【正文】 可行性報(bào)告及經(jīng)費(fèi)概算二〇一〇年六月目 錄一、項(xiàng)目可行性報(bào)告（一）立項(xiàng)的背景和意義（二）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（三）項(xiàng)目主要研究開發(fā)內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵及主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)（四）項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)（五）項(xiàng)目實(shí)施方案、技術(shù)路線、組織方式與課題分解（六）計(jì)劃進(jìn)度安排（七）現(xiàn)有工作基礎(chǔ)和條件二、經(jīng)費(fèi)概算（一）經(jīng)費(fèi)概算列表（二）經(jīng)費(fèi)概算說明一、項(xiàng)目可行性報(bào)告（一）立項(xiàng)的背景和意義1．項(xiàng)目的背景伴隨汽車產(chǎn)銷量快速增長而來的是大氣污染和石油消耗。目前，中國已成為僅次于美國和日本的第三大石油進(jìn)口國。而汽車的石油消耗又占了中國石油年消耗量的50%。無疑，先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)在汽車節(jié)能、環(huán)保技術(shù)開發(fā)中起著關(guān)鍵的決定性的作用。 自20世紀(jì)末期以來，汽車排放法規(guī)日益嚴(yán)格。與美國上世紀(jì)90年代中實(shí)施的聯(lián)邦排放法規(guī)相比，于2007年全面實(shí)施的新聯(lián)邦排放法規(guī)將要求汽車氮氧化物排放降低幅度高達(dá)95%，碳?xì)渑欧盼锝档头雀哌_(dá)84%。而于此同時(shí)，與排放相關(guān)的系統(tǒng)及零部件耐久性要求達(dá)到12萬英里。2007年美國聯(lián)邦排放標(biāo)準(zhǔn)中第五分組碳?xì)渑欧艠O限約為歐Ⅳ排放極限的一半（由于測試循環(huán)的不一致，真正的排放要求比歐Ⅳ排放的一半還低）。我國的國V排放標(biāo)準(zhǔn)被環(huán)保部提上了議事日程，北京市目前已經(jīng)開始研究制定機(jī)動(dòng)車國V排放標(biāo)準(zhǔn)和油品標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)準(zhǔn)備工作，2012年前后，北京機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)將從 “國IV”升級(jí)為“國V”，其他地區(qū)也將逐步實(shí)施。目前國家已在制訂相關(guān)政策，將發(fā)展國V柴油機(jī)技術(shù)作為汽車能源戰(zhàn)略的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。未來我國輕型商用車用柴油機(jī)將呈增長趨勢。 這越來越嚴(yán)格的排放法規(guī)和人們對(duì)節(jié)能認(rèn)識(shí)的加深，使得高效率、低排放車用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的開發(fā)受到高度的重視，從而促使傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)不斷創(chuàng)新。由于各國國情的不同，在環(huán)境保護(hù)及節(jié)能方面所側(cè)重的技術(shù)也有所區(qū)別。日本出于國土資源的因素，微型車輛、經(jīng)濟(jì)型車的比例較高，小排量發(fā)動(dòng)機(jī)就既能滿足節(jié)能環(huán)保的要求，又能給這類車提供足夠的驅(qū)動(dòng)力；而在歐洲，由于柴油便宜，熱效率遠(yuǎn)高于汽油機(jī)，使消費(fèi)者容易接受柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車要比汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)的同類汽車貴1000～2000美元的事實(shí)。另外，柴油機(jī)的低速扭矩遠(yuǎn)勝于汽油機(jī)，這也使偏愛汽車運(yùn)動(dòng)感的歐洲人更將直噴柴油機(jī)視為高科技的代表。現(xiàn)在的西歐，超過95%的輕型商用車配置的是柴油機(jī)。我國柴油機(jī)到2013年我國輕型商用車每年將新增近600萬輛，柴油輕型商用車預(yù)計(jì)占15%以上，年產(chǎn)量將達(dá)到90萬臺(tái)，市場前景巨大。該項(xiàng)目研究應(yīng)用融合了電控共軌、4氣門、冷卻EGR、POC或DPF等高技術(shù)，必將有力推動(dòng)國內(nèi)柴油機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，并將代表我國多缸小柴機(jī)行業(yè)的最高水平。同時(shí)排放達(dá)到國Ⅴ，大幅度減少向大氣排氣有害物，保護(hù)人體健康和生態(tài)環(huán)境，將對(duì)工程機(jī)械領(lǐng)域排放要求的觀念產(chǎn)生了革命性的影響。因此該項(xiàng)目的開發(fā)符合國家法規(guī)，迎合國際潮流，順應(yīng)全球環(huán)保發(fā)展趨勢的新一代柴油機(jī)產(chǎn)品，在這凈化空氣，保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。（二）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢美國、歐盟、日本都在20世紀(jì)80年代開始研究和控制柴油機(jī)的排放。其中以美國最為嚴(yán)格?，F(xiàn)基本處于各自的“第Ⅳ階段”， 2012年實(shí)施“第Ⅴ階段”。為實(shí)現(xiàn)排放達(dá)到“第Ⅳ階段”、 “第Ⅴ階段”水平，歐美等發(fā)達(dá)國家大都采用了增壓中冷、ECU、電控高壓共軌、EGR、可變幾何截面渦輪增壓器（VGT）、排氣后處理等技術(shù)。因此，本項(xiàng)目研究應(yīng)用的技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。高性能、低排放、低噪聲、模塊化等是柴油機(jī)發(fā)展的方向，盡管世界各主要發(fā)動(dòng)機(jī)公司開發(fā)的新一代柴油機(jī)各有特點(diǎn)，但大體反映了以下發(fā)展趨勢：（a） 采用新型直噴式柴油機(jī)的比例不斷提高。（b） 采用增壓中冷和多氣門技術(shù)，以提高升功率。柴油機(jī)內(nèi)能燃燒的燃油量取決于氣缸內(nèi)的充氣量，幾乎所有的先進(jìn)的柴油機(jī)采用了增壓中冷技術(shù)；缸徑大于100 mm以上的車用柴油機(jī)均采用了四氣門結(jié)構(gòu)，缸徑小于100 mm的車用柴油機(jī)有采用了四氣門，也有保持二氣門。柴油機(jī)的升功率已達(dá)60 kW/L。（c） 應(yīng)用電控泵噴嘴、電控單體泵、高壓共軌技術(shù)，優(yōu)化噴油規(guī)律。為滿足國Ⅳ、國Ⅴ的排放法規(guī)，噴油壓力在不斷提高，其噴油壓力已超過150Mpa，甚至達(dá)到200 Mpa，燃油噴射量、噴射壓力、噴油定時(shí)實(shí)行精確控制。（d） 實(shí)現(xiàn)排氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)。實(shí)現(xiàn)排氣再循環(huán)降價(jià)了NOx，但不利于燃油經(jīng)濟(jì)性，AVL等公司實(shí)現(xiàn)了EGR冷卻與控制技術(shù)，極大改善了綜合性能。（e） 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少磨擦與附件損失，提高機(jī)械效率。（三）項(xiàng)目主要研究開發(fā)內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵及主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)1． 項(xiàng)目的主要研究開發(fā)內(nèi)容本項(xiàng)目是與國際著名發(fā)動(dòng)機(jī)研究公司合作，研究應(yīng)用電控共軌、4氣門、冷卻EGR、POC或DPF等高技術(shù)開發(fā)的一種新型共軌直噴式柴油機(jī)，各項(xiàng)性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，并具有現(xiàn)代輕型商用車柴油動(dòng)力裝置的所有技術(shù)特點(diǎn)。滿足了輕型商用車在排放、燃油耗和舒適性等方面的嚴(yán)格要求。 1．1總體設(shè)計(jì)和各系統(tǒng)集成考慮到輕型商用車可為發(fā)動(dòng)機(jī)提供的安裝空間有限，發(fā)動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)必須十分緊湊。為減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量，必須用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法減少材料堆積，同時(shí)盡量采用輕質(zhì)材料，如鋁合金和工程塑料。為滿足最大爆發(fā)壓力達(dá)到160bar，需要采用有限元限分析技術(shù)，確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并滿足輕量化要求。為達(dá)到輕型商用車對(duì)燃油耗、排放、舒適性、低制造成本等各方面所提出的苛刻要求?？傮w方案具有以下特點(diǎn)；1）直列、直噴式柴油機(jī)；2）電控共軌噴油系統(tǒng)；3）電動(dòng)廢氣再循環(huán)裝置；4）廢氣渦輪增壓及中冷；5）4氣門技術(shù)；6）后處理技術(shù)；各個(gè)技術(shù)需要集成和優(yōu)化才能達(dá)成目標(biāo)，難度極大。1．2主要零部件及系統(tǒng)特點(diǎn)（1）氣道開發(fā)和缸蓋，機(jī)體在概念設(shè)計(jì)階段，將用我公司的氣流試驗(yàn)臺(tái)和試制的氣道芯盒開發(fā)兩個(gè)進(jìn)氣道。在限定的氣缸蓋約束條件內(nèi)，將開發(fā)有代表性的進(jìn)氣道來達(dá)到所要求的氣體流動(dòng)性。將采取在氣道里面填充樹脂然后切開缸蓋取出氣道的樹脂模型。該樹脂氣道芯模型將進(jìn)行掃描生成三維曲面，并最終用于生成氣缸蓋三維CAD模型 （已有收縮的最終形狀）。同樣的方法將被用來開發(fā)排氣道并最終生成排氣道的三維CAD模型（已有收縮的最終形狀）。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的最高爆并結(jié)合我公司的鑄造加工能力，確定缸蓋材料；根據(jù)熱負(fù)荷及整機(jī)水道布置，確定缸蓋的水流模式，尤其是排氣閥區(qū)域，和進(jìn)排氣一起考慮缸蓋水套設(shè)計(jì)；推薦缸蓋的高度尺寸，及上端壁厚；回油孔及呼氣；缸蓋罩殼的設(shè)計(jì)，包括油氣分離方案。由于缸蓋的更改，缸體也可能需要做相應(yīng)的變更，例如潤滑油道，冷卻水道和缸蓋螺栓等。（2）曲軸 考慮到氣缸最大爆發(fā)壓力達(dá)160bar，為確保曲軸具有足夠的疲勞強(qiáng)度，曲軸材料采用42CrMo，并采取圓角淬火強(qiáng)化措施，為減少摩擦功和降低NVH對(duì)其幾何尺寸經(jīng)計(jì)算后優(yōu)化。（3）連桿連桿用35 CrMo材料鍛造而成，其大頭孔經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，連桿小頭孔襯套采用鋁青銅，并有三個(gè)潤滑孔，優(yōu)化了支承活塞銷的機(jī)油供應(yīng)，從而改善了連桿小頭襯套與活塞銷的表面承載狀況。由于該機(jī)的總體尺寸極其緊湊，連桿軸承和主軸承的尺寸也很小，要承受160bar的爆發(fā)壓力，軸承單位面積的載荷很高，而潤滑油膜厚度又很小，要求所使用的軸瓦必須具有很高的疲勞強(qiáng)度和耐磨性。（4）活塞和活塞環(huán)活塞由高熱強(qiáng)度鋁合金制成，其第1道環(huán)槽鑄入鎳銅鉻耐蝕鑄鐵圈。在活塞設(shè)計(jì)中，將采用用冷卻油道和底部噴油冷卻兩種活塞設(shè)計(jì)方案，并對(duì)兩種活塞的實(shí)測溫度比較，選擇一種廉價(jià)而有效的活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。第1道活塞環(huán)為對(duì)稱矩形桶面環(huán)，其上端面的內(nèi)倒角使環(huán)扭曲，可防止形成機(jī)油積碳。第2道活塞環(huán)為斜面環(huán)，其上端面同樣有內(nèi)倒角。第三道活塞環(huán)是斜切式刮油杯，內(nèi)襯螺旋形彈簧漲圈。在設(shè)計(jì)過程中，將對(duì)第第3道活塞環(huán)材料用鑄鐵和滲氮鋼進(jìn)行比較，從而進(jìn)行選擇。（5）機(jī)油耗減少機(jī)油消耗作為排放開發(fā)的重點(diǎn)內(nèi)容，通過精確的三維設(shè)計(jì)計(jì)算減小氣缸變形，結(jié)合