我国重卡用柴油机发展趋势
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2004-1-12 15:20:17

柴油汽车走俏市场
  近几年,汽车市场的一大显著特点就是柴油汽车卖得火爆,甚至出现了持币待购的可喜现象(主要集中在一些著名的品牌上),从而带动了柴油机以及相关产业的高速增长,产销量直线上升,尤其重卡柴油车市场异军突起。
  重型柴油车品种主要由载货平板车、自卸车、牵引车和各类专用车构成,其中经济型柴油重卡是拉动近两年重型汽车市场高速增长的主要品种。经济型柴油重卡产品主要以东风、解放的8t平柴、双桥9t等车型为代表,占重卡总销量的70%左右。经济型柴油重卡具有较高的性能价格比,利益驱动使得购买经济型柴油重卡的个体用户迅速增多,占80%以上,可见其消费群体的转变带来了新的市场需求,重型柴油车市场才得以保持增长的势头。
  车用柴油机取代汽油机是必然趋势
  柴油机功率大,动力性能优越,压缩比一般为16~22,而汽油机的压缩比一般为6~11;一般汽油机的功率为220kW,而一般柴油机的功率为380kW,如果采用增压技术,柴油机的功率还可以进一步增高。
  从燃烧方式来讲,柴油机的燃料是直接喷入燃烧室内压燃发火,不会产生早燃、爆燃等不正常燃烧;柴油机的可燃混合气是燃油与空气分层混合,易实现分层燃烧和稀薄燃烧;在部分负荷运转时燃烧过程比全负荷时更好,而且无进气节流损失,所以柴油机的性能优于汽油机。
  柴油机的燃烧方式决定了它具有优越的燃油经济性。汽油机的热效率一般为20~30%,而柴油机的热效率可达30~40%。有资料表明,以质量为0.8~1.5t的轿车每百公里油耗比较:汽油车约为5~8.2L,非直喷式柴油车约为4.6~8L,直喷式柴油车约为5~6L,柴油车比汽油车底30%左右。
  柴油机工作可靠性强,耐久性好。由于没有复杂的点火系统,避免了油、电路共存的麻烦;只要喷油压力达到规定,起动转矩足够,就能顺利启动并进入正常工作。国际上先进的柴油机大修里程一般为50万公里,汽油机一般只有30万公里。
  从环保角度来看,柴油车与汽油车各有千秋,柴油车处于过量空气的情况下运作,燃料燃烧充分,排放的一氧化碳的量很少;柴油车的燃料是在燃烧前高压喷入燃烧室,雾化良好,排放的碳氢化合物比汽油车少;氮氧化合物排放量随发动机的工况变化而不同,汽油车在大负荷工况下的排放量多,柴油车在小负荷工况下的排放量多;柴油车排放方面的主要问题是颗粒物,汽油车的排放颗粒物小而且含量少,排气清洁,柴油车由于燃料与空气混合不均匀,易产生大而多的排放颗粒物,直观表现为排气冒黑烟,因此人们认为柴油车排放物污染严重,从而对其大加限制。
  柴油车与汽油车相比有它自身的优势。当今世界汽车柴油机的趋势是建立在柴油机技术不断进步和发展的基础上的。现代车用高速柴油机的振动、噪声、排放指标已经达到与汽油轿车相同的水平。特别是90年代以来,机电一体化技术的迅速发展和电子技术在汽车上的广泛应用,大大提高了柴油机的各项性能如燃油喷射、中冷增压技术等。国外先进的汽车制造商采用平台制造战略,每种车型有四五种发动机可供选择,其中至少有一种是柴油机。柴油机是与汽车工业共同发展的,汽车柴油化是不可阻挡的。
  我国车用柴油机起步比较晚,技术上相对落后。我国现有许多著名的汽车制造厂家的轻、重型客、货车上采用了较为先进的柴油机,但我国没有专供汽车使用的柴油,柴油品质较低,致使排放增加,这是汽车柴油化受到限制的原因之一。
  近两年,我国载货车产品结构的调整逐步加快,朝着重型化发展。中卡车用柴油机逐步取代汽油机,缸径由6100逐步发展到6105、6108、6110;动力由140马力左右,逐步提高到160马力或更高;由自然吸气向增压机发展,产品品质有较大提高。缸径不断加大,动力逐步提高,中卡车用柴油机逐步向几大品牌集中。重卡用柴油机开始出现多样化,其动力大致在180~300马力之间。随着车用柴油机的动力强劲化、环保法规化、燃油节能化,柴油车取代汽油车将是今后的发展趋势。
  发展柴油汽车是汽车工业可持续发展的客观要求和趋势
  目前,世界上对柴油车的需求量正在增加。欧洲柴油车的需求量以每年23%的速度增长,其中德国的增长速度为30%;亚洲各国柴油车的增长速度也较快。正是基于节能和环保的考虑,许多老牌汽车制造厂家如德国大众、美国福特等都在积极致力于柴油车的研究。国外柴油车所占比重逐年提高,世界汽车工业的发展离不开柴油车的发展。如西欧有30%以上的轿车实行了柴油化;德国的出租汽车已全部实现了柴油化;美国的货车也实现了柴油化。而我国柴油车的保有量较少,不到汽车总保有量的30%。因此,在我国发展柴油车也是大势所趋。
  当前,人类社会的发展面临两大难题的困扰。一是非再生能源的枯竭;二是环境逐渐恶化,生态平衡受到破坏。由于人类社会持续发展的呼声越来越高,工业生产正从浪费型经济(大量有用资源以废物形式排放,从而污染环境)走向节约型经济(资源最大限度地转化为产品)。可持续发展作为一种发展目标和模式,已为世界各国所接受,我国将其视为实现国民经济持续、快速、健康发展的必然选择和基本战略。全面实施可持续发展战略,离不开汽车工业的可持续发展,节约能源、保护环境是汽车工业发展的两大前提。因此,追求汽车工业的发展与资源环境和谐统一,构成了汽车工业可持续发展的基本框架。
  众所周知,柴油车与汽油车相比有很多优点,正如上文所述,车用柴油机功率大,性能优,经济性好,利于环保,大力发展柴油车既符合用户的需求,又满足汽车工业可持续发展。
  国产重卡用柴油机现状
  前我国的重型卡车和大客主要是以直列6缸柴油机为动力的,国产机型与国外同类机型相比,活塞排量差不多,但输出功率低,经济性和可靠性较差,排放指标差,已不能满足更加严格的排放法规要求和现代化生产的需要。
  全世界重型车柴油机排放法规,主要有欧洲、美国和日本3个体系,已实行排放法规的国家和地点,大部分均采用美国或欧洲体系,而采用日本体系者很少。在我国,对以柴油机为动力的汽车已经有按循环工况法验证的排放限制,参照的是欧洲的排放标准。目前的一些发动机和整车生产厂家通过采取各种技术措施,已把目标瞄准欧Ⅱ标准改进其产品。
  从产品性能、价格、需求量等因素综合分析,国内重型车分为4个层次,第1层次为经济型重卡,价格低廉、结构简单可靠,载重量一般为8t-10t,价格约16万元,这种车型比较适合经济实力相对较弱的中小企业和私人用户使用,市场需求旺盛,目前市场占有率超过75%以上。如一汽双桥(9t)、东风八平柴、重汽黄河、川汽红岩(8t)等。第2层次的车型性能较好,价格适中,约为19万~35万元,基本能够满足各行业的需要,目前市场占有率在20%左右,如重汽斯太尔系列、一汽九平柴和16t级重型车等。第3层次车型的性能好,价格相对较高,约40万元~50万元,适合于经济实力雄厚的企业购置,目前市场占有率在2%左右,如北方奔驰、东风杭州日产柴、日本及韩国进口车等。第4层次车型的功率大、速度高、油耗低、排放量少,但价格昂贵,在60万元以上,属高档重型车,目前国内需求量和保有量都较少,这种车型主要指进口重型车。
  我国重型车用柴油机排量一般在7L以上,也有少量排量为6L功率较大的增压中冷柴油机用在8t~10t级载货车上,柴油机缸径有1100mm、112mm、114mm、125mm、126mm、130mm、135mm等功率覆盖范围为147kW~235kW者居多。转速为2000r/min~2600r/min。
  在国产重型车用柴油机中,潍坊柴油机厂和杭州汽车发动机厂生产的WD615、WD618系列是引进奥地利斯太尔公司技术生产的,WD615和WD618系列新推出的机型满足欧II排放要求;华北柴油机厂和渭阳柴油机厂的B/FL413系列风冷V型柴油机是从德国道依茨公司引进生产的,是一种设计成熟、性能指标较为先进的风冷机型,结构紧凑,冷起动性能好,大修里程达50万km~70万km;东风汽车公司、重庆汽车发动机厂与康明斯公司合资生产的C系列柴油机,深受广大用户的青睐;广西玉林柴油机厂从巴西引进了美国福特公司柴油机制造技术生产了6112系列柴油机,该系列为直列6缸水冷机型;D6114柴油机则是上海柴油机股份有限公司自行研制开发的。
  职业柴油车发展的因素及对策
  1.制约因素
  目前制约我国重卡柴油机发展的因素有:
  (1)我国柴油车行业自主开发能力弱,产品品种、水平和质量不能满足市场的需求,比较先进的产品主要靠引进,基本上没有掌握产品开发的自主权,而且开发的技术手段非常落后。
  (2)原有车型在舒适性、操作性、可靠性与国际先进水平相比有很大差距;且排污严重,不能满足排放法规的要求。
  (3)柴油车市场不规范,有些出厂的新车没有完全达到国家排放标准;在用车更为突出,一些排污严重的车辆仍在行驶。
  (4)目前我国的柴油、润滑油产品质量较差,纯度低、杂质多,影响了柴油车的颗粒排放。
  2.发展对策
  要解决制约柴油车发展的问题,一要靠政策引导,二要扎扎实实地做好以下工作:
  (1)加强柴油车技术研究,特别要注重加强国际合作与交流,消化吸收国外先进技术,不断提高柴油车技术水平。
  (2)加强柴油车的研究,柴油车新产品的技术含量越来越高,新技术应用越来越广泛,特别是电子技术及新材料的应用。其中降低排放、噪音,提高舒适性、操纵性、可靠性是主要研究方向。
  (3)加快石化企业的技术改造,提高石油的精练技术,提高燃油及润滑油的质量。
  (4)规范柴油车市场。新车严格按照国家排放标准进行检查,不合格的车辆严禁销售。
  (5)在用车严格按国家规定进行维护检修,加强排放监督,严禁超排放运营;坚决淘汰那些排污严重、浪费能源、技术落后的车辆。
  国产重卡用柴油机发展趋势
  近几年,重型柴油货车产销逐年上升,但柴油城市公交车、轻型柴油车相对较少,柴油轿车等几乎空缺,可见国产柴油车还有较大的发展空间和市场前景。尤其国家实施燃油税之后,会更受广大消费者的青睐。发展柴油车有较好的消费基础和条件,较适合我国国情。
  目前,我国重型车用柴油机年生产能力大约在15万台,无论是产量还是水平都基本能满足国内当前的需求,企业间的竞争十分激烈。但普遍功率较低,经济性和排放性差,产品更新速度慢。重型车用柴油机当前缺少的是活塞排量为12L及12L以上的高性能、低排放产品,因此应重点发展适应高速公路需要的、排量在12L以上、输出功率260kW~360kW、达到欧Ⅱ和欧Ⅲ排放指标的重型车用柴油机。
  到2005年,欧共体将实行欧Ⅳ标准。欧Ⅲ标准的排放限值比欧Ⅱ标准下降了近40%,而欧Ⅳ标准将比欧Ⅲ标准再下降40%左右。这意味着现有的如推迟喷油等燃烧系统的优化措施已不能满足欧Ⅳ规定的NOx排放限值,必须考虑如冷EGR或较为复杂的后处理系统等其他一些技术措施,而这些措施与改进燃油经济性、提高功率密度又相互矛盾,从而对发动机的优化设计提出了挑战。
  在重载发动机市场,减少排放和改善发动机性能的趋势仍将继续。为达到欧Ⅳ乃至欧V的重型柴油机排放要求,各国生产企业根据自身的技术特长和生产经验,采取不同的措施,如可采用带旁通阀或可变截面涡轮(VGT)的涡轮增压器、空一空中冷、高短回路冷EGR、电控高压喷射,废气后处理采用可再生碳烟过滤器,有的还用DeNO,或SCR(选择性催化还原)催化转化器,为达到欧V排放标准要求,除同样的机内措施外,在废气后处理方面需要采用过滤器和高效率的催化转化器。
  为了改善未来中国重型卡车和大客柴油机的经济性,满足尾气和噪声排放法规,比较适合的机型应该是排量在8L~13L的直列6缸柴油机,功率覆盖范围在160kW~350kW,这样可以满足载重20t~30t的重型卡车和豪华大客。
  总之,我国重型柴油机虽然品种和数量不少,但目前大多仅满足欧I排放标准,且排量小、功率低、燃油耗高,可靠性差。为增强市场竞争力,适应和满足我国本世纪初预期的重型车市场发展的需求,必须抓紧开发具有国际先进水平的新型重型车用柴油机,可与国外相应的柴油机厂家进行合作开发。应该加大重卡柴油化的进程,赶上世界先进水平。这就要求人们从思想上转变对柴油机的偏见,在技术上,广泛使用中冷增压技术,改善进气和喷油控制,大量使用电子控制技术等,缩小与发达国家的差距。


 
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