我國汽車燃料經濟性標準法規(guī)和政策研究

建立我國乘用車燃料經濟性標準體系及相關制度——我國汽車燃料經濟性標準法規(guī)和政策研究金約夫中國汽車研究中心標準室一、概述中國的人均石油資源水平極低，人口占世界總人口的21%，而石油資源只占世界總量的3%。石油產量只占世界總量的5%。2000年，中國石油的消耗總量達到2.1億噸，是位列美國（8.9億噸）和日本（2.5億噸）之后的第三大石油消費國。依照國家進展和改革委員會的預測，到2020年，進口石油將占石油需求的50%以上。持續(xù)增長的石油消費所帶來的石油進口將嚴峻威脅中國的能源安全，并阻礙中國經濟的持續(xù)進展。到2010、2020、2030年時，中國的機動車燃料消耗量需求將達到1.3億噸、2.3億噸和3.7億噸，分不是當年全國石油總需求的43%、57%和87%。不斷增長的石油進口量意味著中國將越來越依靠于其他石油出口國。從歷年的石油進口來源看，中東地區(qū)是中國石油的要緊來源，從1995年的45%上升到2000年的54%。動蕩的中東局勢給中國帶來的是：石油供應的不穩(wěn)定和價格的大幅浮動。近中期中國的石油需求分析——美國能源部分析資料匯總200520102015最低最高最低最高最低最高需求2.532.673.053.213.713.95供應能力1.601.701.701.801.801.90缺口0.900.971.351.411.912.05世界各國為解決能源安全，開展了大量的基礎研究工作，目前各國采納的要緊對策有：實施有效的汽車燃料經濟性標準法規(guī)；——實施汽車燃料消耗量限值標準；——實施汽車燃料消耗量申報和公布制度；實施汽車燃料消耗量標識制度；為減少汽車燃料消耗量實施相應的輔助措施；我國政府組織進行的工作：2001年開始，國家經濟貿易委員會以行業(yè)[2001]86號文會同原國家計委、環(huán)?？偩?、國家質監(jiān)總局、稅務總局、財政部等6部委組成了指導委員會，責成中國汽車技術研究中心負責，成立了中國汽車燃料經濟性標準和政策研究項目工作組，開展汽車燃料經濟性標準和政策研究。二、該項研究分為以下幾項進行：汽車燃效標識制度；汽車燃料經濟性申報和公布制度激勵政策建議；汽車燃料消耗量限值標準和試驗方法。實施汽車燃料消耗量申報和公布制度實施燃料消耗量的申報和公布制度，能夠提高汽車制造業(yè)整體對燃料消耗量的認識，為消費者購買高能源效率車輛提供一個參考依據。這種做法是國際上通常的做法，同時也是我國向法制化治理汽車燃料消耗量的過渡。施燃料消耗量的申報和公布制度多數國家是和汽車產品的型式認證結合進行。美國有它獨特的方法。從國外對汽車產品實施“燃料消耗量要求”的情況看，所具有的普遍特征是有較完整的法律體系保證，有特不明確的實施對象和范圍，充分考慮了目標基準值設定將會帶來的阻礙，以及考慮到制造商在實施“燃料消耗量要求”前應當預備的事項等內容，并分時期實施。汽車燃料消耗量申報和公布制度是許多國家對汽車產品實施的一項減少汽車燃油消耗量的有效的治理制度。實施燃料消耗量的申報制度，能夠提高汽車制造業(yè)整體對燃料消耗量的認識，公布制度為消費者購買高能源效率車輛提供一個參考依據，并可促進他們的節(jié)能意識的提高。美國和日本差不多上基于法律、法規(guī)來制定和實施申報和公布制度的。美國的汽車燃料經濟性申報和公布制度；日本的申報和公布制度；歐盟的申報和公布制度；汽車燃料消耗量標識制度能效標識的定義：能源效率標識(以下簡稱“能效標識”)是粘貼在用能產品上的一種標簽，要緊用來表明用能產品能效水平的高低，或注明產品的能源效率或能源消耗量，或標出產品的能源效率等級等信息，以便在消費者購買產品時，向消費者提供必要的信息。標簽上同時還可能包括對用能產品重要特性的講明及其他信息。標識能夠是自愿性的，也但是強制性的，一般由政府負責組織實施。通過對國外所使用的各種標識進行了充分的研究，提出了我國應當實施的汽車能效標識的具體要求和形式。標識的研究內容還有：標識的目的和作用；標識的種類和性能；能效標識與能效標準的關系；標識的內容；部分國家汽車油耗標識信息比較；三、汽車燃料消耗量激勵和輔助政策建議實施汽車燃料經濟性限值標準，在國外都配套有不同的技術政策和輔助政策，如美國的CAFE懲處性稅收，和對消費者征收的懲處性油老虎稅等。關于汽車燃料經濟性，國際上采取激勵和輔助政策的目的是為了達到整體上的汽車燃料經濟性的提高，普遍采納的對車輛燃料經濟性的激勵和輔助政策的手段一般有三種：經濟的手段；通過減免稅費，鼓舞高燃效汽車的快速進展，提高市場占有率；給予高燃效汽車經濟上的補償，如：購車補助、貸款優(yōu)惠，低息和降息等；輔助措施，通過政府的補助引導消費的做法，如：關于購置混合動力汽車的補助；強制的手段；對達到燃料經濟性性能要求的車輛，準予上牌和上路；對車輛達到下時期燃料消耗量限值標準，提出時刻要求；對達不到燃料消耗量限值標準要求的車輛，即使交納了懲處性稅收，也不能無限期的銷售。給與一定的寬限期，限期達標；關于國家機關（或政府部門）有義務購置和使用高燃效的車輛；關于汽車生產企業(yè)有義務生產和銷售符合燃料經濟性性能標準要求的車輛；關于用戶有義務購置和使用達到燃料經濟性性能標準要求的車輛；標準法規(guī)的手段。規(guī)范燃料經濟性的評價和試驗方法；通過出臺燃料經濟性性能標準（限值），提高車輛的燃料經濟性；適時地公布燃料經濟性性能標準的制定打算，給與企業(yè)預備期；采納國際通行的“申報與公布制度”，規(guī)范對汽車產品的燃料經濟性的治理，并通過該制度的實施，逐步建立我國的汽車燃料經濟性評價體系；其他研究還有：手段地確定和運用；提出我國汽車提高燃料經濟性政策的原則；激勵政策建議；懲處政策建議；金融和輔助政策應向用戶和企業(yè)都受益方向傾斜；關于M1類汽車燃料消耗量試驗方法和限值的研究采納統(tǒng)一的試驗方法，對汽車產品進行燃料經濟性的評價，是特不重要的。考慮目前我國的情況和參照國際通常使用的方法，提出《乘用車（M1類）燃料消耗量試驗方法》和《乘用車（M1類）燃料消耗量限值標準》。試驗方法：輕型汽車燃料消耗量試驗方法GB/T19233-2003（歐I和歐II的試驗運轉循環(huán)）。GB/T19233-2003輕型汽車燃料消耗量試驗方法；參照采納ECER101/02全部技術內容；適用范圍：以點燃式發(fā)動機或壓燃式發(fā)動機為動力，最大設計車速大于或等于50km/h的M1類車輛，也適用于最大設計總質量不超過3.5t的M2類和N1類車輛；在進行GB18352.1或GB18352.2排放測量時，用碳平衡法計算得到燃料消耗量；GB/T19233試驗運轉循環(huán)（歐Ⅰ和歐Ⅱ）：2008年可能實施的試驗運轉循環(huán)（歐Ⅲ和歐Ⅳ的試驗運轉循環(huán)）：GB/T12545.1-2001乘用車燃料消耗量試驗方法；試驗內容：模擬都市工況循環(huán)燃料消耗量試驗；90km/h等速行駛燃料消耗量試驗；120km/h等速行駛燃料消耗量試驗；GB/T12545.1-2001簡稱為三合一試驗方法。GB/T12545.1試驗運轉循環(huán)：乘用車限值標準適用范圍：以點燃式發(fā)動機或壓燃式發(fā)動機為動力，最大設計車速大于或等于50km/h，最大設計總質量不超過3500kg的M1類車輛；制訂依照和原則：以普查、統(tǒng)計、申報和分析國產乘用車燃油耗水平為基礎確定限值；依照我國實際情況確定評價體系；提出分時期的燃料消耗量限值；放寬微型車的限值；考慮專門結構車輛的限值；對在生產車推遲執(zhí)行；限值標準的編制過程：進行了“評價體系”、“國產乘用車普查”、“普查結果統(tǒng)計分析”、“燃料經濟性數據申報”和“技術措施效果和成本分析”等前期工作；在普查、統(tǒng)計、申報和分析國產乘用車燃油耗水平的基礎上，2003年4月1日提出限值第一方案；在征求要緊生產企業(yè)意見的基礎上，提出第二方案；在廣泛聽取起草工作組各單位意見的基礎上，6月20日提出第三方案；進行國外水平統(tǒng)計和分析，并與限值進行比較；限值的水平：第一時期相當于2002年平均水平，符合率約50%，保證‘十·五’規(guī)劃平均燃油耗降低5%-10%的要求；第二時期加嚴10%，保證‘十一·五’規(guī)劃平均燃油耗比現有水平降低15%左右的要求；燃料消耗量限值與國外SUV水平的比較：SUV車輛的專門性，要求對這類車輛給予不同的限值。為此課題組對美國市場的SUV進行了分析研究，結果如下：汽柴油生產與汽車工業(yè)進展相關性研究張國生中石化經濟技術研究院節(jié)能與環(huán)保是永恒的研究課題，隨著人們對環(huán)境污染與能源消耗的進一步關注，各國政府差不多上在制定排放法規(guī)的同時，積極研究推出能源法規(guī)。而且，在能源法規(guī)中重點是操縱燃油經濟性，以便促進車輛更新換代，達到節(jié)油和環(huán)保的雙重目的。第一章節(jié)油與汽車工業(yè)一、我國節(jié)約汽車燃料的重要性和必要性石油資源是不可再生的能源和原材料，合理利用石油資源、正確引導消費和提高能源效率具有重要意義。隨著國民經濟的進展，尤其是汽車工業(yè)的進展，對汽油和柴油的需求量不斷增大。據統(tǒng)計，目前，我國民用車輛的社會汽車保有量已達到2000萬輛左右。每年車輛和機具要消耗1.15億噸汽油和柴油，相應全年車輛和機具含有有毒物質的尾氣排放量要高達7700萬噸。這兩個數據與發(fā)達國家相比,單位燃油消耗我們是美國的2.5倍，單位車輛尾氣排放的有毒物質我們也是美國的3.0倍,如此大的資源消耗和有毒物質的排放量,隨著人們對環(huán)境愛護和節(jié)能意識的增強，越來越引起人們的重視,人們迫切的需要降低車用燃料的消耗和減少對環(huán)境的污染。汽車工業(yè)進展速度專門快,每年保有量以10%以上的速度在增長,轎車生產的速度達到15～20%。而且,在國外發(fā)達國家轎車保有量一般占汽車車總數的70%以上,我國僅為30%左右，轎車進展空間專門大。由于車輛的快速增長，汽柴油需要量也呈現較大的增長速度，從1995年到2002年，汽柴油需要量從7700萬噸，增長到12400萬噸，增長率達到7.04%。一般汽柴油要占到原油加工量的50%以上。原油加工量從1995年的1.49億噸，增長到2000年的約2.2億噸，增長率達到8.11%。高速增長的石油需求給石油開采和煉制工業(yè)帶來壓力，國內原油資源缺乏，90年代以來，原油產量年均增長僅為250多萬噸左右，2002年總產量達到1.67億噸。僅滿足需求量的76%左右，缺口差不多上由進口原油解決。我國原油資源不足，從1993年以來就從原油出口國轉變?yōu)樵蛢暨M口國，目前進口原油資源差不多增加到7000萬噸左右，隨著國民經濟的進展，資源短缺的矛盾日益突出，原油資源對我國經濟進展阻礙專門大，長遠觀點來看，應加大節(jié)約油品的力度，進展替代能源特不是可再生資源，以減少對石油資源的依靠性是十分重要和必要的。二、我國汽柴油生產和消費現狀（一）汽柴油生產與消費2002年原油加工能力為2.895億噸，加工量達到約2.20億噸，其中汽、柴產量達到11988萬噸。從2001年生產和消費比較來看，我國成品油產量結構現狀的特點之一是汽油略有過剩，柴油差不多平衡。屆時我國汽車保有量為1803和1950萬輛，我國全社會汽柴產品生產和消費以及汽車保有量情況（詳見表1-2-1）。（二）國內原油供應與需求我國石油資源緊張，目前，國內生產量僅有16700萬噸/年，差不多不能滿足國民經濟進展對油品的需要。2002年中國原油總供應量為22920，其中國內原油產量16700萬噸，進口原油6941萬噸，原油出口量為721萬噸?？紤]原油庫存變化后，2002年中國原油表觀消費量為21896萬噸，中國原油供應與消費情況詳見表1-2-2，中國原油近年進口量詳見表1-2-3。表1-2-1汽柴產品生產和消費以及汽車保有量（萬噸/年、萬輛/年）產品2001年2002年汽油產量41254319柴油產量74057669產量合計1153011988社會消費量合計1174512414汽車保有量18031950資料來源：為行業(yè)生產統(tǒng)計年報；中國石油石化產業(yè)經濟研究年度報告表1-2-2中國原油供應與消費（萬噸）年份國內產量進口量出口量總供應量表觀消費量2001年16380602575521650215812002年1670069417212292021896資料來源：國家經貿委，中國海關統(tǒng)計表1-2-3中國原油近年進口量（萬噸）年份199719981999200020012002原油進口354727323661702760266941資料來源：中國海關統(tǒng)計三、我國汽車工業(yè)進展及對汽柴油供應和需求趨勢的可能我國汽車工業(yè)進展迅速，差不多提早三年完成了“十五”規(guī)劃提出的到2005年中國汽車產量達到290萬輛的目標，2002年全國累計生產各類汽車325萬輛，汽車生產構成中增加較快的是轎車和載重車；農用車在此期間內也有較大幅度進展，2002年農用車銷售量已達約250萬輛。汽車工業(yè)的進展，拉動汽柴油產品的快速增長，依照調查我國以后汽車保有量數量（詳見表1-2-4）可能汽、柴油的需求預測（詳見表1-2-5）。表1-2-4汽車保有量的可能汽車規(guī)劃2005年2010年汽車保有總量2198～23553100～3315表1-2-5我國以后汽、柴油的需求預測單位：萬噸年份品種推舉值2005汽油4260～4350柴油8290～84602015汽油5800柴油12900第二章環(huán)保對汽車工業(yè)和油品的要求汽車排放是大氣的重要污染源之一，為減少汽車尾氣中有害物的排放，發(fā)達國家普遍采取了機內凈化（改進發(fā)動機設計、改善燃燒條件減少污染物生成）和機外凈化（汽車安裝尾氣轉化器）等一系列措施，使得汽車尾氣造成的大氣污染狀況有所減輕。進而又開發(fā)了清潔燃料的生產，清潔汽油、柴油在發(fā)達國家和某些新興工業(yè)化國家得到了較快的推廣應用。二十世紀的后30年，各國政府都紛紛制定日益嚴格的汽車排放標準、燃料規(guī)格標準以操縱各種有毒有害物的排放。一、有害排放物的生成與操縱及其各國排放法規(guī)內燃機在燃燒過程中產生有害成分要緊為：一氧化碳（CO），碳氫化合物（HC），氮氧化物（NOx）,硫氧化物（SOx）和其它化合物及微粒等。這些污染物要緊來自不完全燃燒和不適宜的燃料。不清潔的燃料產生的污染物一定較高，因此各國都在研究清潔燃料的生產問題，操縱污染物的源頭是當前的一種趨勢，要緊操縱油品中的硫含量、苯含量、烯烴和芳烴等，同時適當增氧來改善燃燒條件。再者，確實是改進發(fā)動機設計，防止不完全燃燒。同時增加了尾氣后處理措施（增加了三效催化轉化器，用催化劑催化氧化或催化還原以處理污染物），減少對環(huán)境的污染阻礙。在世界上排放法規(guī)要緊有三個體系，即美國、日本和歐洲體系，我國目前是參照歐洲法規(guī)制定了排放標準。美國法規(guī)：是1966年誕生于加利福利亞州，用7個工況組成一個完全的測試循環(huán)，并于1968年被美國聯邦政府采納為聯邦排放法規(guī)。歐洲法規(guī)：它是由若干等加速、等減速、等速和怠速工況組成。1970年制定了模擬市內道路行使的都市工況（citycycle）；1992年增加了反映城郊高速公路行駛狀況的城郊工況（EUDC，extraurbandrivingcycle）。日本法規(guī)：日本1968年實施“大氣污染防治法”，1973年采納10種工況測試循環(huán)（熱啟動）。1992年起改用10.15工況測試循環(huán)。美國、歐洲和日本排放法規(guī)對比：從最高車速和平均車速來看，歐洲最高，日本最低。從總行駛距離和總循環(huán)時刻看，日本最短。從循環(huán)模式來看，歐洲和日本工況由一系列等加減速和等速工況組成，相對簡單，而美國的FTP-75工況最復雜，速度變化大，操作困難。美國、歐洲和日本排放法規(guī)對比(詳見表2-1-1)。表2-1-1美國、歐洲和日本排放法規(guī)對比測試循環(huán)美國FTP-75歐洲ECE-15+EUDC日本10.15工況總行駛距離,km17.9114.16平均車速,km/h31.732.522.7最高車速,km/h91.2120(90)70總循環(huán)時刻,國排放法規(guī)：1984年4月1日開始實施排放法規(guī)GB3842～3844–83,僅規(guī)定了單一簡單工況的排放限值，1989年頒布了輕型車排放標準GB11641-89及其測試方法GB11642-89。排放標準差不多參照歐洲20世紀70年代末至80年代中的ECE15-03法規(guī)，只是HC限值略寬松。1999年3月10日頒布并于2000年1月1日開始實施GB14761-1999法規(guī)，2001年4月開始實施GB18352.1-2001(是GB14761的修訂及替代)。北京市1999年1月實施了相當歐洲I類法規(guī)的地點標準（DB11/105-98），并于2003年7月1日提早一年實施相當歐洲II類法規(guī)的GB18352.2-2001。從污染物治理進程上看，美國達到歐Ⅰ標準用了10年，又持續(xù)了10年達到歐Ⅱ標準；歐洲歐Ⅰ標準用了16年，持續(xù)了4年達到歐Ⅱ標準；我國歐Ⅰ標準用了10年，打算持續(xù)了4年達到歐Ⅱ標準。目前，美國和歐洲排放標準差不多一致，都在歐Ⅲ標準上，歐洲排放標準詳見表2-1-2。表2-1-2歐洲排放標準法規(guī)名稱車型COHCNOxHC+NOxPM實施日期(g/km)(g/km)(g/km)(g/km)(g/km)歐洲I號汽油車2.720.970.14形式認證1992.7.1柴油車8一致性認證992.12.31歐洲II號汽油車2.20.5形式認證1996.1.1非直噴柴油車10.70.08一致性認證1997.1.1直噴柴油車10.90.1歐洲III號汽油車5形式認證2000.1.1柴油車0.640.50.560.05一致性認證2001.1.1歐洲IV號汽油車10.10.080.025形式認證2005.1.1柴油車一致性認證2006.1.1輕型車排放進程詳見圖2-1-1。目前，中國汽車技術研究中心正在組織專家對歐洲排放新法規(guī)進行研究，并與德國大眾汽車公司合作，通過分析歐III排放新法規(guī)對排放測試設備的新技術要求，提出排放認證試驗室建設方案。同時，在分析國外為滿足新排放法規(guī)的要求所采取的各種技術改進措施基礎上，提出我國汽車發(fā)動機排放操縱技術路線建議意見，為政府決策提供技術支持。2000年，我國就開始實施嚴格的汽車排放標準，要求汽油車必須裝備電噴發(fā)動機和三效催化轉化器；柴油機必須裝備增壓器和改進噴油泵；國家四部委局聯合公布了低污染排放小汽車減征消費稅的治理方法。原國家經貿委公布的《近期工業(yè)行業(yè)進展導向》提出，從2003年1月1日起，車用汽油質量要全部達到國家新標準，即硫含量不大于0.08％，烯烴不大于35％，輕柴油質量也要全部達到國家新標準，即硫含量不大于0.2％，氧化安定性、總不溶物不大于每百毫升2.5毫克，十六烷值不小于45。依照世界各國的汽柴油質量進展歷程和趨勢，汽柴油質量進展的要緊特征為：1、對汽柴油質量標準只進行使用要求的操縱2、對汽油進行限鉛操縱，要求采納無鉛汽油3、要求降低汽油中的硫和苯含量和降低柴油中的硫含量4、進一步降低柴油中的硫含量和汽油中的硫、苯、芳烴和烯烴含量。應該指出：目前世界上許多國家的汽柴油質量標準正在向更高的環(huán)保、節(jié)能型水平進展，節(jié)能與環(huán)保差不多是全球化熱點和焦點問題。為了滿足節(jié)能與環(huán)保的迫切要求，生產清潔燃料差不多成為煉油工業(yè)的重要任務。第三章節(jié)能、發(fā)動機、環(huán)保和油品的關系一、國內外節(jié)油狀態(tài)對比隨著各國對環(huán)境污染與能源消耗的進一步關注，許多國家在制定排放法規(guī)的同時，又推出了能源法規(guī)。比如美國聯邦出臺的能源法規(guī)：規(guī)定了汽車燃油經濟性要求，1975年為每加侖行駛13英里，1981年提升為25.2英里，現在提升為27.5英里，使得汽車工業(yè)的產生巨大技術進步，燃料消耗大幅度降低。另依照專家分析：在汽車部分節(jié)能要緊來自三個方面，其中有40%是車重下降，20%是選用了子午線輪胎，40%是發(fā)動機性能的改進。在其他部分對油耗阻礙的因素也是專門多，如車況、路況、駕駛適應、行駛限制條件、燃料品質等都會對油耗造成專門大阻礙。在我國汽車結構中是缺輕少重，油耗較高的中型卡車占的比重較大，盡管近年來汽車工業(yè)以超乎平常的速度進展，高壓縮比的汽車越來越多，但在近2000萬輛汽車保有量中80%依舊壓縮比較低的在用車，不管哪類車輛油耗都遠遠高于國外發(fā)達國家。在“十五”汽車工業(yè)規(guī)劃中，強調了提高燃油經濟性和發(fā)動機技術的進步。規(guī)劃使轎車的百公里平均油耗從70年代末的14升下降為目前的7升。提高汽車燃油經濟性，2005年力爭使各種車型的百公里油耗平均降低10%，其中，轎車和輕型車降低5～10%，中重型汽車降低10～15%。綜上所述，假如我國汽車構成中汽油中型卡車向柴油型轉化、進展轎車及微型車；柴油車向輕、重型車進展，其節(jié)油潛力專門大。二、發(fā)動機技術進步對節(jié)油的阻礙從1986年以來，車用汽油機發(fā)生了專門大的變化。燃燒室優(yōu)化設計、多氣門、可變機構、電控燃油噴射、稀薄燃燒、分層燃燒和缸內直接噴射等技術的成熟應用，不但使汽油機的動力性、經濟性、排放性得到提高，而且也緩解了對汽油辛烷值的要求（即由于汽油機自身機械辛烷值的提高，在壓縮比提高時并未過于依靠汽油辛烷值的提高）。據專家分析：發(fā)動機技術進步中，采納稀薄燃燒方式能夠提高汽油機的指示熱效率，降低NOx排放。另外，稀燃發(fā)動機一般不受爆震極限的限制，可采納高壓縮比，提高車輛的動力性。1984年，日本本田汽車公司首次推出稀薄燃燒發(fā)動機，其空燃比為22:1，可大幅度降低油耗，同時可有效降低CO、HC排放。三菱公司開發(fā)了垂直渦流分層燃燒系統(tǒng)，用在4氣門汽油機上。這種發(fā)動機的稀燃極限空燃比可達23:1以上，同時NOx排放減少。與理論空燃比加三元催化器的發(fā)動機相比，經濟性提高12%。缸內直噴技術的使用：直噴式汽油機能隨發(fā)動機工況變化，快速準確地操縱空燃比和噴油時刻，達到需要的缸內混合氣濃度。由于把燃油直接噴射到氣缸內及采納先進的電控技術，可在稀薄混合狀況下燃燒，因此可大大降低油耗，可降低油耗約6～8%，使功率提高20%～30%。從以上分析能夠看出：發(fā)動機燃燒室優(yōu)化設計、多氣門、可變機構、電控燃油噴射、稀薄燃燒、分層燃燒和缸內直接噴射等技術的成熟應用，以及ECU電子操縱系統(tǒng)的采納,大大提高了汽油機的動力性、經濟性其排放性也得到改觀。三、環(huán)保與清潔燃料汽柴油燃燒最大的危害是汽車尾氣排放的有害污染物，而且，汽、柴油的組成對尾氣排放的有害污染物的濃度有一定阻礙。歐美等發(fā)達國家對此項工作做過深入研究，如美國的AQIRP項目和歐洲的EPEFE打算等。通過研究普遍認為：汽油中的苯、芳烴、烯烴含量，蒸汽壓和硫含量都對環(huán)境有一定阻礙，危害人類的軀體健康，需要加以操縱。而氧能夠減少汽車尾氣中CO和未燃燒烴類的量，對有毒物質總量的阻礙也專門顯著，因此需要增加汽油中的氧含量。苯要緊來自重整汽油，苯類大多損害人的中樞神經，造成神經系統(tǒng)障礙。苯被攝入人體后，危及血液及造血器官，進展嚴峻時，有出血癥狀或感染敗血癥。苯在生物體內能逐步氧化生成苯酚等，誘發(fā)肝功能異常，使骨髓停止生長，可發(fā)生再生障礙性貧血。居住區(qū)大氣中苯的最高同意濃度為2.4mg/m3。因此要限制汽油中的苯含量，以減少汽車尾氣中苯對大氣的污染。芳烴要緊來自重整汽油和催化汽油，在不完全燃燒時可生成多環(huán)芳烴，而多環(huán)芳烴是致癌物質。另外，芳烴在光反應作用下產生臭氧，而空氣中臭氧濃度為0.4mg/m3時，即可刺激粘液膜，促使中樞神經系統(tǒng)紊亂，引起支氣管和肺組織的病變。臭氧被認為是一種突變性、致癌性和致畸胎性物質。因此要限制汽油中的芳烴含量，以減少汽車尾氣中芳烴對大氣的污染。烯烴大約88%來自催化汽油，在光反應作用下產生臭氧，尤其是1，3—丁二烯的活性最強，汽車尾氣中大量的烯烴存在有可能使人類患癌癥的幾率增大，因此汽油中的烯烴含量要加以限制。降低汽油的蒸汽壓，就可減少揮發(fā)性有機化合物的含量，從而減少臭氧的生成和輕烴揮發(fā)帶來的環(huán)境污染。降低汽油的硫含量，就可減少SOx的量，從而減少對人類的危害。汽油中的氧要緊來自醚和醇類物質，醚和醇類物質能夠減少汽車尾氣中CO和未燃燒烴類以及有毒物質的總量，提高汽油辛烷值，是優(yōu)質的汽油組份。然而，氧含量也不宜過高，過高容易產生氮氧化物，也阻礙環(huán)境。柴油中要緊是硫和芳烴以及顆粒物污染。由于環(huán)保和節(jié)能的需要，各國都在操縱污染源頭,提倡生產清潔燃料。第四章清潔燃料的生產為了滿足節(jié)油與環(huán)保的要求，石油石化行業(yè)也在積極采取措施，抓緊煉廠的改造和調整，進展新技術力求生產出更清潔的燃料。一、國內外汽、柴油質量的進展趨勢從世界發(fā)達國家近30年來的進展經驗，汽油大都經歷了含鉛、含硫一般汽油時期、無鉛汽油和清潔燃料時期；柴油也是從不操縱硫含量、芳烴含量到限制硫含量時期和清潔汽柴油時期。每一個時期都伴隨著汽車發(fā)動機的進步、電子操縱系統(tǒng)的采納和燃料油品精制程度的提高，車輛的燃油經濟性不斷提高。為了解決尾氣排放問題，發(fā)達國家普遍采取了機內凈化和機外凈化等一系列措施，使得汽車尾氣造成的大氣污染狀況有所減輕。然而，油品組成和質量對節(jié)油和環(huán)保的阻礙有專門大阻礙也是不能忽視的。美、歐洲、日本汽車制造商協會1998年聯合建議（世界燃料規(guī)范）代表了油品質量提高的思路與方向（詳見表4-1-1和表4-1-2）。油品質量的進展思路要緊是操縱硫、苯含量，大幅度降低芳烴和烯烴含量，縮小餾分范圍和提高抗爆級不。表4-1-1《世界燃料規(guī)范》汽油要緊標準等級ⅠⅡⅢ我國新標準RON≮91/95/9891/95/9891/95/98MON≮82/85/8882/85/8882/85/88硫ppm≯100020030800鉛g/l≯0.013不可察覺不可察覺氧%≯苯v%，≯52.512.5芳烴v%，≯50403540烯烴v%，≯201035終餾點℃≯215195195表4-1-2《世界燃料規(guī)范》柴油要緊標準等級ⅠⅡⅢ我國新標準十六烷值≮48535540十六烷值指數≮465054餾程℃95%≯370355340干點≯365350密度kg/m3820-860820-850820-840粘度mm2/s（40℃）2.0-4.52.0-4.02.0-4.0硫含量ppm≯5000300302000芳烴V%總和≯2510限制多環(huán)≯51二、我國生產清潔燃料技術的水平和以后進展目前，我國差不多擁有了生產清潔燃料的要緊生產技術，同時還在開發(fā)一些具有世界領先水平的技術。（一）我國石油煉制特點在我國石油燃料生產中，二次加工裝置是以重油催化裂化裝置為主的結構特點，反映在汽油構成上，催化裂化汽油比例較大（一般企業(yè)要占到80%以上），其它組分如重整汽油、烷基化油、異構化油等比例比較少。如此一個汽油結構特點，是汽油組分中硫、烯烴含量都比較高。關于柴油解決硫含量和十六烷值偏低是要緊矛盾。為此，實行清潔汽油生產的技術，要緊集中一是降低現有FCC汽油中烯烴含量和硫含量；二是增加重整、烷基化和其它醚化產品等高辛烷值汽油組分的產量和建設異構化裝置。關于實行清潔柴油生產的技術，要緊集中在加大加氫精制裝置和加氫裂化裝置的建設。（二）清潔汽油生產的技術1、催化裂化技術催化裂化裝置是生產汽油的要緊裝置，汽油的改質是實現清潔汽油關鍵的一步，我國催化裂化摻煉渣油的比例太大，因此汽油烯烴含量比較高。汽油的硫含量的操縱能夠采納前加氫（原料預精制）和后加氫（產品后精制）方法來解決。目前擁有的技術有蠟油加氫處理、FCC汽油選擇性加氫精制等技術。關于汽油的烯烴操縱，要緊許多改進的催化工藝如：FDFCC靈活催化工藝、MGD多產柴油工藝和MIP催化工藝等；在裂化催化劑的改進上：采納最大量生產異構烷烴的裂化催化劑、降烯烴催化劑等。還有催化汽油后處理技術。同時也開發(fā)一些相關的催化助劑，其中包括：高效辛烷值助劑，減少FCC汽油硫含量助劑，提高FCC汽油誘導期的助劑等。這些都有助于汽油質量的改進與提高。一般來講：降烯烴的方法和作用中，催化劑貢獻占三分之一，催化工藝過程優(yōu)化的貢獻占三分之二，加強工藝過程的研究是十分重要的，應引起大伙兒的重視。2、催化重整技術汽柴油差不多上調和產品，高品質油品組分的生產十分重要。重整汽油是汽油的重要組分之一，是高辛烷值汽油調和組分。由于我國原油資源的限制（中、重質資源多，相對重整原料少）。而且，在經濟上開寬餾分重整生產汽油不如開窄餾分生產芳烴劃算，因此，重整裝置規(guī)模偏小，總生產能力偏低。在重整原料的開發(fā)上，應制造條件，引入一些輕質原油或將二次加工的適合重整的原料進行精制后進重整是必要的。在重整技術方面的進展要緊有：低壓組合床重整工藝、連續(xù)重整工藝以及改進的半再生重整工藝，也相繼開發(fā)成功了許多高性能催化劑。3、烷基化技術我國共有14套HF酸烷基化和硫酸法烷基化裝置，要緊存在環(huán)保、質量和效益問題，開工率還較低，開發(fā)固體酸催化劑成為烷基化技術進展趨勢。國內實驗差不多有利一定基礎，對固體酸烷基化催化劑上焦炭前置物分子結構和物化性質進行了研究，找到了烷基化催化劑再生方法；連續(xù)進行多次再生證明了其有效性，從而為該項技術中試放大奠定了基礎。4、C5－C6烷烴異構化技術5、輕汽油深度醚化技術已研究開發(fā)出活性與樹脂劑相當的沸石型催化劑，進行了工藝研究，確定了催化蒸餾和醚化反應的工藝條件。調合汽油的烯烴含量減少、辛烷值增加、氧含量增加。將接著汽油C5－C7烯烴深度醚化試驗研究，研究適應于寬餾分醚化的催化劑，接著工藝條件考察及催化劑評價試驗，確定催化劑配方及工藝。在醚化－異構化組合工藝技術開發(fā)上，研制開發(fā)了具有良好異構活性及再生性能的分子篩催化劑，并進行了烯烴骨架異構化工藝條件試驗研究。該試驗表明，采納組合工藝醚化物的收率較單獨醚化工藝有較大幅度提高。6、新型高效的汽油添加劑碳酸二甲酯應用技術研究、第四代汽油清凈劑的開發(fā)、LPG精制技術等都進行深度研究。（三）清潔柴油的生產技術我國二次加工的柴油數量大，其硫含量高和十六烷值低是當前要緊矛盾，關于芳烴的操縱目前還有放在重點上，開發(fā)成功的技術要緊有：1、柴油加氫精制技術，新開發(fā)應用的RN-10加氫精制催化劑,可應用于生產低硫柴油，性能處于世界領先水平。2、中壓加氫改質技術已處于世界先進行列，已在多套工業(yè)裝置上實現工業(yè)應用，采納中壓加氫改質技術，能夠得到低硫、低芳、高十六烷值優(yōu)質柴油。3、重質油中壓和高壓加氫裂化技術，以重質油為原料生產高芳潛重整料、低硫柴油和低BMCI值油。4、以高硫直餾柴油和高硫、高氮、高芳烴催化柴油為原料的柴油中低壓條件下深度脫硫、脫芳技術。此外還在開發(fā)提高柴油品質的非加氫技術的研究。5、柴油添加劑應用和開發(fā)，正在開發(fā)的有：含流淌改進劑的多功能柴油添加劑、柴油清凈劑和十六烷值改進劑。多功能柴油添加劑，通過合成與復配手段，能明顯改善柴油低溫流淌性、清凈分散性、穩(wěn)定性、降低柴油汽車尾氣排放。通過合成與復配的柴油清凈劑，對噴嘴清洗效果明顯，可操縱沉積物產生，柴油氧化安全性未受阻礙，防銹能力提高。十六烷值改進劑對提高十六烷值有專門大作用?？傊?，為了實現環(huán)境的美好、清潔這一目標，需要汽車工業(yè)和煉油工業(yè)的共同努力。第五章結論與建議依照以上情況，我們認為有幾條意見可供油品規(guī)格制訂和立法研究中參考。1、石油資源是不可再生的能源和原材料，合理利用石油資源、正確引導消費和提高能源效率具有重要意義，國家應該進一步研究和出臺一些鼓舞節(jié)油、節(jié)能政策。3、汽車排放是空氣重要的污染源之一，汽車尾氣排放的一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物，美國、歐洲、日本都嚴格進行了限制。我國強調加強環(huán)保意識、嚴格尾氣排放標準利國利民，石油煉制單位應加強油品的雜質處理，合理調整汽油、柴油組分，提供優(yōu)質油品。4、生產清潔燃料對國家對民眾都有益處，然而關于企業(yè)要增加專門大的投入，造成一定的效益損失。國家也應該進一步研究和出臺一些鼓舞生產和使用清潔燃料政策和考慮企業(yè)效益補貼措施。我國機動車燃料經濟性水平及節(jié)油潛力高海洋中國汽車技術研究中心摘要：本文介紹了我國機動車燃料經濟性的現狀，并與國外現狀進行了比較。分析研究了在采納一般差不多成熟的先進技術之后，油耗可能降低的幅度。一、前言目前，我國能源消費已居世界第二位。近十年來我國國民經濟按年均9.7%的速度增長，原油消費量按年均5.77%的速度增加，而全國原油產量自1996年突破1.5億噸以后，已連續(xù)幾年徘徊在1.6億噸左右。這種石油供求矛盾使我國自1993年成為石油凈進口國以來，進口量逐年增大，尤其是“九五”期間，石油凈進口量從1996年的1348.5萬噸增加到1999年的2858萬噸，2000年凈進口量超過6000萬噸，2001年達到7千萬噸，2002年達到了將近8千萬噸。2000年汽車消耗汽油約3千萬噸，柴油2千萬噸，接近于所有原油提煉的汽、柴油的一半。目前，我國汽車擁有量在飛速增長，有人預測，到2010年我國汽車保有量將增加到5210～5451萬輛，是現在的2.5倍左右。由于我國的能源大量依靠進口，在當前如此的國際形勢下，要保持如此高的增長率，必須提高汽車的燃料經濟性。否則，一旦國際石油供應緊張，汽車工業(yè)將受到極大的威脅。提高汽車的燃料經濟性，將同意在有限的石油供應條件下，提高汽車的保有量，使汽車工業(yè)的繁榮景象得以連續(xù)。因此，提高汽車的燃料經濟性不僅是保證國家能源安全的需要，也是汽車行業(yè)可持續(xù)進展的需要。我國機動車燃料經濟性現狀我國機動車的保有量的構成圖1表示我國各種類型機動車的構成。由于收入水平的阻礙，農用車和摩托車的保有量超過了其它種的車輛。注：那個地點乘用車指總量不大于3.5噸的載客汽車。各類機動車的燃料經濟性水平乘用車的燃料經濟性水平。新的輕型車油耗試驗方法是按照與排放試驗相同的試驗循環(huán)進行的，該試驗循環(huán)等同采納歐洲的循環(huán)，模擬汽車的實際行駛方式，得出的油耗數據比較接近實際。以下圖表的數據是輕型汽車按照歐洲II排放標準測試的工況法油耗。圖2講明，與歐洲的車型相比，我國多數汽車的燃油經濟性有一定的差距。然而，也有一些車輛的油耗水平與歐洲相當，這是因為我國許多新開發(fā)的車輛技術與國外同步，因此汽車的油耗水平也比較接近。同樣，在相同重量下，我國乘用車的分車型油耗比美國差一些。然而美國汽車偏于大的重量。中國汽車技術研究中心作過研究，美國現在的油耗標準（關于轎車的公司銷售量加權平均油耗標準）是27.5mile/gallon（大體相當于我國試驗方法下的10.0km/L），而我國1999年全國轎車的銷售量加權平均為11.4km/L，我國汽車平均燃油經濟性好于美國標準，緣故要緊是我國汽車的排量小、車輛的尺寸小，并非是所有車輛都技術先進的緣故。表1是不同重量段下所有車型油耗數據平均（非銷售量加權平均）的比較，能夠看到在各個重量段，我國汽車的油耗明顯高于歐美汽車，差距范圍在9-16%之間，差距最大的車型是整車整備質量1000kg以下的微型汽車。表1我國當前車型平均與歐美2000年車型平均相比整車整備質量平均油耗（L/100km）我國與歐美平均的差異歐洲美國中國1000kg以下6.16.587.55-16%1001-1300kg7.028.468.51-9%1301-1700kg8.8510.6810.86-10%1700kg以上11.7113.3113.75-9%總平均-11%注：此表數據僅為同一重量段內的所有車型的平均值（非銷售量加權）比較，只有有限意義。二、其它類車輛燃料經濟性水平（一）大中型客車載貨汽車（二）農用車農用車一般采納單缸柴油機，也有少量的四輪農用車采納多缸機，目前這些發(fā)動機的外特性最低油耗率比國外類似產品高6－10%。筆者對部分農用車的調查表明，三輪農用車的百公里油耗大約為4－5L/km，年行駛里程大約為10000km。（三）摩托車我國是摩托車生產大國，但摩托車單車燃油經濟性水平卻不先進。以下圖表中油耗的數據是各車型經濟車速等速百公里油耗。表2我國摩托車油耗與日本比較（雙方均選擇250ml以下排量的摩托車）排量日本(L/100km)我國(L/100km)相差小于50ml1.721.85-7.0%51-1001.91.91-0.5%大于1002.072.25-8.0%總平均-5.2%顯然，我國摩托車的燃油經濟性水平比日本摩托車有大約5.2%的差距。同時講明我國摩托車也存在通過技術上改進以降低油耗的余地。我國機動車在燃料經濟性方面的技術水平表3我國乘用車與歐美汽車性能/技術水平的差異大致描述整車整備質量平均(kg)平均排量(L)平均最大功率(kw)變速器描述單位排量對應的整車整備質量（平均）（kg/L）單缸氣門數中國11871.5672.623%自動(A4A3)76%手動(M4M5)1％CVT76140%多氣門60%2氣門歐洲2.1959%自動(A4A5)40%手動(M5M6)1%CVT76%多氣門24%2氣門美國14722.914570%自動(A4A5)30%手動(M5M6)55870%多氣門30%2氣門注：由于統(tǒng)計數據的限制，上表僅供參考。（四）我國乘用車的技術水平具體的表現：發(fā)動機方面：微型汽車內采納的大多是二十年前引進的機型改進的，維持單缸2氣門的技術水平；1.0－1.6L的車型，大約有一半采納了一些先進的技術，例如多氣門技術，但也有一半車型的技術較差，燃油經濟性不行；排量大于1.6L的車型中，大部分新引進的車型技術含量較高，許多采納了多氣門、可變氣門正時技術，但一些老車型卻仍然使用20年前引進的發(fā)動機結構。另外我國乘用車一般采納排量較小的發(fā)動機。變速器方面：我國許多微型汽車實際上采納的是只有4個前進檔的手動變速器或3個前進檔的自動變速器，大致比國外汽車少一個前進檔，造成燃油經濟性較差；國外有些車型差不多采納6檔手動變速器或5檔自動變速器，而我國專門少。其它方面：我國乘用車的重量比較低，有利于節(jié)能；大中型客車和載貨汽車的技術水平發(fā)動機：我國目前實行的是歐I標準，而歐洲在2000年就開始實行歐II標準，因此我國發(fā)動機的水平也有許多差距，例如現在國外多采納電控高壓噴射技術，而我國仍卻沒有。盡管技術改進要緊是針對排放，但采納了新技術后燃油經濟性也會改善，而且提高經濟性本身也是一個目標。我國機動車燃料經濟性提高的潛力1、在機動車內采納先進技術是提高汽車燃料經濟性的要緊手段提高新車的燃料經濟性是節(jié)約能源的全然機動車一旦出廠成為在用車，再改造起來就特不困難，因此為了改善燃油經濟性而改造汽車的可能性專門小，一是技術上要破壞原有的設計，帶來駕駛性能或排放方面的問題，另一方面，經濟上往往也不合算。制造高能效的機動車是全然的出路。新技術是要緊的手段要提高新車的燃料經濟性，全然的方法確實是采納先進的技術。例如多氣門技術，能夠大大提高發(fā)動機的充氣效率，減少泵氣損失，從而提高燃料經濟性。2、提高汽車燃料經濟性的新技術（1）發(fā)動機技術多氣門技術多氣門技術能夠大大提高發(fā)動機的充氣效率，減少泵氣損失，從而提高燃料經濟大約3－5％?？勺儦忾T正時技術能夠依照發(fā)動機的工作狀況主動調節(jié)氣門開啟時刻，減少泵氣損失，提高燃油經濟性1－3％。提高壓縮比技術提高發(fā)動機壓縮比，提高燃燒效率，是改善燃油經濟性的的要緊措施。采納直噴技術直接噴射柴油機要比非直噴式柴油機燃燒效率高，油耗要降低10％左右。柴油機又比汽油機節(jié)約大約20－30％的燃料。汽油機上采納直接噴射技術，會節(jié)約大約10－20％的燃料。停缸節(jié)油的技術當發(fā)動機運轉在較低的負荷時，停止部分氣缸的工作，從而提高工作氣缸的負荷率，達到節(jié)約燃料的目的。減少摩擦損失例如采納磙子搖臂，能夠減少摩擦，提高燃料經濟性。發(fā)動機附件效率的提高進氣增壓和發(fā)動機重量減輕（2）傳動系技術增加檔位數增加檔位，就意味著能夠使發(fā)動機有更多的機會工作在高效率區(qū)域，從而提高燃油經濟性。CVT技術CVT變速器確實是能連續(xù)變速的變速器，即無級變速器，它有可能使發(fā)動機有更多的機會工作在最佳的區(qū)域，從而提高汽車的燃料經濟性。優(yōu)化自動變速器的換檔邏輯（3）動力總成的良好匹配（4）行駛系統(tǒng)使用更好的輪胎（5）采納輕質材料，降低汽車重量（6）采納電動轉向（五）乘用車油耗降低的潛力表4總結了能夠提高燃油經濟性的各種新技術的效能以及導致的零售價的增加。數據來源于：美國國家科學院（NRC）的研究報告，國內外其它研究文獻與報告。表4新技術對燃油經濟性的阻礙及其成本燃油效率提高(%)零售價增加（￥）最低最高低高1發(fā)動機技術1.1提高發(fā)動機機械效率1.1.1減少泵氣（進排氣）損失多氣門、頂置凸輪258201120可變氣門正時352801120可變氣門升程和正時5105601680進氣門節(jié)流（無節(jié)氣門）*3617003300無凸輪軸進氣*510230045001.1.2減少發(fā)動機磨擦損失其它部件（如軸承、油封等）13280600滾子挺柱（搖臂）2260600低摩擦潤滑劑1160901.1.3減少附件功率損耗126509001.2發(fā)動機工作過程優(yōu)化提高壓縮比+50100停缸節(jié)油（適用大排量發(fā)動機）369002000可變壓縮比*26170040001.3其它發(fā)動機技術發(fā)動機增壓和尺寸減小5730004500直接噴射汽油機*102036004600直接噴射柴油機*2035450060002傳動系技術4到5速自動變速器2356012004檔到5檔手動變速器13200400無級變速器（CVT）4812003000更好的自動變速器換檔策略131005605到6速自動變速器1212003000自動換檔手動變速器*355602300先進無級變速器*02300068003整車技術(reartofront)57300700空氣阻力的減少121001200改善滾動阻力11.512045042v電源系統(tǒng)*125602300集成發(fā)電機/起動機*4717003000電動轉向*1.52.58501200汽車重量減輕（汽車新材料）*3450028004發(fā)動機-傳動系-整車匹配技術發(fā)動機-傳動系-整車匹配技術11.540010005新型動力形式MildHybrid**15251600024000FullHybrid**25402400032000新技術的采納會降低燃油消耗，但也會增加零售價格，由此導致消費者的燃油花費支出減少，要與零售價的增加在一定時刻內相抵消，而且抵消的時刻是消費者能夠同意的，如此，消費者在購買汽車的時候，就可不能抵制購買技術高、油耗低的汽車。以表4為基礎，再加上以下假設：汽油價格：3.07￥/L；汽車年行駛里程：微型車汽車：15,000km；其它：20,000km。那個數據是許多研究報告中提到的，也征詢了許多汽車行業(yè)的專家。通過分析計算，依照我國現有乘用車的技術水平，選擇一些差不多大量采納的技術和一些常用的技術，燃油經濟性能夠平均提高15－27％，而新技術車輛價格的增加將在大約8年的時刻內通過節(jié)約燃料費用收回，假如考慮“費改稅”的實施，那個時刻大概能夠縮短到5年。（六）在用車油耗降低的途徑要緊是搞好維護保養(yǎng)機動車在使用的過程中，技術條件會發(fā)生變化，比如慮清器可能會臟污，噴油器可能會堵塞，輪胎氣壓會降低，這些都會阻礙汽車的燃料經濟性，及時合理的進行保養(yǎng)，使汽車總維持在良好的工作狀態(tài)，是在用車節(jié)能的最有效途徑。三、小結機動車節(jié)能對國家的能源安全和汽車工業(yè)自身的進展特不重要；我國機動車的燃油經濟性水平與國外總體上有大約3－17％的差距；對乘用車的分析表明，假如采納目前差不多批量用于生產的新技術，和一些常用的技術，汽車燃油經濟性會改善15－27％。汽車發(fā)動機的技術進步與節(jié)能歐陽明高、王建昕清華大學汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室在過去幾十年里，由于材料、機械加工、燃燒及其操縱技術的高速進展及新型燃燒方式的使用，使得汽車發(fā)動機的動力性、經濟性及排放得到了專門大的改進。然而，由于汽車保有量的不斷增加，能源消耗、溫室CO2及其它有害氣體排放量迅速上升，因此世界許多國家制定了嚴格的排放法規(guī)，而且美國、西歐和日本等國提出了各自的車輛耗油標準，并通過稅收刺激生產和銷售低油耗車。如歐洲汽車制造協會（ACEA）提出了其節(jié)油目標，歐洲委員會（EuropeanCommission）自愿同意到2008年，輕型車按照新的歐洲試驗循環(huán)（93/116/EC），CO2排放達到140g/km（關于汽油車，相當于41mpg）的目標[1]。我國的能源形勢也不容樂觀，自1993年成為石油進口國后，供需矛盾日益突出，到2000年我國石油進口已超過7000萬噸[2]。據有關部門統(tǒng)計，今后我國石油消費和進口將呈上升趨勢。大量進口石油勢必阻礙國家外匯平衡和能源特不是石油供應的安全。就我國汽車發(fā)動機而言，現在生產的以及在用各類發(fā)動機，絕大多數性能指標差，尤其是燃油耗、排放及噪聲遠不能滿足當今節(jié)能與排放的要求。由于汽車發(fā)動機在我國交通運輸業(yè)中占有專門大比例，為了節(jié)約有限的資源、滿足日益嚴格的排放法規(guī)要求，研究和推廣低能耗、低排放、低噪聲、動力性能好的發(fā)動機技術，關于降低我國車輛能源消耗、改善都市大氣質量有極其重要的作用。本文就汽車發(fā)動機技術要緊包括燃燒室結構優(yōu)化、混合氣形成方式、供油策略、電子操縱及新型燃燒方式等與節(jié)能的關系作簡單介紹。一、車用汽油機在近二十年里，車用汽油機的技術進步要緊有：優(yōu)化燃燒室結構、采納頂置凸輪軸、單缸多氣門、可變氣門定時和升程機構、電控燃油噴射、稀薄燃燒和缸內直接噴射等。圖1氣門及氣道布置對進氣流量與進氣渦流的阻礙優(yōu)化燃燒室結構緊湊的燃燒室形狀能夠改善缸內氣體流淌，加速油氣的混合，提高燃燒速度，減少循環(huán)波動，這不但能降低CO和HC排放，而且能提高發(fā)動機的經濟性。燃燒室結構直接阻礙到充氣效率、火焰?zhèn)鞑ニ俣?、燃燒放熱率、散熱損失、爆震和循環(huán)波動等，從而阻礙汽油機的性能。優(yōu)化燃燒室結構要緊體現在：（1）盡量縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，提高抗爆性能；（2）優(yōu)化燃燒室?guī)缀涡螤钜蕴岣叻艧崴俣龋唬?）合理布置火花塞，提高抗爆性能；（4）有足夠的進排氣門流通截面。圖1氣門及氣道布置對進氣流量與進氣渦流的阻礙通過上述燃燒室設計措施，在汽油機上可實現高壓縮比、稀燃和速燃。如天津大學開發(fā)的射流燃燒室，可實現空燃比為20的稀燃，提高了汽油機的經濟性[3]。頂置凸輪軸采納頂置凸輪軸（OHC）的發(fā)動機，由于驅動氣門系統(tǒng)的重量輕、摩擦小，而且進排氣道容易布置，因此它比傳統(tǒng)頂置氣門（OHV）發(fā)動機的充氣效率高、效率高、升功率大。現代OHC發(fā)動機比現代OHV發(fā)動機燃油經濟性高3%，比老式OHV發(fā)動機燃油經濟性高6%[4]。單缸多氣門國外車用汽油機已向多氣門普及化方向進展，大多為4氣門、5氣門。圖1給出了4氣門氣道布置對發(fā)動機流量系數及進氣渦流的阻礙。能夠看出，4氣門結構能夠改善發(fā)動機的換氣特性，減少進氣阻力，使進氣和排氣更加平穩(wěn)，可提高汽油機的充氣效率和升功率，因此在相同的功率情況下，多氣門發(fā)動機能夠做的更小。假如再配合緊湊的楔形燃燒室，火花塞中心布置，可增加壓縮比，提高燃燒壓力，從而達到更高的性能和更低的油耗。目前，4氣門已成為發(fā)動機技術的要緊趨勢，4氣門發(fā)動機已在日本中高級轎車得到了廣泛應用?？勺儦忾T定時和升程機構利用電子或液壓系統(tǒng)改變發(fā)動機的氣門定時和升程，可提高發(fā)動機的功率，降低能耗。日本本田汽車公司首先在4氣門汽油機上開發(fā)成功了可變氣門定時和氣門升程電子操縱系統(tǒng)（VTEC），它能依照發(fā)動機的轉速和負荷自動改變氣門配氣相位和升程，如在小負荷時，提早關閉進氣門，減小泵氣損失。利用這項技術，可提高汽油機低速轉矩5-8%、比功率20%。假如減小發(fā)動機排量，使其具有相同的低速性能，采納氣門定時和升程可變系統(tǒng)能降低能耗6%[4]。稀薄燃燒稀燃確實是發(fā)動機在大于理論空燃比的情況下燃燒。由于稀燃可提高工作過程中混合氣的比熱容比，燃料也能夠燃燒得更完全，傳熱損失少，因而可提高發(fā)動機的熱效率，改善燃油經濟性，降低NOx排放。另外，稀燃發(fā)動機一般不受爆震極限的限制，可采納高壓縮比。在實際的稀燃系統(tǒng)中，大多應用分層燃燒技術。實現稀燃的關鍵技術是縮短火焰進展期和燃燒持續(xù)時刻，并利用電控系統(tǒng)，依照汽油機工況的變化快速準確地操縱缸內渦流、噴油次數和噴油時刻，保證點火瞬時在火花塞周圍形成易于著火的濃混合氣（空燃比為12～13.5），燃燒室其余區(qū)域為稀混合氣。關于進氣道噴射稀燃汽油機來講，必須采納燃油噴射與氣流渦流和滾流分層相結合的方法。進氣渦流可實現混合氣在缸內軸向分層，在不對稱進氣時，充量在缸內形成斜軸渦流。操縱混合氣分層的因素是進氣渦流和噴油時刻，其中，進氣渦流起維持混合氣分層的作用，噴油時刻決定濃混合氣區(qū)在缸內的位置。在進氣行程初期噴油，燃油首先分布于燃燒室下部，隨著活塞的運動而逐漸形成均勻混合氣；在進氣行程后期噴油，將在燃燒室上部形成濃混合氣。稀燃極限與噴油時刻關系專門大，只有在進氣行程的某一區(qū)間內結束噴油，才能得到理想的稀薄分層混合氣。如三菱汽車公司開發(fā)了垂直渦流、分層燃燒系統(tǒng)，用在4氣門汽油機上，稀燃極限空燃比可達23:1以上，同時NOx排放減少。與理論空燃比加三元催化器的發(fā)動機相比，燃油經濟性提高了12%。HoieK等人利用開發(fā)的變渦流系統(tǒng)和精確的空燃比操縱系統(tǒng)成功地開發(fā)出一種四氣門稀燃汽油機，在高速區(qū)，發(fā)動機使用直氣道和兩氣門工作，加大了充量系數；在低速區(qū)，用一個進氣門形成缸內渦流并通過操縱進氣沖程中的噴油時刻以產生軸向分層進氣，采納這項技術可使發(fā)動機的燃油消耗率降低10%，排放達到美國LEV標準[5]。天津大學利用進氣道電控二次噴油并配合缸內滾流技術實現了準均質稀薄燃燒，在CA1102五氣門汽油機上，通過不同進氣和噴油模式的結合，可使汽油機在空燃比小于20時穩(wěn)定燃燒[6]；在夏利轎車發(fā)動機TJ376Q上應用該技術使汽油機的燃油消耗降低了15%，動力性顯著增加，顯示出誘人的應用前景[7]。缸內直噴汽油機（GDI）與進氣道噴射稀燃汽油機相比，缸內直噴稀燃汽油機絕熱指數高、泵氣損失和傳熱損失?。粍討B(tài)響應好，冷起動快，快速減速斷油能力強；而且燃油在缸內蒸發(fā)可降低混合氣的溫度，提高汽油機的充氣效率和抗爆性，可進一步提高壓縮比。如日本三菱公司應用4氣門和滾流技術，可使汽油機的壓縮比達12.5，燃油經濟性能夠提高25%左右，功率提高20%-30%，而且可明顯降低HC和NOx的排放[8]。分層燃燒缸內直噴汽油機的空燃比稀限已提高到40以上。均質混合氣直噴發(fā)動機在小負荷時泵氣損失大，燃油消耗量比分層燃燒時的高10%左右，但比常規(guī)進氣道噴射發(fā)動機低5-10%，假如采納均質稀燃和高EGR率，均質燃燒與分層燃燒方式在燃油消耗量上的差不會進一步減小。如均質燃燒與可變氣門定時相結合，其燃油消耗量可與分層燃燒相當。稀燃汽油機在小負荷工況下不需要關小節(jié)氣門來限制進氣量，差不多上幸免了發(fā)動機在換氣過程中的泵氣損失。由于汽車發(fā)動機經常工作在小負荷工況，分層燃燒可使其平均燃油消耗量下降15-20%[9]。然而，稀燃火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷?，應采取相應的措施來促進缸內混合氣分層、加快火焰的傳播，提高燃燒速度，減小燃燒循環(huán)波動率。高能點火汽油機依靠重復、可靠的著火達到良好的性能和排放要求。關于使用化學計量比混合氣的汽油機來講，現有的開關型晶體管式(transistor-switched)火花點火線圈即能提供足夠的點火能量，并能可靠工作，但關于燃空當量比φ<0.7的稀燃汽油機來講，就需要更高的點火能量以保證汽油機可靠的著火[10]。高能點火和寬間隙的火花塞有利于火核形成，縮短著火落后期，減小循環(huán)變動、擴大稀燃極限。采納電子技術加大點火能量，提高火花強度并能依照發(fā)動機工況的要求自動調節(jié)點火提早角，加長火花持續(xù)時刻，確保燃燒可靠，尤其在稀薄燃燒時，高能點火能促進火焰核心的形成，提高混合氣的著火性，降低排放，尤其是HC排放，同時也有一定的節(jié)能效果。因此由于高能點火使火花塞燒蝕增加，火花塞的壽命也會縮短。汽油機噴油策略早期設計的單點噴射或節(jié)氣門體噴射，是在進氣歧管前的一個節(jié)氣門處用一個噴油器噴射，不能使燃油均勻、及時地進入各氣缸，已被多點噴射所代替。多點噴射是在每一氣缸的進氣門前裝一個噴油器噴油，它可明顯改善各缸供油的均勻性，而且動態(tài)響應比單點的好。近來，為了使各氣缸間的油氣混合過程相同以獲得更好的性能，各噴油器同時噴射又被按各缸發(fā)火次序的順序噴射所代替。多點噴射使燃油分配與進氣歧管的結構無關，燃油分配更均勻，由于燃油分配不均勻而需要考慮的分配辛烷值問題差不多不需要考慮了，如此不論發(fā)動機在熱態(tài)或冷態(tài)下工作，其過渡特性差不多上最佳的。同時，由于進氣歧管中只有空氣，進氣歧管可設計得使發(fā)動機達到最大的充氣量，可進一步提高發(fā)動機的轉矩和做功能力，并能降低能量消耗。電子操縱技術的使用，使得發(fā)動機噴射策略、點火時刻、抗爆震等能瞬時可調、可控。如在汽油機機體上安裝爆震傳感器，當爆震出現時，爆震傳感器就向ECU發(fā)出相關信號，ECU接收此信號后，就會按一定程序自動推遲點火時刻，防止爆震的發(fā)生。假如不發(fā)生爆震了，ECU就提早點火時刻，如此就能提高發(fā)動機的動力性和經濟性。二、車用柴油機柴油機壓縮比高，平均空燃比大，燃燒熱效率高，而且結構簡單、可靠性好。近幾十年來，由于世界各國競相進展集約化節(jié)能型經濟，盡力降低單位國民產值的能耗，全球范圍內又掀起了操縱CO2排放以緩解溫室效應的熱潮，因此，車用柴油機又受到了青睞，其中歐洲轎車用柴油機進展專門快，在新生產的轎車中，裝用柴油機的已達50%。柴油機的燃油消耗量已顯著低于汽油機的，但還希望進一步降低?，F在全世界已樹立起轎車3L/100km油耗的目標，因而還需要對柴油機進行優(yōu)化改進。為此，需采取下列技術措施：直接噴射式燃燒室傳統(tǒng)的看法是非直噴式燃燒室柴油機的高速性好、工作平順、噪聲低，適用于輕型車，但它的固有缺點是節(jié)流和散熱損失大，燃油消耗量高，冷起動困難?，F代直噴式柴油機已能夠以4000-5000r/min的轉速運行，其燃油消耗量比非直噴式柴油機低10%左右，且增壓強化潛力大，起動性能好[9]。每缸4氣門結構4氣門結構可增大進排氣流道面積，提高充量系數，降低泵氣損失；噴油器能夠垂直布置于氣缸軸線附近，對油氣混合有利；通過開關兩個進氣道之一可獲得可變的進氣渦流比，拓寬柴油機的高效工作轉速范圍。傳統(tǒng)的看法是只有缸徑130-150mm以上的大功率高速、強化柴油機可用每缸4氣門結構。但現代轎車柴油機，即使缸徑小到70-80mm，也希望采納這種結構。增壓中冷渦輪增壓是提高柴油機充氣量和功率密度、降低燃油消耗的要緊手段之一，同時它能夠降低柴油機的PM和煙度排放，但增壓會使發(fā)動機的循環(huán)溫度提高，NO排放增加。采納中冷技術可降低進氣溫度，提高進氣密度，可進一步提高發(fā)動機的功率，同時能降低循環(huán)溫度，抑制NO生成。但采納常規(guī)的渦輪增壓器不能在專門寬的運轉范圍內與柴油機良好匹配，如采納低速匹配可改善發(fā)動機的低速性能，但高速性能受損；采納高速匹配則低速性能和加速性變差。采納帶排氣旁通閥的增壓器可緩解這一矛盾，但排氣能量的損失勢必阻礙發(fā)動機的經濟性。只有電控可變幾何截面或可變噴嘴渦輪增壓器，才能依照發(fā)動機的工況要求，適時調節(jié)渦輪噴嘴截面積以達到所需的增壓壓力，實現從低速到高速全工況的優(yōu)化，使柴油機的性能得到專門大提高，并能夠在專門大的轉速范圍內獲得高達1.5-1.8MPa平坦的平均有效壓力。通過增壓，在不降低發(fā)動機功率輸出的情況下，可縮小發(fā)動機尺寸，可節(jié)油10%[11]。高壓燃油噴射系統(tǒng)柴油機要盡快實現油氣均勻混合，以保證燃燒迅速、完全，除了必要的空氣流淌外，燃油霧化質量至關重要。研究表明：為了保證柴油機實現高效低排放燃燒，噴油壓力應從目前的50-100MPa提高到150-200MPa。關于目前廣泛使用的泵—管—噴嘴式噴油系統(tǒng)來講，噴油壓力過高專門易造成異常噴射，而且這種噴油系統(tǒng)只有在最高轉速和最大負荷下才能產生最高的噴油壓力，而在低速、小負荷時，噴油壓力迅速下降。此外，這種噴油系統(tǒng)專門難實現噴油規(guī)律的操縱。共軌式燃油噴射系統(tǒng)采納獨立的高壓供油泵，可提供專門高的噴油壓力（>150MPa），而且通向各噴油器的高壓油管專門短，可不能出現不可操縱的異常噴射情況。此外，噴油壓力與發(fā)動機轉速和負荷無關，即在低速小負荷工況時能維持足夠的噴油壓力，且可獨立操縱噴油。通過對噴油器中電磁閥的適當操縱，共軌系統(tǒng)能實現多次噴射，可降低燃燒噪聲和NOx排放。具有高噴射壓力的柴油機，大型載重車的比燃油消耗率已達150g/kWh，轎車柴油機的比燃油消耗率也能低于205g/kWh。大眾公司開發(fā)的Lupo3缸轎車，用泵噴嘴可實現200MPa的壓力，該車的百公里油耗僅為3升。除此之外，減少活塞環(huán)張力、優(yōu)化活塞裙部或其承載面、減少氣缸套扭曲變形，減少運動件的摩擦，能改善發(fā)動機的經濟性2%，用滾動凸輪挺柱替代滑動挺柱，可改善燃油經濟性2%[4]；利用電子或液壓驅動器關閉某些氣缸的進排氣門，使其不工作，可減少發(fā)動機的燃油消耗7-10%[4]。依照車輛性能要求適時調整壓縮比，如在低負荷時，發(fā)動機以高壓縮比工作以節(jié)油，而在高負荷時用低壓縮比以防止爆震。不久的今后，可變壓縮比在9.6:1-21:1之間的發(fā)動機將被設計出來，據稱節(jié)油率可達30%[11]。三、均質充量壓縮著火（HCCI）燃燒技術HCCI燃燒方式能有效地解決傳統(tǒng)均質稀燃汽油機燃燒速度慢的缺點，是有不于傳統(tǒng)汽油機均質點燃預混燃燒、柴油機非均質壓燃擴散燃燒和GDI發(fā)動機分層稀薄燃燒方式的第4種燃燒方式。HCCI發(fā)動機利用的是均質混合氣，通過提高壓縮比或可變壓縮比、采納廢氣再循環(huán)、進氣加和氣增壓等手段提高缸內混合氣的溫度和壓力，促使混合氣壓縮自燃，并在缸內形成多點著火，從而減少火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x和燃燒持續(xù)期。HCCI燃燒方式與柴油機的不同點在于：柴油機在著火時刻燃油還沒有完全蒸發(fā)混合，進行的是以擴散燃燒方式主的燃燒，燃燒過程要緊受燃油蒸發(fā)速率及其與空氣的混合速率的操縱。而HCCI燃燒方式則在著火往常差不多形成了均勻的混合氣，其燃燒方式是預混燃燒模式，它的燃燒速率只與燃料的化學反應動力學有關。HCCI發(fā)動機燃燒熱效率接近Otto循環(huán)，其要緊緣故是[12]：（1）節(jié)流損失小HCCI發(fā)動機對負荷的操縱是通過調節(jié)燃油噴射量、改變空燃比來實現的，因此節(jié)氣門的節(jié)流損失小。（2）壓縮比高關于常規(guī)汽油機來講，由于其空燃比限制在化學計量比附近，其壓縮比不能太高（8:1-12:1），否則容易出現爆燃。HCCI發(fā)動機工作混合氣較稀，采納汽油作燃料時，能夠在過量空氣系數為3-9的范圍內穩(wěn)定燃燒。為了實現壓縮自燃，必須采納高壓縮比（12:1-21:1，與直噴柴油機相近）。高壓縮比意味著高的指示熱效率。（3）燃燒持續(xù)期短HCCI是多點同時著火，火焰不需要在整個氣缸內傳播，使燃燒持續(xù)期縮短。豐田汽車公司[13]的研究表明：HCCI發(fā)動機平均指示壓力與GDI汽油機和柴油機相當，其燃油消耗率水平甚至達到180-200g/kWh，指示熱效率超過50%，達到直噴式柴油機的水平，同時隨著進氣溫度的提高，HCCI燃燒的稀燃界限可拓寬至空燃比80以上。HCCI燃燒還具有低污染潛力。從理論上講，在HCCI燃燒過程中，均勻的空燃混合氣及殘余廢氣被壓縮，燃燒在多點同步發(fā)生，無明顯火焰前鋒，燃燒溫度比較均勻，NOx和PM的形成被有效抑止。但HCCI燃燒方式燃燒峰值壓力高、可運轉范圍狹窄、燃燒操縱比較困難，因此，完全意義上的HCCI發(fā)動機投入使用的時刻專門難預測，但采納多種燃燒模式相結合的發(fā)動機能夠較快投入使用，在起動和大負荷時使用點燃或壓燃，在中低負荷時轉換為HCCI燃燒方式，使發(fā)動機在中低負荷有良好的經濟性和較低的排放。以后的排放法規(guī)對NOx和微粒排放提出了越來越嚴格的要求，因此在柴油機上使用HCCI方式將會受到越來越廣泛的關注。四、結束語 由于各種新材料、新工藝、新型設計方法的廣泛應用，人們對發(fā)動機燃燒過程認識的不斷深入，新型燃燒方式的采納，并輔之以良好的電子操縱技術作為保證，發(fā)動機在節(jié)能降耗、減少有害排放物等方面必將發(fā)揮更大的作用。就我國來講，現行使用的發(fā)動機整體水平比較落后，應推廣低能量消耗、低污染排放的發(fā)動機技術，以提高能量利用率、改善我國大氣環(huán)境質量。參考文獻PlotkinSE.EuropeanandJapanesefueleconomyinitiatives:whattheyare,theirprospectsforsuccess,theirusefulnessasaguideforUSaction.EnergyPolicy291073–1084,2001.劉鐵男.中國燃料乙醇產業(yè)進展.中國能源,2002,3:6-10.尚秀鏡，劉友鈞.射流燃燒技術在車用汽油機上的應用研究.內燃機學報,16(3):335-341,1998.U.S.Congress,OfficeofTechnologyAssessment.ImprovingAutomobileFuelEconomy:NewStandards,NewApproaches.Washington,DC:U.S.GovernmentPrintingOffice,October1991.HorieKetal.Thedevelopmentofahighfueleconomyandhighperformancefour-valveburnengine.SAE920455,1992.陳強.五氣門汽油機電控開發(fā)系統(tǒng)及低排放稀薄燃燒實驗研究.天津大學學位論文，1999-03.肖浩棟.二氣門電控TJ376Q汽油機稀混合氣燃燒過程研究.天津大學學位論文，2000-03.ZhaoF.,LaiM.C.,HarringtonD.L.Automotivespark-igniteddirect-injectiongasolineengines.Prog.EnergyCombust.Sci.25437–562,1999.劉巽俊，汽車發(fā)動機在節(jié)能和排放領域的新進展，汽車技術，4，2001.DaleJD,CheckelMD,SmyPR.Applicationofhighenergyignitionsystemstoengines.Prog.EnergyCombust.Sci.23:379-398,1997.RoadSafetyandMotorVehicleRegulationTransportCanada.AdvancedTechnologyVehiclesProgram2001–2002AnnualReport.Ottawa,OntarioJanuary,2003.ChristensenM,etal.Demonstratingthemulti-fuelcapabilityofahomogeneouschargecompressionignitionenginewithvariablecompressionratio.SAEpaper1990-01-3679.AoyamaT,etal.Anexperimentalstudyonpremixed-chargecompressionignition.SAEpaper892068.國外醇類燃料的進展及醇類燃料在我國的應用張永光石油化工科學研究院一、概述乙醇（CH3CH2OH）、甲醇（CH3OH）均是重要的有機化工原料，在化學、醫(yī)藥、輕工、紡織及運輸等行業(yè)都有著廣泛的用途。乙醇要緊用作溶劑，也用于制染料、涂料、合成橡膠、醫(yī)藥、洗滌劑、化妝品等。乙醇既能夠由乙烯水合制成，也可由谷類、甘蔗和任何含淀粉或糖類的農作物為原料采納生物發(fā)酵方法制成。目前，國際上燃料乙醇的總產量約為2400萬噸，巴西是世界上最大的乙醇生產國之一，2000年乙醇產量達到1031萬噸，其要緊生產原料是甘蔗。美國現有乙醇生產能力約為86