发动机节能技术漫谈（下）

本期论坛嘉宾

中国内燃机工业协会常务副会长兼秘书长 邢敏南京公交集团副总经理 程镜良

石家庄市公交总公司总经济师 于新泉

北京公交集团技术部副部长 王家良

北京公交集团八方达公司技术部部长 徐鑫

原上海巴士五汽公交公司副总经理 褚永森

长春公交集团有限责任公司技术部部长 裴志强

一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂研发部副部长 唐颋

潍柴动力股份有限公司应用工程部客车动力分部副经理 金强

广西玉柴机器股份有限公司工程研究院轻型车发动机燃烧开发技术总师 王辉

本期主持人：刘勇

日前，在中国内燃机工业协会与《驾驶园》杂志社联合举办的“公交发动机节能环保与新技术交流会”上，中国内燃机工业协会常务副会长兼秘书长邢敏表示我国发动机发展水平的现状是：综合能效水平较低，先进的内燃机节能产品比例较低，替代产品正处于起步阶段，内燃机的绿色制造和再制造技术薄弱。我国在用车发动机60%—70%属于高能耗、高排放产品，内燃机的产业政策有待进一步完善。另外，我国的内燃机在排放上与国外产品相比还有着一定差距，道路车用发动机在排放上目前差一个标准级，非道路车用的发动机排放上要差两个标准级。国产发动机在技术上取得了哪些突破？与进口发动机相比到底有哪些差距？公交企业对发动机有哪些实际需求？本期互动论坛将围绕这些问题展开讨论。

主持人：商用车发动机目前主要是SCR和EGR两种技术路线，SCR技术需要加装一整套尿素系统，因此费用较高。EGR技术只需在原有基础上加大冷却系统，整车改动较小，费用较低。但现在的发动机技术在排放上，颗粒物和氮氧化物存在此消彼长的关系，颗粒物对人体健康有危害、氮氧化物则会导致酸雨的形成且会破坏臭氧层，应该如何解决这一难题？

程镜良：柴油机所产生的颗粒物和氮氧化物（NOx）是排放中两种最主要的污染物。从目前降低汽车尾气排放的技术途径来看，要达到欧Ⅳ排放标准，一般不再从发动机本身的结构方面采取措施，通常是采取排气后处理的方式来降低污染物的排放量，而选择性催化还原技术（SCR）是最具现实意义的方法，它是将一种尿素水溶剂注入已加进SCR催化剂的废气中来减少氮氧化物的排放，能把发动机尾气中的NOx减少50%以上。SCR技术的优点是：在不改变发动机结构的情况下，使燃油经济性得到改善，增加功率、降低热损耗，机油更换周期更长，且尿素成本低。使用SCR有可能实现更高的燃油经济性以及较低的运行成本。在降低氮氧化物排放量上，SCR的有效性已经广为人知，但是缺点在于实现这种技术需要高的排放温度，进而就需要发动机的排量越大越好，最终导致的就是燃料的消耗。

EGR是废气再循环，发动机控制电脑根据发动机的转速、负荷、温度、进气流量、排气温度控制电磁阀适时地打开，进气管真空度经电磁阀进入EGR阀真空膜室，膜片拉杆将EGR阀门打开，排气中的少部分废气经EGR阀进入进气系统，与混合气混合后进入气缸参与燃烧。NOx是在高温富氧的条件下生成的，部分废气参与混合气的燃烧可降低气缸温度，抑制了NOx的生成，从而降低了废气中的NOx的含量。但过度的废气参与再循环，将会影响混合气的着火性能，从而影响发动机的动力性，特别是在发动机怠速、低速、小负荷及冷机时，因此，当发动机在上述情况下，行车电脑控制废气不参与再循环，避免发动机性能受到影响，并使参与再循环的废气量根据发动机转速、负荷、温度及废气温度的不同而不同，以达到废气中的NOx最低。

SCR的优势在于无须对机体进行改动，即国Ⅲ电控裸机加上SCR便可实现国Ⅳ排放，且耐久性好、燃油经济性好，对燃油和机油品位要求低，无催化器拥塞风险，技能升级连续性较好，维护费用低。劣势在于初始成本高；质量较大，单车损掉有效荷重在400Kg左右；对封装要求较高；低温掉效问题，尿素在-11℃会凝集，在黄河以北地区使用，需加装解冻装配，进一步增加了成本和损掉了有效荷重；最主要的问题是随车携带的尿素一般可使用5000—10000公里，需及时补充，存在着尿素的供应和配给问题。

而“EGR+DOC+DPF”（即废气再循环、氧化催化转化、颗粒捕集技术集成）系统的优势在于初始成本低；对封装要求低。劣势在于需要对国Ⅲ主机技改，测定更为复杂，增加了开发成本和测定难度；对超低硫含量的燃油及高品位润滑的依赖；燃油经济性差；技能升级连续性相对较差；因为易堵塞，维护费用高。最主要的问题仍是当下规模内，低硫柴油的供应及如何编制更复杂的体系测定问题。因此，根据我国城市公交的特点，我认为目前SCR比较适合用于城市公交车。

于新泉：EGR和SCR都是过渡技术，不是最终的技术路线，最终的应该是通过合理的空燃比去实现自动控制，而实现自动控制要提高燃油的各项性能指标，这才是最佳的路线，加个尾气处理程序只是权宜之计，不是根治之法，毕竟程序是有寿命的。

王家良：SCR对油耗没有影响，它比较经济实惠，只是增加了尿素，而“EGR+DPF”会造成油耗的上升。尿素的消耗量是油品的5%，但实际情况消耗不了那么多，也就消耗2%。消耗的少了说明尿素没有按量反应，这是SCR技术的一大缺陷，因此这种技术不太适合北京的路况。北京的公交车长期处于低速运转状态，发动机输出的功率没有那么大，温度达不到尿素工作的温度，因此尿素没有按量消耗。尽管通过调整尿素工作条件或给排气管加保温层等办法可以起到一定缓解作用，但其缺陷不能完全避免。

主持人：近年来，玉柴、潍柴、锡柴等发动机企业快速发展，在推动公交行业技术进步方面也做出了不少贡献，各企业都拥有哪些先进技术，在节能减排技术上有哪些研究和成果？在发展方向上有哪些侧重点？据国外科研机构统计，经过120年的发展，普通的发动机依然具有进一步节能的潜力，如果把工程师研制出的大量节能措施结合起来，未来10年内我们能以廉价方式轻松提高燃油效率20%以上。请谈一下您了解的较好的节油技术，您认为发动机的节油潜力到底有多大？

金强：环保是一个发动机企业的社会责任。“绿色动力、国际潍柴”既是品牌目标，也是实践社会责任的体现。潍柴作为国内最大的发动机研发生产企业，一直提供符合市场需求的环保型动力产品。目前潍柴全系列客车用发动机均能够满足国Ⅳ、国Ⅴ的排放要求，针对北京等市场特殊要求，潍柴客车用发动机能够满足京Ⅳ、京Ⅴ排放要求。并在积极开发、试验达到欧Ⅵ排放的发动机产品。

从节能方面来说，客车用发动机向低转速方向发展。国内的客车用发动机从10年前的额定转速在2500转左右，下降到几年前的2300转，再到现在的2100或1900转低转速动力产品，已经成了市场上的发展主流，潍柴客车用发动机引领了这一趋势。

潍柴全系列客车用发动机均采用“低转速”动力配置。这也是根据公交、客运车辆特殊运行工况来做的一个分析和优化的结果。从公交车常用的运营工况数据来看，其发动机转速一般在怠速到1200转左右。这就要求将发动机经济区域向低转速优化。潍柴低速动力产品就是根据这一需求，优化了低转速区域的发动机油耗率，提升了发动机低转速区域的外特性最大扭矩，满足公交车要求的快速起步、低速节能的需求。

潍柴“低速动力”产品在可靠性、经济性、舒适性等三个方面具有明显优势：（1）发动机转速下降后，会降低零部件运转速度，延长运转时间，从而延长运转系的寿命，提高整体可靠性。（2）经济性方面，通过发动机的低速和大扭矩，适配小速比的后桥，可以降低传动系统的速比，提高传动效率。公交车常用的工况就是在发动机低转速范围内，通过提升发动机低速大扭矩来提高 车辆的起步动力性；通过匹配多挡箱与小速比后桥，优化整车的动力总成，可实现节油10%左右。（3）舒适性上，低速动力产品具备低噪声、低振动优势，可以降低整车噪声、振动，提高车辆乘车舒适性。采用合理的动力总成配置可以减少驾驶员换挡频率，降低了驾驶员的劳动强度。

节能也是减排。如何实现客车的节能，除了发动机本身性能优化以外，我认为目前最能快速见效的方法就是整车动力总成的匹配优化。

潍柴在动力总成匹配上有先天的优势，集团内就有发动机、变速箱、后桥等动力总成核心资源。前几年，潍柴重金打造了动力总成试验台、重型转鼓试验台、轻型转鼓试验台等，专门成立了上海动力总成研究院进行动力总成匹配研究；在动力总成的匹配研究与应用上都有了深厚的积累。

在实际车型匹配上，潍柴一直坚持模拟分析与试验测试相结合的方式，针对不同区域、不同工况、不同环境条件下，为整车厂、用户提供最经济、最合适的动力总成解决方案。

动力匹配还包括进排气、冷却、转向系统、刹车系统、整车供电等多个方面，这些系统都会影响到发动机运行的经济性、动力性。为更好地将发动机性能发挥出来，使整车动力匹配更合理，潍柴特别成立了应用工程部，专门负责发动机在整车上的匹配工作，目前已发展到300余人。

在节能减排技术上，潍柴有多种途径，比如通过辅助系统对发动机进行优化，发动机在怠速或低速区域时，通过辅助方式对进气系统进行优化，增加进气量。发动机辅助启动，特别针对北方地区寒冷季节，优化启动性能之后，可以减少启动次数，进而减少燃油的消耗。在发动机热管理方面，通过发动机精确控制、降低电磁风扇的无用功耗，以提升经济性。再者，还有多功能开关，可以实时调整发动机的输出功率，使其保持在经济有效状态，避免额外功率的输出。

另外，通过对空压机、液压泵、发电机等系统的优化匹配，也可一定程度上实现节能减排。潍柴在行业内率先使用双并联技术，实现整车集中供电，提高了发电机的利用效率，降低单个发电机的额定功率，从而降低了发电机的采购成本。

值得一提的是，潍柴正在研发智能辅助驾驶系统，不同的驾驶员在同一条线路上行驶，油耗不相同，通过开发智能辅助驾驶系统，使得不同的驾驶员在不同的操作方式下，发动机都能保持在经济区域内，以实现节能减排的目的，这也是节能技术未来的发展方向。

唐颋：锡柴也是经过了对公交工况的路谱分析后，产品逐渐往低转速大扭矩方向发展。早期的产品是基于稳态的工况，但对于电控柴油机而言，瞬态的工况对于燃油经济性和排放意义重大，如果在整车上做这方面的研究，目前我国车载设备的精度不够，成本很高，周期也很长。锡柴就用路谱分析的办法，加上特定的算法，把路谱变成发动机在台架上运行的动态工作谱，在台架上来模拟、分析瞬态工况，这样研发出的产品油耗将更低。

锡柴在技术上还有一项重要的技术应用，就是可变喷嘴涡轮增压技术（VNT）。目前应用较多的SCR技术虽然可以达到国Ⅴ，但尿素结晶的问题很难解决，包裹技术、低温后处理催化装置都不能完全解决这一问题。VNT技术可以提升发动机功率、增加扭矩、节省油耗、降低排放，尤其可以加快响应，它对降低瞬态油耗的贡献非常大。再一个就是发动机怠速时关闭技术（Start-Stop），这项技术的节油效果可以达到5%。要知道，公交车的怠速工况占到运行时间的40%—50%，这些是可以节油的关键时间点，Start-Stop系统在发动机怠速时关闭发动机，进而节约了燃油。公交车的负荷率相对于卡车来说还是低的，换油周期方面，卡车和客车差不多，锡柴有项新技术可以对机油进行监控，在该更换机油的时候会加以提醒，很大程度上可以节约机油，这也是很有价值的一项技术。这两项技术都会在明年推出。

潍柴有智能辅助驾驶系统，我们也有类似的技术——载荷判断装置，根据车辆负荷，系统会告知驾驶员应该挂哪个合适的挡位。目前，锡柴正在打造自主的车载电脑（ECU）系统，这方面，博世和电装几乎垄断了国内的共轨市场。共轨系统中有那么多零部件，到底哪个是核心零部件？分析下来，其他部件都可以替代，唯一暂时不能替代的就是ECU。锡柴认为，其他部件自主不自主，对这个产业来说影响不大，唯有ECU实现自主，对国产品牌来说意义重大。当前，国际上已经把节油放到了环保的前面，节油的话会用到很多控制器，水泵、机油泵，这些原来由机械控制的都要变成电控，而实现电控的核心就是ECU，从国Ⅳ、国Ⅴ甚至国Ⅵ，全电控的节油技术的最终集成和产业化都要在ECU上实现。所以我们只有拥有自己的ECU，才真正拥有了话语权。

柴油发动机的节油潜力有多大，我认为20%的数字还是比较靠谱，但技术的建立是有代价的，20%应该是指使用柴油机的整车的节油潜力，而且针对的可能不是公交车，应该是集装箱的运输车，通过流线型的设计优化或者比较流行的队列驾驶，长途的重载车辆的运输可以降低20%的油耗。我们需要清醒地认识到，在这里得到了，在其他地方就失去了，对于混合动力或者纯电动公交车来说，燃油省了，但电池要消耗电量，我们要看从油井到车轮这一个过程中总体的能量消耗。这应该由国家算总账，而不是由企业算小账。但可以肯定的是，柴油机是所有类型的发动机中，经济性最好的一种产品。

王辉：玉柴有着先进的开发流程和先进的管理经验。玉柴单体泵的ECU已批量化生产，SCR控制器也已在北京等市场使用。

在发动机技术上，玉柴有以下应用：一是清洁的燃烧技术，这项技术有利于燃油的混合，实现燃烧的清洁和发动机的节能；二是领先电控自主标定技术；三是使用两级增压技术，其响应性、实现高强化的能力更强；四是省油开关；五是使用缸内制动技术，在车辆连续下坡时提高55%的制动力，减少事故的发生。

主持人：石家庄公交总经济师于新泉表示，“现在，发动机生产企业大都是做一个公路通用的机型，然后再去往各种车型上匹配。”实际上，公交有特殊的运行工况，企业应该研制公交专用的发动机，那么，在此方面，生产企业都已掌握了哪些技术，哪些技术正在探究或面临瓶颈？公交专用发动机又有哪些指标和特点？柴油发动机的节油潜力有多大？公交企业在使用过程中都遇到了哪些问题？您认为，我国的发动机与国外产品相比，差距究竟在哪里，国产品牌的出路又在何方？

唐颋：公交专用发动机方面，早在10年前锡柴就明确卡车配置、公交配置要分开，打造公交专用发动机也是锡柴一直强调的一个概念，根据路谱来设计其燃油经济性，包括动力总成的匹配，以保证低油耗。在公交发动机核心零部件的选配上，我们永远选择最优的产品，既有国内供应商，也有国外供应商。锡柴把公交产品看作是旗帜性产品，所以要把公交产品做到最好。公交专用发动机，每个城市需求不一样，平均车速有高有低，负荷率不一样，动力总成匹配时要考虑这些问题。

王辉：玉柴对公交用车的理解是：公交的运行时速都比较低，起步、加速频繁，站点多、红绿灯多，二挡起步比较快，运行转速比较低，一般每分钟800—1300转。有的线路时速比较快，对发动机提出了新的要求。公交发动机的匹配偏向于低速、中高负荷，要避免低负荷时摩擦功对油耗的影响。专用发动机的研发上，玉柴采集典型的公交路谱，根据运行工况有针对性地进行性能开发。根据仿真的结果来确定控制策略，根据市场化的差异来确定发动机的状态。玉柴公交专用发动机的特点是根据客车的使用工况来开展，零部件的选型也是根据公交的工况来开展的，专用的发动机上也集成了并联的电机，空调的压缩机也整合在发动机上，在排气管的设计和高温线的处理和维护方面也做了大量工作。

邢敏：今年，国务院办公厅发布《关于加强内燃机工业节能减排的意见》，明确提出内燃机要进一步节能减排。从产品的角度来讲，节能减排是重中之重，如何借助政策促进节能减排技术的提升，行业都在谈这个问题，内燃机工业协会也正在做课题，立志于加强内燃机技术的综合提升，让内燃机更环保更节能。国办文件强调在重点11个领域中，将喷射系统、中冷风扇、后处理技术作为重中之重来全力解决。我认为，企业的主要精力应该放在传统内燃机的改造上，通过技术的提升来解决目前存在的问题，比如进一步提高热效率等等。

经过几十年的追赶，即便说国产发动机已经比较先进了，也只是在中低端产品上的先进，还没有到中高端的水平。从另一个角度来说，我们的产品本身与国外产品的差距并不是很大，因为国产产品大都是采购国际上先进的零部件，产品品质并不差。在研发上，潍柴有100多个实验室，在国际上没有第二家这样的企业。去年的国家科技进步奖，内燃机行业就有3个。可见，我们的研发能力也不弱，但有一点不得不说，尽管国内企业发展很快，尽管也有自主研发，但没有一家在卖技术，这就是差距。可以说，我们的产品的有些指标不比国外差，我们与国外的差距主要在起点上，就差在一些关键技术上。因此，做大做强是国内企业发展的方向。

裴志强：长春地处东北地区，冬季寒冷，要求发动机的冷启动能力要强。我认为低速发动机要有其针对性，现在，郊区线路开始发展，它往往不是低速的运行状态，它用的发动机就不能是低速大扭矩，因此，针对不同的需求应该有不同的研发重点。

徐鑫：北京公交集团八方达公司，现有5000多辆车，由于北京对环保要求比较严格，电控柴油机早在2003年就出现了，那时候用的电控柴油发动机都是进口品牌，以康明斯、依维柯为主，2005年开始使用玉柴柴油机。

从使用情况来看，国外产品与国内产品在性能上差别不大，核心部件都是博世系统，单体泵是德尔福的。具体区别是：进口发动机故障率略低、可靠性要略高，但维修的价格、成本、方便性上不如国产机器，我们认为国产发动机有自身优势。现在，修理康明斯发动机的标定程序、监测软件都要付费，对方提供密码后才能维修。希望国产品牌在核心部件和关键技术上能够有所突破。另外，我们希望自主品牌增强通用性，目前通用性较差，不便于用车单位的维修保养管理。

褚永森：随着国家新能源政策、环境保护政策的实施，公交面临的压力越来越大，由于它对污染的贡献率比较高，因此备受社会关注。

上海巴士与锡柴、玉柴都有长期合作，与潍柴的合作也已开始，各企业在为公交提供适合的发动机产品方面都做了很多工作。我认为，发动机企业必须对公交的路谱工况做深入了解，有很丰富的数据资源之后，才能进行发动机的开发及其与整车的匹配优化。

现在柴油机领域有个悖论，那就是中冷器和散热器，现在都是摞在一起，发动机的曲轴在转，带动风扇工作，不冷的时候转，冷的时候它也在转，而中冷器的要求和散热器的要求不一样，中冷器的要求是给增压器内出来的气体降温，降到一定程度，柴油机的出气系数会更高，但散热器对温度的要求不是越低越好，而是越高越好，这就产生了悖论。风扇的功耗跟转速的3次方成正比，发动机转得越快，风扇的功耗会拼命往上涨，这个问题如何解决需要思考。

还有个问题是发动机水温过低。从节能减排的角度，发动机水温低了对机器磨损、对能耗、对燃烧效果都不好。不用说长春这种比较冷的地区，就是长江中下游地区，发动机工作时的水温也会很低，冬天发动机的温度只有40多度，怎么保证燃油在低温下有个好的燃烧环境是个大问题。

作为使用单位来讲，对发动机主要有四点要求：一是发动机的响应速度要快，操控性要平顺。二是维修要方便，谱系不能太复杂。现在有很多车，维修工根本没办法接近，维修极不方便。三是运营成本要低，燃油的经济性要好，机油的消耗量也要少，维修成本要低。四是现在的车越来越重，为了达到一个比功率、比扭矩，一定吨位的车辆似乎一定要达到一个多大的马力才行，这就造成发动机功率越配越大、整车越来越重。我们的安全检测线，以前配置的是7吨级的设备，后来10吨，现在又到了13吨。这样的整车就不是节能减排了，而是以整体的高能耗为支撑的。

现在公交发展很快，县级城市都开辟公交路线，大功率柴油机、空调车已成寻常配置，生产企业应该给他们提供更好一些的服务。

国产的和进口的发动机，差距并不是十分明显，国产的跑冒滴漏现象多一点，希望国内企业把跑冒滴漏的情况解决。2007年，上海开始使用电控发动机，国内企业的发动机上贴有标签：发动机上禁止水冲，但一辆车要用8年、12年，怎么保证干净、防火，不用水怎么办？用干冰来洗，虽然洗得很干净，但干冰都是二氧化碳，污染环境，而且容易把线束都打坏了。还有一种发动机清洗剂，其实对环境的污染不小。我想这个问题在全国都存在，后来我们采取了技术措施，还是用水洗。如果跑冒滴漏少一点，我们水洗的次数就会少一些，发动机的使用寿命便会更长。

柴油机的节能潜力是很大的。对于发动机来说是节油为王，节油对环境保护、对节约资源都有好处。12米的公交车，很多地方百公里都是30多升的油耗，我们最好的驾驶员曾经达到18.5升，还是在带客营运的状态下创造的。拥有一万辆公交车的上海巴士集团近3年以每年单耗下降0.5升以上的成绩不断降低燃油单耗，可见柴油机节油潜力之大。我认为，把柴油机变成更干净、清洁的产品，才是最好、最可行的出路。（完）