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福田汽车国IV开发和产品介绍

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福田汽车国IV开发和产品介绍 福田汽车国IV开发和产品介绍福田汽车国IV开发和产品介绍 北汽福田汽车股份有限公司 副总经理 邬学斌 2008年3月25日 报告提纲 一、汽车企业的压力与社会责任 二、传统柴油动力技术优化 三、新能源动力技术 四、新技术在福田汽车的应用 一、汽车企业的压力与社会责任 二、传统柴油动力技术优化 三、新能源动力技术 四、新技术在福田汽车的应用 煤 石 油 天然气 百万吨/年(折合为油) 000 5,0005,0005,000 10,00010,00010,000 15,00015,00...
福田汽车国IV开发和产品介绍
福田汽车国IV开发和产品介绍福田汽车国IV开发和产品介绍 北汽福田汽车股份有限公司 副总经理 邬学斌 2008年3月25日 提纲 一、汽车企业的压力与社会责任 二、传统柴油动力技术优化 三、新能源动力技术 四、新技术在福田汽车的应用 一、汽车企业的压力与社会责任 二、传统柴油动力技术优化 三、新能源动力技术 四、新技术在福田汽车的应用 煤 石 油 天然气 百万吨/年(折合为油) 000 5,0005,0005,000 10,00010,00010,000 15,00015,00015,000 20,00020,00020,000 25,00025,00025,000 30,00030,00030,000 190019001900 192019201920 194019401940 196019601960 198019801980 200020002000 202020202020 204020402040 206020602060 208020802080 210021002100(年)((年年) 35,00035,00035,000 煤煤煤 石油石油 天然气天然气天然气 非传统天然气非传统天然气非传统天然气 核能核能核能 可再生资源获得的氢可再生资源获得的氢可再生资源获得的氢 生物能源,风能, 太阳能等.生物能源生物能源,,风能风能,, 太阳能等太阳能等.. 非传统油 (沥青砂,等.) 非传统油非传统油 ((沥青砂沥青砂,,等等.).) 主 要 能 源 产 量 一、汽车企业的压力与社会责任 严峻的能源考验 新能源汽车 ●世界自然能源发展趋势 ● 汽车与大气污染 一、汽车企业的压力与社会责任 一、汽车企业的压力与社会责任 开发低排放、高效能的新型汽车和动力已成为促进社会、经济 和环境复杂系统实现可持续发展的重要环节。 未来汽车技术发展方向 优化现有的车用能源动力系统 ——发展节能、低排汽车 开发新能源动力系统 ——发展新能源汽车 可持续发展的 汽车能源动力 以国IV、国V汽车 为代表 以混合动力车、纯 电动车为代表 以氢燃料与 其它再生能源汽车 为代表 一、汽车企业的压力与社会责任 三、新能源动力技术 四、新技术在福田汽车的应用 二、传统柴油动力技术优化 EUROⅣ国4 核心:后处理 EUROⅣ国4 核心:后处理 EUROIII国3 核心:电控 EURO V国5 核心:燃料 未来 核心:混合 增压 VGT NOX吸附催化 电控共轨喷射 系统 DPF主动、 被动再生 后处理燃料 50ppm 硫 EGR 冷却与均匀分配 增压 改善的VGT 电控共轨喷射 EGR 改善的EGR 燃烧 PHCCI 燃料 10ppm 硫 后处理电控 NOX 闭环捕捉器 完善的DPF SCR-尿素 电控共轨喷射 VGT 燃烧 全部HCCI 电力驱动 混合式燃料 GTL或氧化柴油 SCR 未来十年柴油发动机发展趋势:清洁化 随排放法规的升级,发动机技术趋向电控共轨、增压中冷、4气门 序号 类别 项目 分项 燃烧系统 LTC、PCCI、HCCI 4气门 高压比增压器 电控单体泵UPS 电控泵喷嘴UIS 电控共轨CRS 电控系统 控制逻辑 EGR SCR LNT DOC DPF 1 2 充气系统 燃油系统 发动机机 内优化 废气后处 理系统 处理NOx 处理PM 1. 欧4、欧5柴油机排放技术策略 燃烧系统 充气系统 燃油系统 电控逻辑 4气门 DPFSCR 后处理 关键技术 欧洲稳态测试 喷油正时提前 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0 1 2 3 4 5 6 D P F SCR –触媒 现状 欧 3 氮氧化物[g/kWh] 颗 粒 物 [ g / k W h ] 欧3 (00.10) 欧4 (05.10)欧5 (08.10) 欧 6 (讨论中) 燃 油 消 耗 / C O 2- Em . HC CI ..? 增 强 的 EG R, 延 迟 喷 射 DPF: 柴油机微粒过滤器 SCR: 选择性催化还原 HCCI: 均质压燃 ? ? 方案 2 方案1 示意图 2. 欧4、欧5级排放的技术路线 3. SCR与EGR+DPF技术路线的综合比较 SCR EGR+DPF 备注 功率和扭矩与欧3相比提高10% 功率和扭矩与欧3持平 发动机本体不作改变 燃油经济性 相比欧3发动机燃油经济性提高7%,尿素溶液的用量大约是柴油的5% 相比欧3发动机燃油经济性降 低2-3% 尿素溶液的价格不到 柴油价格的一半 购置成本 系统总成本比EGR+DPF成本高约20% 维护成本 机油更换周期与欧3相同 机油更换周期与欧3相比降低50% 对于中国的油品,DPF 系统20000公里需要清 洗一次 同欧3机型 废气回收冷凝,易腐蚀,可靠性降低, 油品 对柴油中的含硫量要求不高,如加 DOC,要求低含硫量柴油,但比DPF要 求宽松 要求低含硫量的柴油 中国满足DPF用油有一定的困难 基础设施 需要建设一定数量的尿素加注站 不需要额外的支持 尿素站可以在现有的加油站网络上建设 环境的影响 未反应的NH3有刺激性气味,在600℃高温时五氧化二钒易挥发致癌 采用其他材料,但价 格高 本体适应性 本体可不作任何改变 需要对EGR、冷却器、增压器等部件作改进 采用SCR和DPF都增压 车辆自重 开发周期 约24个月 约24个月 相当 Adblue®是一种含水尿素,这是一种 无毒、无嗅、无危险的液体,可以非 常方便和安全的进行操作。但在-10 ℃以下会结晶,需要增加加热系统 其他说明 开发难度 项目 动力性 经济性 环境适应 性 可靠性 +表示好,—表示不好,0适中 /.☺ - - 0 - - + - 0 / - - 0 0 + - 0 / - 车辆配置: ¾ 冷却系统 ¾ Adblue® 贮藏罐 ¾ 消声器 + 触媒或 DPF - - - - - - 0 / - + + 0 - - - + + 经济性: ¾安装成本 ¾燃油消耗 ¾服务 - + / 0 + + 0 0 + / 0 0 复杂性: ¾系统应用 ¾车载诊断能力 - - ++ + - - ++ + - 前提: ¾对于含硫燃料的敏感性 ¾需要Adblue® 基础设施 高级EGR + DPFSCR 中级 EGR + DPFSCR 欧5欧4技术解决 方案 标准 ☺ 综合评价 上述信息出自2006.8日本自动车技术杂志及日常积累的资料 4. 欧4、欧5级柴油机技术路线应用结果统计 类别 生产商 轻型车 中型车 重型车 奔驰公司 4气门+电控共轨+可变截面增压器+冷却EGR+DPF 沃尔沃 斯堪尼亚 4气门+电控共轨HPI+冷却 EGR+DOC 或4气门+电控共轨(HPI)+SCR 4气门+电控共轨(CRS)+SCR 或4气门+电控共轨+冷却EGR+DPF 曼 4气门+电控共轨+SCR或4气门+电控共轨+冷却EGR+DPF 4气门+电控共轨+SCR 或4气门+电控共轨+冷却EGR+DPF 2气门+电控泵喷嘴+冷却EGR +DPF 2气门+电控共轨+冷却EGR+ DPF 奥迪轿车 4气门+电控共轨+可变截面增压器+冷却EGR+DPF 康明斯 4气门+电控共轨+SCR 无 康明斯 4气门+电控单体泵+冷却EGR+DPF 4气门+电控泵喷嘴+冷却EGR+DPF 五十铃 4气门+电控共轨+VGS增压器+双冷却EGR(无DPF) 4气门+电控共轨+VGS增压器+冷 却EGR+DPF 日野 丰田 4气门+电控共轨+可变截面增压器+冷却EGR+DPF 三菱 日产 4气门+电控共轨+可变截面增压器+SCR 4气门+电控泵喷嘴(EUI)+SCR 大众轿车 日本 JP05 4气门+电控共轨+冷却EGR+DPF 4气门+电控共轨+可变截面增压器+冷却EGR+DPF 4气门+电控共轨+可变截面增压器(VGT)+冷却EGR+DPF 4气门+电控单体泵(EUP)+旁通阀增压器+SCR 欧洲 欧4、 欧5 福莱纳 美国 EPA07 5. 欧4、欧5级柴油机技术路线应用结果统计 初步结论 1)在欧洲,达到欧4,欧5采用的技术路线: 中重型车: 4气门增压中冷+电控共轨或单体泵或泵喷嘴+可变截面增压器(VGT) 或旁通阀增压器+SCR为主,占80%。 2)在美国:达到EPA07,采用的技术路线: 中重型车: 4气门增压中冷+电控共轨或单体泵或泵喷嘴+可变截面增压器(VGT) 或2级增压+冷却EGR+DPF为主 3)在日本:达到新长期法规(JP05),采用的技术路线: 中重型车: 4气门增压中冷+电控共轨+可变截面增压器(VGT)+冷却EGR+DPF为 主,仅日产采用了SCR的技术。 结合中国的国情,我们认为在后处理技术上采用SCR很有可 能成为解决中重型柴油车低排放的一个主流技术。 一、汽车企业的压力与社会责任 三、新能源动力技术 四、新技术在福田汽车的应用 二、传统柴油动力技术优化 传统内燃机电动车 电动车与混合动力及传统动力的关系 电动车与混合动力技术 纯电动动力 燃料电池动力 汽油机 柴油机 混合动力 混合动力是介于电动动力和传统的内燃机动力之间的动力 类型,兼有两者的优点。 电动车与混合动力车的原理对比 未来纯电动汽车和混合动力的发展将会成为趋势,燃料电池由于受到技术和 成本的限制将不会成为主流。 纯电动车 燃料电池车 混合动力车 电能存储/再生系统 电能存储系统 电能存储/再生系统+可消耗燃料 电动机 电动机 电动机+内燃机 (蓄电池/超级电容/飞轮) (燃料电池/蓄电池) (~+汽油/柴油/天然气等) 能源种类 蓄电池+燃料电池 混合能源型单一能源型 微混合 中度混合 可外接 充电式 能源组合 PEV FCEV HEV 蓄电池/超级电容 以蓄电池+内燃机为主 零排放 正在科研阶段,产 业化尚有距离 排放程度降低 仍依赖内燃机,结构复 杂,技术难度大 动力输出 零排放 关键技术在蓄电 池 基本评价 全混和 混合动力-分类及对比 微混合系统 micro hybrids 中度混合系统 mild hybrids 全混合系统 full hybrids 可外接电源充电混合系统 plug-in hybrids分类 特点 应用 案例 1.对微混合动力车辆, 动力中依靠电池的比例 很小,内燃机功率的比 例很大; 2.微混合系统,也叫 “起-停混合”其电机 仅作为内燃机的起动机 /发电机使用,需要时 (如遇到红灯车辆停止) 使内燃机熄火,并当车 辆再次行驶时,立即重 新起动内燃机;也有电 机辅助内燃机加速车辆。 3.微混合可实现5%- 15%的节油效果。 GM Silverado/Sierra 1.对中度合动力车辆, 动力中依靠电池的比例 较大,内燃机功率的比 例减小; 2.中度混合系统,电机 可给内燃机提供辅助的 驱动力矩,但不能单独 驱动车辆,这种系统同 样具有制动能量回收、 发动机熄火/重起动等功 能,其电机、电池能力 都比微混合大,作用也 强,内燃机功率可以小一 些。 3.节油可达20-25% Honda Insight 1.对全混合动力车辆,动 力中依靠电池的比例更 大,与轻度混合系统相 比,驱动车辆的两种动力 源中电机功率的比例也更 大,内燃机功率的比例更 减小; 2.全混合车辆,电机和内 燃机都可以独立或一起驱 动车辆,因此在低速、软 加速行驶(如交通堵塞, 不断起步停车)、车辆起 步行驶和倒车等情况下, 车辆可以全电动行驶;硬 加速时电机和内燃机一起 驱动车辆,也有制动能量 回收的能力; 3.节油达50-56% Toyato Prius 1.对Plug-In 系统,电机功率比例 与纯电动相同,内燃机功率比例与全 混合系统相同,同时电池容量应保证 必要的行驶里程。 2.结构与全混合系统类似,全电动行 驶里程比全混合系统长,全电动行驶 时的车辆性能与全混合系统相同 3.具有接受外部公用电网对车载电池 组充电的能力 4.内燃机功率水平与全混合系统类似 5.电机功率水平与纯电动车辆类似, 但比全混合系统高 6.电池容量水平要保证足够的行驶里 程(如30 或80 公里) 7.电比油便宜,使用成本低,假设每 加仑汽油3美元,使用传统汽车,根 据MPG的不同,每英里需8-20美分, 改用PHEV的全电动模式上下班或在局 部地区行驶,燃料费降至每英里2-4 美分。 GM Volt Plug-in Volvo Plug-in 多种替代能源与传统能源相结合,先进传统动力与新动力相结合,解决现实和未来 可持续发展的能源和动力问题。 未来汽车替代能源与先进动力选择结果 I C 内 燃 机 一、汽车企业的压力与社会责任 三、新能源动力技术 四、新技术在福田汽车的应用 二、传统柴油动力技术优化 1. 产品规划 1)传统动力 3)电动汽车 汽油机:缸内直喷、缸内直喷增压技术,用于传统汽车或混合动力车。视 国内油品状况,先选择均质燃烧技术,后升级为分层燃烧技术。 柴油机:电控高压共轨+4气门+增压中冷技术,不同的排放法规匹配不同的 后处理系统 2)混合动力 选择微混、中混技术,视市场需要选择汽油+电、柴油+电类型,视电池的 成熟状况及成本选择相应的电池。快速充电混合动力(plug-in)更有竞争力。 纯电动车:重点考虑锂离子电池的电动动力,在微型和定点车辆上先突破。 氢燃料电池:积极探讨技术的应用,在试运行中成熟技术和产品 2. 技术路线选择 改进汽车 燃油经济 性和排放 替代石油替代石油 能源多样 化 内燃机和 变速器改进 混合动力 (包括可外接充电混合 动力汽车HEV) 电池电动汽车 (E-Flex) 氢燃料电池 时间时间石油(传统和替代来源) 生物燃料(乙醇E85、生物柴油) 电力(传统和替代来源) 氢 3. 新能源汽车产品平台 代用燃料整车 气电混合动力:HCNG-NiH 油电混合:柴油-锂电 混合动力车 纯电动车 氢燃料电池车: FCEV 纯电动车: 先进动力 ●福田国IV动力 ——中重型柴油机 主要技术路线: 4气门增压中冷+第2代电控共轨CRS+电控可变截面增压器(VGT)+SCR为主 采购、封装成本 生产组织 排放性能 整车布置 SCR载体优化 SCR载体优化原则 世界专利技术的 Quadram燃烧 系统,保证了燃料充分燃烧; 采用电加热器进气辅助装 置,-40℃能够顺利启动 采用SCR后处理技术,排 放水平达欧IV,节省燃油 5%—7%。 精工制造 品质可靠 最优的结构强化设计,以最小的体积提供最大 的动力,升功率、升扭矩优于行业水平; 产品展示 康明斯合资产品,动力性能、强化指标与欧美发 动机相当,优于日本发动机,属于世界先进水平。 龙门式铸铁缸体无缸套,结构及加强 筋的合理布置有利于降低噪声,结构 紧凑、铸造、加工简单。 ●4气门设计:减小换气损 失,提高充气效率; ●喷油器垂直布置在气缸中央: 有助于充分燃烧, 活塞的热负 荷均匀分布; ●整体缸盖,无气门导管,嵌 入式座圈。 动力强、绿色环保动力强、绿色环保 低噪音设计低噪音设计 ——轻型车用动力 轻型柴油机主要技术路线 项目 目标 开发内容 发动机结构件 缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴、活塞重大改进设计,冷却与润滑 系统能力提升 燃油系统及燃烧系 统 BOSCH高压共轨系统, 1450bar 或1600bar 高压共轨匹配,喷油器选型, 燃烧室优化设计 EGR系统 冷却EGR 后处理 DOC+ POC 选型、标定与耐久性测试 冷却、润滑系统 不变 设计改进,机械开发 进气系统 带放气阀的增压器或VGT 选型与标定 MPX混合动力车 5.纯电动车 家庭住宅 城镇上班族用车 部分人群休闲车 落实科学发展观,加快汽车产品技术升级、自主创新,以先进 的技术促进节能减排发展,为建设资源节约型、环境友好型社 会作出积极贡献。 5.纯电动车
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