主持人说:下面请来自康明斯公司的约翰.沃尔博士和闵佟博士做“满足用户及环保要求的未来发动机技术”的报告。因为我们的报告技术性比较强，所以这个报告由中英文共同解释。

　　约翰.沃尔说:各位下午好，因为我们这个讲座是今天的最后一课，希望我们所讲的内容可以使大家感兴趣。

　　约翰.沃尔说:我下面要谈谈发动机的技术问题，特别是要谈谈在开发方面怎样能够满足用户的要求。我经常喜欢用一些照片来提醒我自己，就像工程师经常会碰到这样的问题，我们经常碰到互相矛盾的设计要求摆在我们的面前。

　　约翰.沃尔说:这张图片是美国黄石公园中的一张图片，黄石公园里有高温的岩石，也有冰雪覆盖，自然界把这两者奇妙地组合起来。

　　约翰.沃尔说:今天很多讲座都讲到排放控制技术，我们今天也会讲到，但我们不能忘记在研究控制排放技术的同时必须考虑用户的需要。

　　约翰.沃尔说:任何一个客户不会仅仅因为发动机的低排放而购买，他们买发动机还基于其良好的性能，非常好的可靠性和耐久性及低成本、低保养费用，以及很好地整合在一起的技术，而因为客户对发动机的应用有不同的要求，比如发电机组、工程机械的使用，我们都需要很好地定义这些不同应用中用户的要求是什么。

　　约翰.沃尔说:因此我们的任务就是保持柴油机所具有的很卓越的性能，像燃油经济性，动力性、可靠性，耐久性。而且同时还要满足更加严格的排放标准的要求。

　　约翰.沃尔说:今天早上已经提到了，到现在为止我们做得怎么样呢？如果看美国重型柴油机的发展情况，与七十年代的柴油机相比较，我们得到了百分之百动力增加，90％柴油经济性的提高，还将发动机的寿命和总体的可靠性延长了四倍，成本降低了70％，降低了90％的排放。

　　约翰.沃尔说:这张图表上显示了从1995年到2010年世界各国排放要求发展的轨迹。

　　约翰.沃尔说:从图中至少可以看出两点，第一是世界变得越来越绿，就是说排放要求越来越严格。另外一方面看到由于美国和欧洲比较早地开始对排放提出要求，所以推动了排放技术的发展，而这些发展为世界各国其他国家利用。所以当我们谈到美国和欧洲的一些经验时，实际上是跟中国有非常密切的关系。

　　约翰.沃尔说:谈到发动机的一些设计过程，里面有很多的工作这里特别重要的是要把各个系统、各个部件统一整合起来。这在我们过去的设计过程中往往不可以做得很好，为今后发展的需要，需要把这个工作很好地整合。那么在这张图表上我想特别提醒大家注意的是燃油和柴油的配合性，如果没有很好地考虑到这个问题，我们在引进的时候将会遇到很大的问题。

　　约翰.沃尔说:为了各个系统的整合我们还有很多的供应链都要整合起来，因为到今天没有一个单一的公司可以完成这个任务，任何一个公司不可能开发出一个低的排放水平的发动机，同时又能满足用户对于发动机其他性能的要求。

　　约翰.沃尔说:我们这张图片表示的是康明斯的经验我们不光是对自己的柴油机的核心技术开发和整合，同时我们需要非常密切的跟其他的供应厂商一起工作，比如说我们要跟离心器、压缩器、燃油供应商以及其他的技术伙伴在一起合作；同时我们还要跟一些大学和实验室共同合作，这张图表是我们和一个大学实验室合作的项目，可以很好地提高我们的运作效率。

　　约翰.沃尔说:今天我们有不少的图表，这个图表也是跟其他已经显示过的表示排放标准的一个变化，但是这里主要表现的是氧化氮颗粒物的排放标准。在这里边我们表示的两组排放的要求，上面一组是代表了美国2002年排放的标准和美国的非公用发动机的标准以及欧洲一号。

　　约翰.沃尔说:下面一组是很低的颗粒物排放和氧化氮的排放，和更高的欧4、欧5的要求。我下面重点要讲的是满足美国2002和第三阶段排放要求的柴油机技术。

　　约翰.沃尔说:这些技术下一步很可能就是中国所需要的技术。对美国2002年的排放标准，我们要提高燃油喷射系统的喷射压力，提高气缸更高的承压能力，提高冷空气进气系统的控制和管理，包括使用喷嘴振压器以及先进的燃烧室或燃烧过程的设计，所有这些合在一起提供了一种可能，使得我们可以使用冷却的废气再转换技术。

　　约翰.沃尔说:我想再说一遍，燃油和润滑油技术是非常重要的，如果没有低流的燃油和高质量的润滑油对EGR也是非常重要的。

　　约翰.沃尔说:下面讲讲设计参数对氧化氮生成和控制的影响，氧化氮生成和控制说到底是燃烧温度的控制，因为氧化氮生成的多少说到底和燃烧温度有很大的关系。我不想把图中每一方面都讲到，主要是想让大家看看EGR的作用，EGR主要作用是监控温度。

　　约翰.沃尔说:因为我们从废气中取了部分的废气再送到发动机中去，这个废气又是经过冷却的废气，进到燃烧室会吸收一定的热量，把原来燃烧室的质量传到更多的气体中去，降低了温度，通过这个方法降低了氧化氮的生产。这张图表是废气再循环的示意图，对发动机系统来讲，增加的部分就是右侧的部分。

　　约翰.沃尔说:为了使用EGR技术，有五个设计参数必须要解决，第一就是要提高气缸的压力或者整个气缸承受高压的能力，因为我们要想增加压入的气体需要汽缸油更高的承压能力。

　　约翰.沃尔说:高的喷射压力是要求的，因为用这样高的喷射压力来降低颗粒物的生产。需要有更高压比的增压器，因为我们需要压进更多的经过冷却的废气，所以要求压比进一步提高。

　　约翰.沃尔说:另外可变的发动机的压差的控制也是必要的，原因是对于增压发动机来讲，在没有用EGR以前，进气压力是高于排气压力的。但是要想采用EGR需要部分废气要回流到进气管中，就要求排气压力高于进气压力。

　　约翰.沃尔说:这时候就需要采用可变工程的增压器来控制压差。最后还会对车辆的冷却系统产生影响。因为除了原来冷却发动机冷却水这一套设备的要求，现在又增加了废气再冷却的要求，这些都需要车辆冷却系统跟着改变。

　　约翰.沃尔说:这五个要求是缺一不可的，如果失掉了一个，其他四个都没有作用，因此我们在设计发动机系统的时候，要充分考虑这五方面的要求。另外一个就是考虑EGR的用途，并不是说EGR可以用在任何地方，也并非在任何应用中都是最好的技术。

　　约翰.沃尔说:对于重型卡车这种工用车，由于车子具有比较大的散热器，而且工作中用比较高的速度行驶，有足够的迎面风协助冷却，由于采用EGR所增加的这部分散热需要，对他们来说并不是重要的设计。对于农业机械的应用，除了下坡以外，都是在农田工作，几乎没有什么迎面风，需要一个比较大的风扇来散热，而这些都是需要消耗能量的。

　　约翰.沃尔说:因此对于这样一个应用来讲，ERG都不是很好的技术。再回到我们刚才讲的开发产品必须满足客户需要的观点来看，即便对于EGR这样的技术，我们也要正确选择不同的应用领域。对于第一阶段非工作用发动机的排放量我们一般采用机械控制的燃油系统或中等的增压技术就可以了。

　　约翰.沃尔说:而对于第二阶段的排放要求，对于高马力这一组的规格需要采用电子燃油系统或者比较低温的中冷技术。而对于低端的仍然可以采取机械式的控制系统，对于第三阶段的排放要求必须完全采用电子控制燃油系统。但是并不一定要排气后处理器。再回到刚才排放标准要求的图上，首先可以看到，对于缸内净化的控制技术，能够达到什么样的水平。

　　约翰.沃尔说:这个图中两个黄色的带表示的是单纯靠缸内控制技术所能达到的，对颗粒物或氧化氮的控制极限。氧化氮的控制极限是按照美国变工况的试验确定的。当然作为工程师我们都要努力工作来把这些极限限制去掉，但上述是我们目前的现实。

　　约翰.沃尔说:如果我们考虑到满足美国2007年或2010年这样一个排放要求的话，看来都必须要采用颗粒物或氧化氮的后处理器。但可能我们对重型柴油机满足2003年的标准，只需要颗粒物的处理器就可以了。所以去满足2007或2010年的排放技术，我们在2002年控制技术的基础上，要想达到更高的标准，除了要加上通风控制和车载诊断系统之外需要加上排气后处理器，主动再生颗粒物滤清系统。另外氧化氮吸附器、选择性催化转化器都可能采用。

　　约翰.沃尔说:主动再生是未来排放技术所必须的。所谓再生就是滤清器把排放物滤掉后必须要把它烧掉，使滤清器可以进一步使用。所谓主动再生的意思是我们要有目的地控制，并不是依赖发动机运作情况自然地烧掉，而是采取一定的行动达到再生的目的。

　　约翰.沃尔说:这张图是简化了的重型柴油机，在它的整个领域范围中排气温度大致的分布情况。这里绿色的区域是排气温度高于三百度的情况，而这种情况下，在滤清器里滤出的物质都会燃烧。蓝色的区域在边缘状态，在这个时候很难完成自己燃烧，而需要采取一定的措施来提高排放温度，达到目的。这个红色的区域是即使采取一些措施也很难使其再生的过程。

　　约翰.沃尔说:因此对于设计人员的设计工作来讲，我们的任务就是想办法把绿色区域扩大，而把红色区域尽可能缩小。

　　在设计方面第二个比较大的问题就是由于机油里灰份的存在，在工作过程中这些灰份会逐渐堵塞滤清器。

　　约翰.沃尔说:这张图想表示的是滤清器被堵塞的时间和不同的发动机以及不同的机油里灰份含量的关系。在图中蓝色的这根线代表的是15寸的发动机，粉红色的是11寸的发动机，绿线是6寸的发动机。

　　约翰.沃尔说:这个图表示滤清器多长时间会被堵塞，是用英里做单位的。而黑坐标是机油里灰份的含量，目前是1.3。横着的虚线是美国EPA对颗粒物排放控制的组成，上面的这条线是重型发动机。为了要满足EPA所提出的寿命要求，就会要求今后机油的灰份含量降到0.2，这样才能使所有发动机都能满足要求。

　　约翰.沃尔说:这样一个要求对于润滑油工业和公司来讲，确实也是一个非常困难的任务，但是为了能够达到这样一个排放的要求，从整个系统整合的要求上来讲，是必须要实现的一个目标。

　　约翰.沃尔说:最后一个问题是通过颗粒物滤清器压降，我对此不进行深入的介绍了。对于进一步降低氧化氮的控制技术，美国多是采用氧化氮吸附器。工作的原理是所有排气传播吸附器，把氧化氮储存在里面，在一定的时间喷进一定的燃料，而这个燃料进去以后有一个反映，使得把氧化氮还原成氮气。

　　约翰.沃尔说:下面我想介绍设计中两个比较大的问题，一是广泛的温度工作范围和耐久性问题，先介绍一下耐久性的问题。图中纵坐标表现的是氧化氮的转换效果，这个坐标表示的是可靠性、耐久循环速度，可以理解成一种工作时间的概念。

　　约翰.沃尔说:从图中可以看到，在耐久性过程中转换效率已经降低了35％，这对于我们来说就是一个很重要的任务，要跟后处理器同时工作，开发一个拥有相当好耐久性的新机器。这张图表示的是氧化氮吸附器转换效率和温度、通过吸附器空间速度的关系。这个空间速度代表的是气体的流量。

　　约翰.沃尔说:从这个图上可以看到，无论是高了或是温度低了，都使得氧化氮的转化效率大大下降。有一个解决的办法是把空间速度降低，这意味着我们需要把吸附器的尺寸做大。但是尺寸做大以后就意味着尺寸越大价格越贵，所以我们要找到一个平衡点。

　　约翰.沃尔说:最后一个是对燃油的要求，要求很低的硫含量，要求低到15ppm以下，这样才能使氧化氮吸附器很好地工作。再往下走，为满足欧4、欧5以及美国2010恩年的排放要求，另外一条路，就是用SCR（选择性催化转化器）。

　　约翰.沃尔说:现在采用SCR技术，看来在欧洲上已成为一个基本的打算，在美国还不一定，美国2007年的排放法规还不会用它，也许2010年会考虑它。这个图是一个SCR示意，这个图有一些要素，含有氮、氢，把这个要素排气，铵和氧化氮发生的反映。

　　约翰.沃尔说:这个技术的使用有一个经济上的考虑，跟柴油相比，尿素的价格很低，会采用这样一个技术。在欧洲采用这个，而在美国不是这样情况，所以每个不会用它。

　　约翰.沃尔说:下面我介绍一下康明斯与合作伙伴西港共同开发的高压直接喷射天然气技术，大家知道在昆明市有不少天然气发动机现在在北京公交车运行，这些发动机都是火花点火式的发动机，但并不是昆明市只有生产火花点火式发动机。

　　约翰.沃尔说:在我们所要介绍的系统中是把天然气像柴油那样喷射到气缸里，而且这里有很少量的柴油，在重量上占5％，柴油在燃烧室里首先自燃以点燃天然气。

　　约翰.沃尔说:这样一个技术使得我们可以采用基本和柴油机一样的东西，得到和柴油机同样的热效率，而相对于火花点火发动机来讲，它具有更高的经济性。我最后还是把它归结到我们开发发动机时必须考虑的因素，要开发低排放量的产品，同时充分考虑客户的要求，做到既适合客户要求又是低排放的最好的产品。

　　约翰.沃尔说:谢谢大家。