西南研究院查尔斯:清洁与节能是两大目标

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网易汽车7月11日报道 由中国汽车技术研究中心主办的“2014中国汽车高新技术发展国际论坛(AUTOTEC 2014)”于2014年7月10日-11日在北京会议中心举办。论坛作为汽车行业交流技术、洽谈合作的重要平台，得到了政府主管部门、行业机构和企业的高度认可。

本届论坛以“下一代汽车核心技术”为主题，邀请行业主管部委领导，SAE-International、中国智能交通协会、日本国土交通省、美国西南研究院、中国汽车技术研究中心、清华大学等中外行业科研机构代表，以及北汽、广汽、大众、日产、奔驰、本田、玉柴、博世、大陆、百度等行业技术领先企业专家等30多位中外嘉宾做技术报告。论坛还就“下一代汽车核心技术发展趋势”、“影响下一代汽车发展的IT技术”展开两场精彩的圆桌演讲。

美国西南研究院发动机排放和车辆研究部院士工程师查尔斯表示，全球的目标就是要使得空气质量更好，同时要提高我们生活的质量。因此，清洁汽车是最重要的一个东西，这就是第一个目标。第二个目标就是效率，要节省能源和资源，也就是说使用更少的汽油。

以下为演讲实录

非常感谢主办方以及所有到场的嘉宾，感谢邀请我来到这里跟大家讲一讲新的技术。这个是我们为未来的汽车行业所开发的一些技术，在我进行演讲之前，昨天我们听到了很多的讨论，是关于未来的汽车是什么样的，未来的交通是什么样的，以及全世界将会有什么样的改变，特别是在未来数年之内的改变。但是，我们在到达遥远的未来之前，我们必须要看一看最近的将来是什么样的，这就是我今天要讲的内容的一部分，也就是说我们如何去建立一个技术的桥梁，这个技术桥梁能够把我们带到新能源汽车或者电动汽车的未来之中。

在未来的多年之内，我们可能还是有这样的一个既有的引擎会在全球很多地方使用，所以说我今天要讲的内容就是关于我们如何想要改变一下引擎，但是这也是一个新的东西，而且是更清洁的引擎，而且它的效率也是更高的引擎，今天给大家举一个例子，这就是我们的西南研究院所做的研究。

我们都知道，我们全球的目标就是要使得空气质量更好，同时要提高我们生活的质量。因此，清洁汽车是最重要的一个东西，在这里，在北京，很重要的一点，我也看到了清洁的空气、清洁的汽车，这就是第一个目标。

第二个目标就是效率，要节省能源和资源，也就是说使用更少的汽油。这样的话，能够尽可能的增加效率，减少成本，所以说这是两个主要的目标。

在全球我们都看到了有很多法律法规正在修改，要减少温室气体的排放，要减少二氧化碳的排放，所以说全球也变得更加绿色了，现在这种汽油汽车也必须要变得更加绿色才行。现在我们的汽油汽车还在使用，柴油车也在使用，效率不够高的问题是存在在汽车之中的，所以在考虑到这样一个效率不高的情况时，我们会看一看一些数据，比如说给大家列举了这样的一个数据。在这张图上我们看到了是我们引擎的负载，和我们引擎的速度它的一个比例。所以说，这个是我们现在引擎的一个范围，在这个引擎的范围之内，我们想要在设计中达到尽可能的好，但是，我们的物理和化学的道理决定的我们不能够达到最佳。

首先，我们的第一个损失和第一个问题就是我们引擎的压缩比，我们尽可能的要用更高的压力进行压缩，但是，这个燃油的质量是有限的。另外，我们燃烧的方式现在也是有限的。

第二个关于这个效率的损失就是我们的燃料。也的时候自己会自燃，这时就会达到爆震，这对引擎是比较危险的，所以我们要避免爆震。

第三个损失就是泵损失，这个引擎有点像空气泵，我们必须要让泵效率非常高，才能达到更高的效率。

第四，就是如果我们要在引擎中燃烧燃料的时间不对的话，它的效率就不高，这个时候在我们的燃料流程中就会有很多的损失。

另外，很多的汽油车现在如果说是高速行驶的话，它的催化剂有的时候就不很高，这时候会达到燃料的浓缩。现在我们有30%—40%的恶化燃油使用，使得催化剂能够很好的工作，但是这个时候对空气的影响就不够好，所以说在高速中和高负载中，催化剂必须要有效，所以说我们要找到解决方案。

我们公司在1993年就开始开发在大家看到的这个技术了，这是一个很创新的概念，基本上我们有一些知识是来自化工业的，在化工业之中，有的时候我们会提高燃油的质量，这里面我们有这样的一个叫做化学重组过程。我们的公司一开始就要有燃油重组的过程，是在引擎之中进行的，所以说给大家看到的这张图就展示了我们的两个不同的引擎版本，可以看到这里面有一个主要的特点，就是我们的第一个汽缸，我们叫做D—EGR汽缸，这是我们专用的EGR，这个汽缸跟其他的汽缸燃烧方式是不一样的，其中的一个活塞会有一个是进行油的重组，这个时候是进行复燃烧。这个时候，会使用更多的油，但是这个油会变成一氧化碳、氢气和水，这样一个燃油的化学变化然后再回到我们引擎前端，所以说这样一个重组的油气重新回到了我们的引擎之中，特别是我们的汽中的氢气会使得引擎整体燃烧的情况会更好。所以说，我们引擎有两个阶段，每一个阶段都会完全的得到一个优化。

这里是一个非常复杂的图，但是我想给大家展示的是什么意思呢？传统的燃烧是绿色的这条线，传统的燃烧，它的可能性非常的窄。大家可以看到，这就是它的一个状况，现在我们需要用EGR去减少引擎的污染。我们用这样一个EGR，也就是废气循环时，这样一个火苗变小了，它这个时候就不会很稳定，所以说我们在这里看到很多的曲线都向右移动，这个就使我们的火花的可能性变得更为宽泛了，因为我们现在有EGR系统了，加入了EGR系统之后，引擎可能没有我们想象那样燃烧得那么好，所以说我们用了氢气，在D—EGR这个过程中使用了氢气，使得燃料能够更好的进行燃烧，这样的话，EGR可能使它的曲线变得像红色这样。所以说传统的EGR系统不够好，但是我们把这个燃料进行重整之后，我们看到燃烧又变好了。

这里给大家一个例子，就是如何改善我们的燃烧流程。上面几张图大家可以看到是一个传统的点火、燃烧的状况，就是黑色的这条线。如果我们把EGR加到引擎之上，我们可以看到所有的这些有颜色的部分，每一个数字都是代表一次燃烧，我们会注意到所有的这些燃烧的事件，他们并不是在一个时间之上的，是没有办法控制的，或者说它完全不是一个稳定的燃烧，所以说我们需要用EGR来控制污染，但是，加入了EGR之后，我们的燃烧变得不那么好了。

下面这张图给大家显示了我们如果把一部分的氢气加入之中，这是我们D—EGR的汽缸产生的氢气，所有燃烧状况都非常的稳定了，它是可以重复的，而且是鲁棒的，而且对未来的设计是非常有效的。

这张图上给大家展示的就是这是一个专业的，我是在大学讲课的，所以我的学生愿意跟我讲讲热动力学，但是这个图片的信息是非常间的，左边有一个红色的线，展示了我们把EGR加到传统的引擎之上之后，我们能够提高这个引擎之中气体的热动力性，但是它还是有一定的局限性的。我们可以看到在蓝色方面，有一个延展，这时候我们把化学的过程加入其中，也就是说我们有一个D—EGR，加入其中之后，这个曲线会继续延伸。这样的话，我们的伽马数据会增加，热动力学过程实际上是有一定的提高。

这个图片是非常复杂的，但是它的意思是说我们的EGR在加入引擎之中，我们引擎的效率是增加了。过去的25年之中已经得到了验证，但是，我们如果达到的25%的时候，我们必须要用很多的技术，比如说像D—EGR，才能够去克服这个局限，D—EGR能够使我们的曲线一直达到上面这部分，也就是说我们引擎之中的压缩比可以更高，我们可以降低损失。所以说，D—EGR这个过程是让我们再次去设计了引擎，而且让引擎的效率变得更高，我们可以看到未来引擎的效率有一定的提高。

我们过去一年做了这样一个示范汽车，我们这个示范汽车有一个目标，就是把燃油经济性进行一个提高，就是让这个燃油经济性提高10%，10%听起来并不是很高，但是这个10%的提高，它的排放气体是非常清洁的，这是非常重要的。比如说你在城市之中进行驾驶的话，我们这个是非常清洁的，而且它的效率是很高的，所以说我们要考虑一下这个10%，用另外一个视角考虑一下，现在在世界上我们每年有一亿辆汽车的生产，如果每一辆汽车都增加10%的经济效率的话，这是一个非常大的数据，对未来是非常有利的，所以这就是我们寻找的一架桥梁。所以说我们建立了这个示范汽车，就是要展示给我们的整车厂现在还有另外的选择和可能，而且我们和40个不同的汽车公司合作去开发这样的流程和工艺。

我们的方法就是首先我们有一个标准的引擎，这是一个四缸引擎，是来自通用汽车的，我们把这个引擎进行修正，这里面有一个D—EGR加入其中。我们有一个两升的引擎，然后把它进行修改，然后在我们的实验室进行测试，我给大家来展示一下我们所得出的一些结果。这样的一个成本也是非常重要的，大家都知道，电动汽车现在还没有非常多的数量，为什么呢？它的这个电池的价格还是太高了，所以说，现在电动汽车的经济性还是不够高，所以没有办法每个人都买得起。

与此相似的，如果我有一项新的汽油引擎技术，它必须要是低成本的，它不能太贵。所以说，我们用的这样一个技术会增加一千美元的成本，但是，这个车大概是三万美元，也就是说又增加了一千美元，但是我们有10%的燃油经济性的提高，同时，我们的引擎催化剂会非常有效，也就是说我们的催化剂在这辆车上非常好用、非常有效的。

给大家讲一些细节，右边实际上就是我们引擎最后的样子，这里面有几个特点，它跟传统的引擎是有所区别的。首先，它里面有一个专用D—EGR的系统，一个汽缸是专门生产氢气的，同时它还有一个涡轮增压器，就好象现在很多的引擎都有涡轮增压器一样，同时还有一个小的增压器，这个是为了提高它的性能的，这个就是增加成本的地方，一个是涡轮增压器，还有D—EGR的系统。但是，我们把引擎进行改造之后，我们可以看到这样的一个扭矩，我们比较一下原来的扭矩和现在的扭矩，可以看到它现在的功率也增加了，当然可能不是很多，但是如果这样的话就更好，开起来就更舒服了。

这里面有很多的细节，我们曾经在一个会议之中讲了很多的细节，但是，我今天只给大家讲一两点，比如说我们如果把这个废气跟引擎之中的新鲜空气混合之后，我们要保证这样两个气体的混合是非常成功的。所以说，我们必须要有一种专用的方法，把这两个气体进行混合，所以这里面就是一个例子，就是我们一个混合的系统是我们的西南研究院所做出来的，这样的话，能够保证氢气还有废气能够跟空气进行混合，我们希望每个汽缸都能够有同样的EGR气体的流动和空气流动的速度。所以，这样一个设计的工艺出现了，我们用这个设计工艺设计了我们EGR的混合系统。

另外，我们的燃烧系统现在也是不一样的，我们现在已经增加的压缩比，是12比1，所以说这样的数据是非常高的，特别是你要是有涡轮增压器和增压器的时候，12比1是非常大的，这保证了我们的高效率。

另外，我们需要把汽缸盖、活塞还有热管理重新设计一下。我们花了几个月的时间来做这样一个事情，这样的话，可操作性就更好了。另外，它的性能也是不错的，我们也已经发表的几篇论文。

冷启动现在也是非常重要的，要很快把催化剂加热，这样的话才能成功，而且我们也做到了这一点。同时，测试引擎的噪音也是非常重要的，我们用了几个月的时间，也达到了成功。

如果有一个很好的汽车的话，我们必须要有很多的设计和流程，一开始要设计分析结构，还有热，以及我们这里面的打包等等。我们如何把所有的这些东西放在一个车饰上而且达到一个成功呢？这里面给大家看一看我们的示范车辆上面的引擎状况，我们可以看到这些东西最后都能放到我们的车辆之上，最后是没有一个整合的问题，整合中没有出现问题。

对于我们燃油经济性的问题，我们实际上是做了一个简单的改变，我们这个技术并不是颠覆性的，它只是一个间接性的改变。我们学习了工业企业还有化学企业等等其他的方法，来做了这样的工作。在左边是一个传统的地图，这里面就是我们的燃油消耗，这是在汽车行程中的消耗。右边这张图是一个更为重要的图，我们看到这样一个燃油经济性增加了10%，也就是说在任何工况下我们都能达到这样一个目标。

对于中国的汽车来说，比如说在北京的汽车，有很多的交通拥堵情况，所以说如果你要是在交通拥堵之中，你的废气系统要冷却下来，催化剂就不好用了，所以这个引擎能够保证催化剂的温度。而且我们在任何的测试引擎之上都发现用我们这样一个系统能够达到引擎最好的效率，我们觉得这对中国市场来说也是一个非常好的产品，因为这样的话，特别适合拥堵的情况。

在高负载的情况下，汽车也是非常清洁的，所以说它不光能够达到政府的排放目标和要求，同时，在真正的路况之下也是清洁的，也就是说它能够达到满足两种目标。

这张图上给大家看到一些关于我们的废气的细节，在左下角的这张图上就是我们废气的温度。给大家看这张图的意思就是说我们最高的温度是大概750摄氏度，750度实际上是能够保证催化剂既安全，而且能够用，所以说这样的一个废气的温度是能够保证在高负载的情况下让我们的催化剂能用的。

在左边下角是375度，这是让催化剂使用最低温度，所以这张图片给大家看到，在任何时候我们都能够保证催化剂是可以使用的。

在右边这张图上，我们可以看到这个是我们的引擎的一个状况，就是说我们能不能把这个引擎进一步优化，能不能在引擎燃烧方面没有什么样的障碍呢？我们可以看到这样的一个图片就展示了我们能够达到引擎的最佳燃烧时间，也就是说能够达到最好的效率。

这张图表上给大家展示的就是最终燃油经济性的数据，这个是我们在美国的测试之中展现出来的。这里面是FTP以及高速公路的一个结果，FTP实际上就是一个低负载的状况，就好象是在北京开车。在高速公路上，高速公路的意思就是好像你在乡村开车一样，右边我们可以看到FTP的燃油经济性，就是在城市之中燃油经济性能够提高13%，不光是这辆车能够提高13%，我们相信这个技术可以适用于所有的汽油引擎。不光对大车来讲是这样的，小车也是一样的，也就是说这个系统可以变大变小。城市之中提高燃油经济性13%，高速公路上提高9%。

另外，现在北京的排放是很重要的，一氧化碳，还有氮氧化物，以及颗粒物，都能够减少90%以上。只有一个一氧化碳，一氧化碳稍微高一点，但是我们现在要尽可能找到一个方法来减少一氧化碳的排放。

我们可以看到现在北京的污染状况并不是一氧化碳和颗粒物，如果说通过我们这样的一个技术能够把这三种污染物都能够大大的降低，我们未来要走什么样的方向呢？这只是一个示范性的汽车，我们现在也和几个整车厂合作，同时，也有一些中国的汽车厂合作，我们想要去提高这些汽车的效率，使得它的效率更高。

我给大家看到的这张图展示的就是我们燃烧过程的分布，我们想要的就是要有一个比较紧凑的分布，也就是说我们这个燃烧的过程是可复制的。上面的这张图就是我们的示范车之前的状况，绿色是改善的状况，比传统的EGR有所改善。第二个图片上，我们可以看到是我们最近的工作，也就是说我们把汽缸盖进行了一个再次设计，而且引擎也再次设计，这时候就能够更好的使用产生的氢气。所以说，第二张图上我们看到绿色的区域是更为紧凑了，也就是说有更好的燃烧控制。我们非常有信心能够进一步的提高燃油经济性。

下一步要做什么呢？我们已经把这个概念进行了一个证实，我们已经有了示范汽车展示给世界，这个汽车在美国进行了巡展，而且也参加了SAE世界大会，所有的汽车公司都可以去开这辆车，在欧洲现在也在巡展，不同的整车厂在测试我们的车。我们希望能够把这个车带到中国，当然这个距离更远一点，我们希望尽快把这个车带到中国，我们也和一些整车厂进行合作，包括中国的整车厂，我们想要开发这样一个技术。我希望在一年或者两年之内能够再次回来，然后我们可能会来讲一讲这样一个桥梁性的技术，这样的话，我们会有一些时间为未来的新能源汽车进行准备。

非常感谢大家，这就是我要讲的内容。谢谢！