柴油机在乘用车上的应用及发展趋势

27 53 VOLKSWAGEN Group China 现代柴油机在乘用车上的 应用及发展趋势 现代柴油机在乘用车上的 应用及发展趋势 徐焕新博士 大众汽车 徐焕新博士 大众汽车(中国中国)投资有限公司投资有限公司 2004 年年 12 月月 1 1 VOLKSWAGEN Group China 柴油车国际市场现状及发展柴油车国际市场现状及发展 柴油车市场发展的主要因素柴油车市场发展的主要因素 现代柴油机技术的发展现代柴油机技术的发展 现代柴油机技术需要高品质燃油现代柴油机技术需要高品质燃油 未来燃油和动力系统技术的发展战略 报告内容 未来燃油和动力系统技术的发展战略 报告内容 2 VOLKSWAGEN Group China 西欧柴油轿车市场份额逐年上涨西欧柴油轿车市场份额逐年上涨 奥地利比利时 法国西班牙意大利葡萄牙德国英国丹麦荷兰挪威瑞士爱尔兰芬兰瑞典希腊奥地利比利时 法国西班牙意大利葡萄牙德国英国丹麦荷兰挪威瑞士爱尔兰芬兰瑞典希腊 0 20 40 60 80 in % 信息来源: Marketing Systems, VDA, AAA 1990 14,3% 1990 2000 2000 32,5% 42,7% 0106, 2003 0106 2003 （19992000-2003.16.统计）统计） 2 3 VOLKSWAGEN Group China J.D. Power 预测预测: 2015年全球轻型柴油车年全球轻型柴油车(含轿车含轿车)的销量将达到的销量将达到2700万辆，市场占有率上升至万辆，市场占有率上升至28%。 J.D. Power 全球轻型柴油车市场预测全球轻型柴油车市场预测 (2004-2014) 百万辆百万辆 西欧西欧北美北美南美南美东欧东欧亚洲亚洲其它地区其它地区 200420142009 信息来源: J.D. Power 4 VOLKSWAGEN Group China 动力环保性能改善 驾驶乐趣大大增加 动力环保性能改善 驾驶乐趣大大增加 现代柴油机技术的发展 对节能车型予以鼓励 对环保车型予以鼓励 对节能车型予以鼓励 对环保车型予以鼓励 鼓励性政策的推动作用 高效、经济 节能、环保 高效、经济 节能、环保 现代柴油机的自身优势 柴油车市场发展的主要因素柴油车市场发展的主要因素 3 5 VOLKSWAGEN Group China 现代柴油机的优势 - 动力性能表现优异现代柴油机的优势 - 动力性能表现优异 增压直喷柴油机和汽油机动力性能比较 6 VOLKSWAGEN Group China 增压直喷柴油机和新型直喷汽油机性能比较 5.8/8.5s 7.4/9.3s 60-100 km/h 8.5/- s10.1/13.2s 80-120 km/h 加速弹性加速弹性 15.1s14.9s0-130 km/h 12.9s12.6s0-120 km/h 9.1s8.9s0-100 km/h 6.3s6.1s0-80 km/h 加速性能加速性能 320 Nm/1750 rpm200 Nm/3500 rpm 扭矩扭矩 (Nm) 103 kW/4000 rpm110 kW/6000 rpm 功率 直列 功率 直列4缸增压直喷柴油机缸增压直喷柴油机直列直列4缸 直喷汽油机缸 直喷汽油机 发动机发动机 高尔夫高尔夫 2.0 TDI高尔夫高尔夫 2.0 FSI 现代柴油机的优势现代柴油机的优势 提供更多驾驶乐趣提供更多驾驶乐趣 大众高尔夫V 柴油机表现出更加出色的动态 加速性能， 其 柴油机表现出更加出色的动态 加速性能， 其60100km/h 加速弹性比同级汽油机高加速弹性比同级汽油机高15% 左右。左右。 信息来源: Auto Motor und Sport 4 7 VOLKSWAGEN Group China 增压直喷柴油机和新型直喷汽油机油耗比较 现代柴油机的优势现代柴油机的优势 经济节能经济节能 大众高尔夫 V 信息来源: Auto Motor und Sport 7.8 10.6 4.8 5.9 5.9 7.6 0 2 4 6 8 10 12 城市郊区综合 2.0 TDI2.0 FSI -22% -19% -26% 8 VOLKSWAGEN Group China 世界上第一辆百公里油耗1升的汽车世界上第一辆百公里油耗1升的汽车 排量: 0.3 L, SDI技术, 单缸 功率: 6.3kW (8.5 PS) 满足欧4排放法规 油耗: 0.99L/100km 大众1升车 5 9 VOLKSWAGEN Group China 现代柴油机的优势 - 有益环保现代柴油机的优势 - 有益环保 HC+NOx排放排放 g/km 0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 19901995200020052010 6,0 7,0 -95% 欧1* 欧 4 欧3* 欧 2 欧0排放限值 *)采用新的驾试循环 欧洲柴油轿车排放标准的发展 - HC+NOx排放限值 10 VOLKSWAGEN Group China 现代柴油机的优势 - 有益环保现代柴油机的优势 - 有益环保 颗粒排放颗粒排放 g/km 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 19901995200020052010 -93% 欧1* 欧 4 欧 3* 欧 2 *)采用新的驾试循环 欧0排放限值 欧洲柴油轿车排放标准的发展 - 颗粒排放限值 6 11 VOLKSWAGEN Group China 从能源开采到应用全过程中 柴油机所产生的潜在的温室 效应气体比汽油机少 从能源开采到应用全过程中 柴油机所产生的潜在的温室 效应气体比汽油机少33 开采运输开采运输 生产过程生产过程 销售环节销售环节 应用消耗应用消耗 现代柴油机的优势 - 温室气体排放少现代柴油机的优势 - 温室气体排放少 12 VOLKSWAGEN Group China 欧洲汽车制造商协会降低欧洲汽车制造商协会降低CO2排放的承诺排放的承诺 140 160 180 200 1995200020052010 Ziel 2008 140g/km -25% 140 160 180 200 1995200020052010 Ziel 2008 140g/km -25% 140 160 180 200 1995200020052010 2008年目标: 140 g/km -25% CO2排放 克/公里 汽油车+ 柴油车 柴油车 1 14 VOLKSWAGEN Group China 鼓励性政策鼓励性政策 欧洲各国燃油税欧洲各国燃油税 020406080100120 柴油柴油 汽油汽油 欧分/升 比利时 丹麦 德国 芬兰 法国 希腊 英国 爱尔兰 意大利 卢森堡 荷兰 奥地利 葡萄牙 瑞典 西班牙 比利时 丹麦 德国 芬兰 法国 希腊 英国 爱尔兰 意大利 卢森堡 荷兰 奥地利 葡萄牙 瑞典 西班牙 在欧洲，通过对柴油施以比汽油低的燃油税以推动节能环保的柴油车的使用。在欧洲，通过对柴油施以比汽油低的燃油税以推动节能环保的柴油车的使用。 燃油价格(未含燃油税) 15 VOLKSWAGEN Group China 比利时 丹麦 德国 芬兰 法国 希腊 英国 爱尔兰 意大利 卢森堡 荷兰 奥地利 葡萄牙 瑞典 西班牙 比利时 丹麦 德国 芬兰 法国 希腊 英国 爱尔兰 意大利 卢森堡 荷兰 奥地利 葡萄牙 瑞典 西班牙 020406080100120 Diesel Gasoline 欧分/升 柴油柴油 汽油汽油 在欧洲，通过对柴油施以比汽油低的燃油税以推动节能环保的柴油车的使用。 鼓励性政策 在欧洲，通过对柴油施以比汽油低的燃油税以推动节能环保的柴油车的使用。 鼓励性政策 欧洲各国燃油税欧洲各国燃油税 燃油价格(含燃油税) 8 15 VOLKSWAGEN Group China 大众汽车公司满足欧4排放标准的柴油车型逐年增加大众汽车公司满足欧4排放标准的柴油车型逐年增加 Euro 4 1999200020012002200320042005 80% 0% 25% 50% 帕萨特帕萨特 2,0L, TDI 100kW 2,5L, TDI 120kW 1,2L,TDI 45kW 路波路波 1,4L,TDI 55kW 波罗波罗 1,9L,TDI 74kW 高尔夫高尔夫 / 宝来宝来 2,0L,TDI 100kW 1,9L,TDI 74kW 途安途安 鼓励性政策鼓励性政策 对环保车型予以减税对环保车型予以减税 16 VOLKSWAGEN Group China 能源能源 温室效应温室效应- CO2 19901995200020052010201520202025 废气排放废气排放- CO, NOx, HC, PM 推动技术发展的因素推动技术发展的因素 9 17 VOLKSWAGEN Group China 颗粒捕集器颗粒捕集器 NOx排放后处理排放后处理 氧化催化 转换装置 氧化催化 转换装置 燃油燃油 改进的燃烧系统改进的燃烧系统 柴油发动机技术发展的关键柴油发动机技术发展的关键 18 VOLKSWAGEN Group China 柴油发动机技术发展方向柴油发动机技术发展方向 2 气门气门 泵喷嘴泵喷嘴 EGR冷却控制冷却控制 可变进气截面 涡轮增压器 可变进气截面 涡轮增压器 4 气门气门 第二代泵喷嘴第二代泵喷嘴 电控执行装置电控执行装置 铝质材料铝质材料 第三代泵喷嘴第三代泵喷嘴 多孔式喷油器多孔式喷油器 新型传感器新型传感器 可变涡流进气可变涡流进气 电控可变气门机构电控可变气门机构 第四代泵喷嘴第四代泵喷嘴 几何结构可变的喷油器几何结构可变的喷油器 智能进气管理智能进气管理 多程进气增压控制多程进气增压控制 2001 10 19 VOLKSWAGEN Group China 技术改进方案技术改进方案 （85kW 高尔夫级别轿车, 新欧洲驾驶循环 ） 基准车型 欧 3 欧 4 颗粒排放 (g/km) 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 00 0.10.20.30.40.50.6 NOx+ HC 排放(g/km) 优化的催化转化装置. 改进的燃油和润滑油 优化燃油喷射 优化发动机管理 4 气门技术 优化燃烧过程 20 VOLKSWAGEN Group China 柴油机技术的发展 - 涡轮增压直喷燃烧系统柴油机技术的发展 - 涡轮增压直喷燃烧系统 涡流式 进气道 活塞顶 燃烧室 五孔 喷油嘴 涡流式 进气道 活塞顶 燃烧室 五孔 喷油嘴 11 21 VOLKSWAGEN Group China 大众汽车涡轮增压直喷大众汽车涡轮增压直喷(TDI)柴油机柴油机 喷油器垂直中置喷油器垂直中置 燃烧室中置燃烧室中置 可变涡流进气可变涡流进气 改进的进气系统改进的进气系统 每缸4气门每缸4气门 22 VOLKSWAGEN Group China 柴油机技术的发展 - 高压燃油喷射系统柴油机技术的发展 - 高压燃油喷射系统 共轨系统泵喷嘴分配泵 信息来源: Bosch 12 23 VOLKSWAGEN Group China 高压燃油喷射系统技术的发展高压燃油喷射系统技术的发展 最高喷射压力 (bar) 增压直喷 电子控制 增压直喷 电子控制 0 500 1000 1500 2000 1975198019851990199520002005 VP VP 34 PDE CR VP 37 VP 44 机械控制机械控制 信息来源: Bosch 24 VOLKSWAGEN Group China 信息来源: Bosch 博世新一代泵喷嘴博世新一代泵喷嘴 工作原理 Z- 燃油入 A- 燃油出 喷射过程压力变化曲线喷射过程压力变化曲线 压力 喷射压力峰值 2200bar 可变开启压力 预喷射 (喷射时刻可控) 后喷射 (喷射时刻/压力可控) 时间 13 25 VOLKSWAGEN Group China 泵喷嘴工作原理泵喷嘴工作原理 高喷射压力高喷射压力 - 2000bar 可精确控制喷 射过程 可精确控制喷 射过程 - 实现预喷射实现预喷射 泵体与喷嘴合 二为一 泵体与喷嘴合 二为一 - 无高压管路无高压管路 输出功率高输出功率高 降低油耗降低油耗 燃烧噪声低燃烧噪声低 排放清洁排放清洁 结构紧凑 故障率低 结构紧凑 故障率低 26 VOLKSWAGEN Group China 提高效率提高效率 改善发动机适应性改善发动机适应性 提高发动机功率提高发动机功率 改善低速性能改善低速性能 降低油耗降低油耗 柴油机技术发展柴油机技术发展 - 可变进气截面涡轮增压器可变进气截面涡轮增压器 14 27 VOLKSWAGEN Group China 柴油机技术发展柴油机技术发展 - 发动机管理系统发动机管理系统 28 VOLKSWAGEN Group China 欧欧 3 欧欧 4 颗粒排放(g/km) 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 00 0,10,20,30,40,50,6 NOx+ HC排放( g/km) 采用效率采用效率 65% 的的NOx催化转换器催化转换器 (当前的技术尚无法实现当前的技术尚无法实现) 方法 1 采用效率采用效率 95% 的颗粒捕集器的颗粒捕集器 基准车型基准车型 柴油机技术发展柴油机技术发展 - 废气后处理技术废气后处理技术 15 29 VOLKSWAGEN Group China 欧欧 3 欧欧 4 颗粒排放 (g/km) 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 00 0,10,20,30,40,50,6 NOx+ HC排放(g/km) 采用效率采用效率95%的 颗粒捕集器 的 颗粒捕集器 系统的再生 会导致油耗增加 系统的再生 会导致油耗增加 NOx:颗粒颗粒 10:1 NOx:颗粒颗粒 80% 的的 NOx催化转换器催化转换器 EGR etc. 方法 2 基准车型基准车型 柴油机技术发展柴油机技术发展 - 废气后处理技术废气后处理技术 30 VOLKSWAGEN Group China 欧欧 3 欧欧 4 颗粒排放 (g/km) 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 00 0,10,20,30,40,50,6 NOx+ HC排放(g/km) 采用先进发动机技术 满足欧 采用先进发动机技术 满足欧4排放法规排放法规 采用效率采用效率65%的的 NOx催化转换器催化转换器 采用效率采用效率 95%的的 颗粒捕集器器 NOx:颗粒 10:1 NOx:颗粒 10:1 大众汽车的策略 基准车型基准车型 柴油机技术发展柴油机技术发展 - 废气后处理技术废气后处理技术 16 31 VOLKSWAGEN Group China 氧化催化器氧化催化器 NOx催化器 颗粒捕集器 温度传感器 催化器 颗粒捕集器 温度传感器 EDC p-传感器传感器 NOx-传感器传感器 -传感器 大众汽车公司柴油发动机废气后处理技术 传感器 大众汽车公司柴油发动机废气后处理技术 32 VOLKSWAGEN Group China ?2.0升升, 4缸缸, 增压直喷柴油机增压直喷柴油机 ?100 kW (136 PS) ?6.1 升升/ 100 km ?满足欧满足欧4标准 颗粒捕集器 标准 颗粒捕集器 - 帕萨特帕萨特 2.0 TDI 的颗粒捕集器 帕萨特 的颗粒捕集器 帕萨特 2.0 TDI 17 33 VOLKSWAGEN Group China ?氧化催化转化器/颗粒捕集器 组合为一体 ?已应用于高尔夫系列 ?满足欧4排放标准 新一代颗粒捕集器新一代颗粒捕集器 高尔夫高尔夫 V 2,0 TDI 的颗粒捕集器的颗粒捕集器 34 VOLKSWAGEN Group China 颗粒捕集器颗粒捕集器 过滤器 压力传感器 温度传感器 氧化催化剂 过滤器 压力传感器 温度传感器 氧化催化剂 信息来源: Auto Motor und Sport 18 35 VOLKSWAGEN Group China 过滤效率过滤效率95% (个/ /cm2) 过滤前 过滤后 过滤前 过滤后 对较小的颗粒(20nm) 其过滤效率亦很高 对较小的颗粒(20nm) 其过滤效率亦很高 颗粒物直径（nm） 过滤器的效率 尽管过滤孔径大小在 过滤器的效率 尽管过滤孔径大小在9 m左右，但它对左右，但它对20nm或更小的颗粒的过滤效果也很高， 而 或更小的颗粒的过滤效果也很高， 而95%的最经常遇到的中等大小颗粒则被挡在了过滤器中。的最经常遇到的中等大小颗粒则被挡在了过滤器中。 信息来源: Auto Motor und Sport 过 滤 器 截 面 颗 粒 物 数 量 36 VOLKSWAGEN Group China 颗粒捕集器使用效果测试颗粒捕集器使用效果测试 欧欧4限值限值 欧4限值： 一氧化碳0.5g/km 碳氢化合物+氧化氮0.3g/km 颗粒物0.025g/km 0 50 100 150 COHC+NOx 颗粒 过滤前过滤后 欧4限值 欧4限值： CO 0.5g/km HC+NOx 0.3g/km 颗粒物 0.025g/km % 信息来源: Auto Motor und Sport 19 37 VOLKSWAGEN Group China 密耦合氧化 催化转化器 密耦合氧化 催化转化器 颗粒捕集器颗粒捕集器 低硫燃油低硫燃油 可连续再生的 颗粒捕集器 可连续再生的 颗粒捕集器 去除去除NOx的催 化转换装置 的催 化转换装置 无硫燃油无硫燃油 可连续再生的密 耦合颗粒捕集器 可连续再生的密 耦合颗粒捕集器 合成燃料合成燃料 2001 废气后处理技术发展策略废气后处理技术发展策略 38 VOLKSWAGEN Group China 国际燃油标准国际燃油标准 芳烃芳烃% wt.max. 10 多环芳烃多环芳烃% wt. max. 11max. 1 十六烷值十六烷值min. 51min. 58 密度密度kg/m3max. 845820 840 硫含量硫含量ppmmax. 50.10 (2008)max. 10 T90 C 320 T95C360340 终镏点终镏点C350 2005 欧盟标准欧盟标准世界燃油规范世界燃油规范 20 39 VOLKSWAGEN Group China 不同车辆按欧洲工