个图可能比较复杂一点，后面代表的仍旧是这样的比值，纵坐标代表点火的延迟。我们在发动机开发过程中，可以在很大范围内运行，但是有一些限制条件，这个线实际上是增加器前的窝轮所能承受的温度，延迟太多温度会升高，有这样的限制。这是超高的曲线，如果有一个情况下点火延迟太多，有可能突破了跳高的限制，发动机会很快损坏。这方面两方面内容，一个是气缸能够承受的压力，效率高，会受到限制。所以在产品装置的过程中在这里选择。我们希望标定过程能够接近在这个范围内。这是它起燃的限制，在某一个点火期间下，往这个方向走到某一个程度会出现失火。所以要在这个区间内实现。

　　这个黄线所代表的氮氧化物的值一直是一个恒定的值，因为我们在产品开发中要保证氮氧化物不要超过排放值，所以始终得在这个线上运动上才能不超过。往这个方向走经济性比较差，所以我们希望尽可能往上走。在产品开发过程中需要考虑，在很宽的范围内，距离跳缸有一定距离、也不至于失火。图与设计参数有关系，包括进排系统、所有涉及到相关开发的这些特性，都影响到这个图。我们的目标是让发动机在这个范围内运转，同时使范围更广，而不至于出现失火或者跳缸。

　　我们可能碰到多点喷射，在每一个气道里喷射，每一个变化会比较大，会造成发动机各个缸当中运行当不是一个点，而是区域。会出现跳缸的情况，我们希望开发过程中尽可能避免这种情况，而让它的功能保持一致。这是我们的项目发动机的情况，利用了六缸发动机，我们通过设计改进开发实现发动机运转，标定功率是187千万、2200转，我们的目标是热效率达到36%。这次作为发动机主要特性的介绍，在这儿有一个气体压力的调节，实际上主要是压迫天然气，有所需要的压力，另外采用技术的开发另外就是感应点火系统，这地方是一个控制模块，另外就是节气门系统，在增压、喷油以后再进入中子系统，采用了电控的一个操作系统。另外就是点火系统的特殊性，点火线和火花塞集中在一起。

　　关于发动机这块所改变的内容，第一重新进行了增压器，对排气系统进行了重新设计，对气门也进行了重新设计，主要是为了改进进气效率，气门的改进也是为了提高耐久性和可靠性。对于燃烧系统，我们改进了活塞的设计，以及活塞环，我们考虑的一个是配合相应的燃烧，主要的目的是改善染料中汽油的混合。另外减少有害容积，降低碳氢排放，对于传感器，因为原来采取国2标准，在气方里不需要，所以取消了传感器。

　　这里边我们这边所增加的特性，其中一个是失火检测，我们这里有一个传感器，检测取油速度的波动，一旦发现速度波动异常就有失火可能性，另外对于活塞环，抬高了活塞环的位置，也改善了活塞的设计，这个跟柴油机要求不一样。还有湿度的补偿传感器，因为对气体发动机来说，对气体比较敏感，要根据湿度的测量结果在这块有一个改进。

　　再一个是刚才提到的节气门压力传感器，主要是为了测量功率造成的阻力，另外从新配定的增压器，重新设置排气系统。关于发动机的控制，我们采用比较先进的控制系统，能够使很多方面做到改善，其中一个是提高功率输出、同时可以提高可靠性以及满足不同客户的要求。另外一个很大的好处是针对不同气体的品质、环境适应性更好，并不是说控制系统越先进越好，只是要考虑满足排放要求。在这个条件下实现更好的燃油经济性，就是我们常说的性价比，我们必须在产品开发中关注这一方面。另外产品能够成功开发的条件，我们对供应商的要求，选择什么样的供应商也是一个很重要的因素，尤其是包括控制系统和过渡系统。

　　刚才已经提到了，我们在这个项目里对这个发动机采用了比较先进的技术，除了常规的配备还有这样几个方面，一个是思路的补偿，对测量结果有反对的信号，另外采取真空式的增加法来避免传震。

　　这是发动机控制模块的单元，这是传统的控制单元，这是输入信号，我们在气体发动机增加了这样的控制功能，一个是湿度，一个是失火检测，还有一个是挑缸。

　　这种排放的计算和评估的结果是，我们在排放实验和开发过程中，不是一开始就做实验，而是建立完整的模型，用十二个工况的稳定的实验数据来评估在损坏条件下是不是满足要求。这个技术在我们那里目前很成熟，我们在这个基础下进行调整，调整完了才进行损坏验证。我们通过工况模拟结果，可以看到氮氧化物排放实际控制在1克，碳氢差不多3克多一点，甲烷贪青2.5克，一氧化碳低于1.5。所以我们在增加转化剂，可以把一氧化碳消掉，消掉一部分甲烷，降低这一部分排放比例。

　　通过十二个工况的值来评估损坏结果，在做的过程中按照损坏的来做，做了28次实验，主要是热启动和冷启动结合的完整损坏实验。大部分实验是没有装三元催化的，目前主要是评估氮氧化物排放和碳氢排放，在实验过程中，保守地开始，一步一步往前走。最早设定的目标相对低一点，这应该是美国研发集团的要求，这中间代表了扭矩，这个代表了速度，这是实验的要求及下面代表了氮氧化物的排放。我们第一次设定的目标是1.33克，相对保守，大家可能还记得刚才我们的目标是1克，在这个标定状况下我们所得到的氮氧化物排放变化很大。

　　然后下一步再通过进一步开发来调整标定、调整配比的相关设计和参数，来实现目标定在0.99的氮氧化物的排放。扭矩和速度不同了，氮氧化物跟刚才有很大的变化。如果说有这两个标的物，在0.99克的配比下实现氮氧化物，达到的差别不大的情况下，高点降低了很多。然后我们在进一步优化，重新标定是0.77的氮氧化物排放，如果和0.99，整个范围内氮氧化物都有明显的降低。这个区间是我们所得到的一个结果对比，代表的是燃油经济性，这个燃油经济是在损坏状况下的平均水平，值不是太好，但是反应的是在损坏情况下油耗的状况，中间代表的是氮氧化物的排放。这些值是我们做过的一些发动机现有的值。这是我们得到的结果，如果一克的话是这样一个来进行，如果做到0.77克是这样来运行，所以这是燃油经济性提高和氮氧化物降低的区间。如果我们的排放目标是欧V，仍然可以进一步提高一下氮氧化物的排放，这样会往这个方向走，结果会进一步提高燃油经济性，降低油耗。

　　这是我们项目里所得到的结果和排放法规对应的对比图。这里面的红线代表了加州排放法规的要求，这个线代表了欧洲欧V的要求，这个是代表了我们所做的完整的平均水平，可以看到整个排放的值比排放法规要求要低得多，这是这种情况下的值。这个黄色的是利用了刚才说的0.77克的值。不管氮氧化物还是一氧化碳还是颗粒基本上比排放要求的值要好。有一个值如果到欧V颗粒排放相比，平均水平高一点，但是强调一点我们在项目里没有采用氧化催化剂，如果采用了之后有明显的降低，大约30%，仍然比欧V排放标准好得多。这个图纵坐标代表了努力，也就是说我们在这儿标的就是热效率，这个并不是实际扭矩，而是这样的画的曲线，我们可以看到在这个范围内热效率大于38%，而在很看的范围内热效率大于36%。

　　所以从这个结果可以看到实际的打造结果，功率也比目标要好，做到197千万，热效率也更高，达到了37%。另外扭矩也是比指标要好，热效率达到了39.4%，条件是在1克氮氧化物的排放当中，如果按照欧V排放标准，把氮氧化物标准提高一点，这个指标会更好。

　　结论就是，我们在项目里通过刚才提到的改进和改变设计，确实实现了超低排放要求这样的排放值，我们做到了联邦循环里氮氧化物排放到1克这样的水平。我们按美国、欧洲的情况，仍然能够满足排放要求。如果我们采用三元催化转化剂的话可以就这个技术满足碳氢、一氧化氮、颗粒物的排放标准。另外除了甲醛之外，所有的排放量都比要求好很多。另外目前对比的结果是在氮氧化物实现更好的匹配，实现所有发动机里性能最好的发动机。这是之前已经提到的，我们过去20多年曾经做过的几十个发动机开发的其中之一。

　　非常感谢！