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张睿:缸压传感器是最优氮氧化物解决路径

来源:搜狐汽车 作者:综合报道
2011年04月26日16:22

  进一步来说产品如何应用的呢?首先我们把它应用在了闭环燃烧控制里,森萨塔科技提供的主要产品大家可以看到现在整体合成的钢制预热塞口部形成了模块,通过非常有创造性思维集成在已有的钢制预热塞内。不会为发动机生产增加任何安装要求,只要把原有的换成这个产品就可以时时检测。

  关于产品的参数,在全生命周期里有0.5千克的响应频率,因为这个产品跟预热塞产品结合在一起,所以我们也跟国际上、市场领先的钢制预热塞厂家合作开发,同时共同拥有设计专利。到目前为止产品2007年投入批量生产,到目前市场投放已经超过了100万只,用于各种各样的乘用车上。

  这个产品性能大概什么样呢?我想举一个简要的介绍,第一页是有关这个产品的静态压力测试曲线,所有测试曲线反应了在静态压力下从不同温度,我们可以看到从5度一直到120度以上产品的精度,经过补偿后精度全程小于2%,产品静态精度是很好的产品。

  这个产品因为我们是用来监测发动机的燃料过程的,所以只有静态性能显然不够。它的动态性能是怎么样的呢?这边有一个图,包含的内容比较多。首先右上方的图是做了静态压力输出的特性比较,比较信号是用Tist,是一个国际知名的进行测量的传感器生产厂家,很多测量都以他们的测量作基准。它的测量输出曲线和我们公司产品的输入曲线有一个非常好的吻合,另外一个侧面证明产品精度。

  下面有两个小的峰值曲线,实际上是一个发动机曲轴在0到120度的时候,出现的峰值压力曲线。这个压力是下边标注了最大压力在65,这时候发动机转速2200准,扭矩73扭米。这个图上可以非常清晰地看出传感器很清晰地捕捉了两次压力的变化。因为现在这个线重合得很好,是有一个紫色的曲线,我们用的测量型的压力传感器测出来的和我们公司传感器实际输出曲线的比较,蓝线是两条相减出来的,误差非常小,基本上接近。

  左上边小的曲线在一定程度上反应了传感器对频率的敏感的特性。标准传感器曲线是橙色的,大家可以看到甚至在5000到10000赫兹之间没有感受到小的压力峰值波动,但是我们公司缸压传感器捕捉到了小的压力传感器波动。反应了气缸内燃烧状态的小变化。

  所以从相关的简单数据来讲,我们认为这个传感器的产品不单在静态中有一个很高的精度,而且在动态状态下,在很宽的频率范围内,都可以很精确的对整个燃烧过程中的压力调查有精确的捕捉和输出。

  刚才我们说的是一个用于柴油的,因为是集成在预热塞里的传感器,实际上通过应用类似的原理,我们也开发出了另外一种均值燃油直喷传感器,这个传感器我们也有产品可以供应的。基本的结构跟产品有点像,除了没有预热塞功能之外。在有了这样一个性能传感器之后,在柴油机、汽油机的闭环燃烧的控制系统中,到底是怎么样进行控制的,或者扮演了什么样的角色,这是我们对产品大概做了一个大致的总结。右边的图上缸压传感器,安装在这上面的产品,这个产品给到了一个从燃烧压力反馈回整个喷油,整个系统喷油软件里的输入,因为整个喷油效率提高,不但靠外部控制,包括这边列到的发动机速度、温度油温、进排气控制,包括驾驶员意图控制,实际上还需要一系列的喷油控制的硬件和软件,来为整个高效燃烧进行服务。缸压传感器在这个过程中起到的为他整个喷油软件提供时时的燃烧过程的作用。

  通过使用缸压传感器,实际上在再循环率方面可以得到很大的提高,甚至可以达到80%的EDR频率,而且通过控制可以达到很稳定的燃烧的控制,包括对热传导和其他的一些性能的控制,最大的优点是燃烧效率的提高,不但减少了排放,而且更大的一块是减少了二氧化碳的排放。对于在缸压传感器进一步开发的第二代产品中,通过应用这个产品,甚至可以达到更高精度的1+2,还可以在一个很宽的范围内进行提前的喷射控制。整体的气缸压力传感器开发的路线和目标,实际上从现有的产品,会有进一步的成本降低,包括提高在低压范围内的精度,进行更宽的响应的控制。

  基于缸压传感器的闭环控制原理,我们看到实际上它提供了一种对发动机减排策略的另外一种可能,在这儿我们列了两类减排策略,前面两类实际上是基于后处理为主的,SAR完全基于后处理为主,但是会有它自己的一些缺陷在里面。比方说它的体积,因为需要比较大的空间去放,包括成本,整个系统成本比较昂贵,我们在这里只是预估了大概有好几百欧元的状态,另外一种后处理的办法,今天上午也有专家提到了对氮氧化物的吸附方法,这个方法相对来说成本没有SAR这么高,但是这种方法可能会产生燃烧的不稳定性,在燃烧过程中可能有一些不稳定的状态出现。实际上也增加了排放控制的难度。除了后处理之外,还有另外一块各个厂家在进行鼓励的,关于直接减少发动机燃烧排放这块,EGR是大家已经知道的,很多发动机已经在应用的系统,克服了单纯的后处理系统的缺陷,但是还是有一些缺点在里面,特别是起到了EGR对燃油经济性方面有影响,而且不断增加EGR比例对发动机燃烧、稳定性有一定影响。

  再下面,最后的选择是利用缸压传感器,可以达到一个闭环燃烧控制,而且控制的过程应该是很稳定的过程。因为燃烧效率的提高,实际上燃油经济性也有所提高,因为它只是增加了传感器,有的方案是每个气缸用一个。它增加的成本是有限的。这个图上大家可以很清晰地看出来,很贵、我们从SAR往缸压传感器发展,我们会看到在成本上是一个一路往下的趋势,但是实际上另外一方面对产品开发的要求和投入是逐渐增高的趋势,特别是在使用缸压传感器产品的时候,我们只是一个传感器生产厂商,我们只是提供这样的产品和这样的可能来达到比较理想的控制技术,更多控制技术,包括软件、硬件方面的改进、研发投入,还是要有赖于开发公司、各个发动机生产厂商自己进行进一步的投入。所以这样就说明这个产品的应用需要比较多的人力物力开发的投入在里面。

  目前我们在开发的这些项目里,大概分了两类,一类是我们在全球都比较领先的预热塞厂家联合开发的,同时带有预热塞和缸压传感器的产品,目前大众奥迪通用品牌的柴油车都有了。同时还有单一的缸压传感器产品,可以用在是柴油还是汽油发动机里,有一个已经马上要生产的项目,是和戴姆勒合作的项目。这个产品目前已经进入大批量生产状态。

  这页图好像看起来跟今天说的主题不是很相关,但实际上把这页图拿出来,在两三年前会用厂家提出的方案,它提出另外一种可能不通过后处理,然后通过更先进的控制,包括对燃油的控制,对燃烧过程的控制,也可以达到欧VI产品设计方案,所以在降低排放的路上,其实有很多可能性,也许大家现在习惯了进行后处理解决排放问题,但是实际上有不同的可能性,大家都可以去研究,都可以达到同样的排放法规要求。这也从另外一个侧面说明缸压传感器也是跟常规后处理不太相同的解决方案。

  做一个简短的总结,缸压传感器提供了成本最优的氮氧化物的解决途径,而且同时可以帮助使用氮氧化物吸附技术的系统,有一定的控制缺陷,甚至可以闭环燃烧,在小型发动机、小型发动机平台上做到取消后处理的系统。

  这也不是我们单独的想法,我们有一些客户不但在欧洲,在美国也已经开始这方面的研发,他们通过在每一个气缸上加装一个缸压传感器的方式,首先达到了对每一个气缸燃烧的最佳控制,另外也弥补了在发动机制造过程中包括一些外界控制元件的误差积累造成的误差。希望达到的目标是不再用后处理系统也可以达到2013年在美国市场正常销售的柴油发动机产品的要求。

  其次缸压传感器的作用不仅局限于减少氮氧化物,因为氮氧化物是它减少的一个方面,但是实际上按刚才提过的这些,通过发动机的整个燃烧效率的提高,实际上二氧化氮的排放也是有减少的。这个技术实际上在多家欧洲主流乘用车和部分美国商用发动机企业都开始使用,基于缸压传感器闭环控制的燃烧模式技术。我们公司也是,因为我们是第一家,目前也是唯一一家把产品商业化、大批量生产的企业,无论是在产品性能和后续产品开发上都处于行业领先地位,而且有比较强有力的后续支持。

  虽然前面的很多例子都是基于欧洲,大家可能说欧洲排放远远高于我们,在欧V的水平上,但是就我的认识来说,这样一种通过实施控制燃烧过程来提高发动机燃烧效率对国内很多产品设计都有所帮助。像我们很多发动机产品的设计和开发都是基于实验室,要用透明的、可视的发动机,通过高速摄影的技术记录和观察所有的燃烧的状态,实际上这个产品提供了一个对每台发动机在控制过程中都可以进行时时控制和修正的可能性。

  最后一点因为提高了发动机的效率,同时因为可能会减少后处理系统的应用,或者是不适用后处理,这一系列的行为都意味着更少的二氧化碳排放,这也是对我们今后排放法规里大家很关心的这么一项。

  这就是我今天的介绍,多谢大家,也希望通过跟大家的交流,通过这个产品不断的在我们国家、在中国客户之间的应用,使我们拥有一个更加绿色和环保的世界。谢谢大家!

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(责任编辑:韩佳)
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