主题：【原创】NOx or Particulate-柴油发动机的抉择 -- 波波粥
家园 在内燃机技术上 欧洲已经取得了一些优势了，他们不过想继续扩大这种优势罢了。
- 复 在内燃机技术上
家园 只要欧洲以外的地方在这些环保问题上不松口 那欧洲搞的那些'领先'也就没什么实际意义
因为环保不等于节能不等于降低成本
很多时候
强调环保反倒会增加能耗增加成本
家园 发动机技术的提高，同样也意味着节能啊 在新的排放标准中，无论是美国，欧洲，日本对二氧化碳的排放都有要求，汽车行驶每公里排放更少的二氧化碳，不就意味着消耗更少的燃料么。
对于节能的措施会带来多少成本的增加，以及如何在尽可能低的成本基础上取得节能和环保上的最大效果，正是今天技术人员努力的方向。
环保和节能并不是矛盾体，增加的成本则需要和取得的效益相比较，再下结论。
- 复 在内燃机技术上
家园 有中国和美国这对邪恶轴心在，欧洲人想突破不容易 经济板块不少人讨论过老欧洲借环保发力，试图重振雄风的企图，但有中国和美国这对邪恶轴心在，老欧洲节能环保上的努力注定是徒劳的。
100辆车从欧六升级为欧七带来的环保效益会被一辆新生产的农用车抵消。这就是发展中国家的残酷现实一个缩影，低经济发展成本与高成本环保的矛盾。
另外就是燃油问题，目前中国甚至没有一个车用柴油的强制国家标准，汽油标准满是漏洞。各汽车公司为了能生产可以在中国跑的车辆，必须对原方案进行修改，以应付不可预计的恶劣燃油性质，否则就等着大面积坏车。而这次燃油升级，又成各石油公司提价的借口（北京不涨价，广东却涨价不少）。
合成油的利益，特别是天然气合成油的利益，更像是其他能源没有充分市场化结果，或者没有被欧佩克垄断的结果，其价格被长期合同限制，缓慢的在追赶石油价格。和美国乙醇战略的价格扭曲背景相似。随着世界农产品加工暴涨，估计现在再搞乙醇厂经济上就不太划算了。同样，煤炭和天然气如果再涨几倍，合成油的前景会如何？
家园 在排放问题上，发达国家是一致的(有修改) 美国的排放标准并不只有TIER一种。并且，省油的车总是受到消费者的欢迎，特别现在油价这么高。
在粮食涨价的同时石油也在涨价，目前乙醇这些所谓生物燃料在经济上还是合算。煤炭和天然气涨价，石油也必然涨价。能源价格是一涨大家涨，除非某天突然宣称某一种能源的储量又有大发现，那时所有能源的价格才会有所回落。
家园 节能和环保并没有必然联系 节能的技术并不一定天然环保，环保技术也并不一定省油，为了满足排放标准而使用的各种尾气处理装置就是耗能的。
我觉得日本的实用主义节能方案比欧洲的激进环保主义更适合中国的发展需求。日本车在耐粗粮方面做得比欧洲车好，同样压缩比下能耗更少，技术难度低，推广性好。
你前面谈到的各种技术，以及炼油工业面对的低芳烃和低硫要求。目标都是环保而不是节能。降低油品的芳烃含量和硫含量，是一个熵增加过程，肯定是耗能的.而燃烧特性和能耗方面上，与烯烃含量不同,芳烃和硫高一些，不会有大的问题。
家园 降低二氧化碳排放不是节能么？ 尾气处理装置的确会消耗能量，但是这是为了消除燃烧效率得到提高以后的副作用，如NOx的排放增加。
废气涡轮增压装置中的冷却系统同样也消耗了能量，但是却提高了发动机工作效率，相比较而言，它的节能比耗能多得多。
对于芳烃和硫在燃烧过程中的作用，以及降低芳烃的含量是否有节能的效果，建议您再把手头的资料看看。
家园 这方面还需要考虑降低芳烃含量和除硫所消耗的能量 燃料油深度降低芳烃含量，深度除硫，增加的能耗都不可忽视，需要综合考虑。现在不是流行WTW么，计算二氧化然排放量要从油井一直计算到公里数。不知道你那里有没有相关公开文献。
我个人认为降低芳烃含量和除硫的主要目的是环保健康，节能的考虑是其次的。在合理的健康要求下，即使全盘计算需要增加一些能耗，也是需要做的。
家园 按照目前的石油炼油工艺 进一步深度除硫和降低芳烃含量，保守的说法是，在汽车全寿命期间内，所获得的节能效果并不显著（从油井到废气）。
但是，对于其它的技术路线图而言，降低芳烃含量和除硫所付出的代价并不那么大了。
目前除硫主要考虑的是环保，但是硫和芳烃在燃烧过程中的确起到了恶化燃烧品质的作用。
面对日益严格的排放法规，也许在不远的将来，汽车动力装置会出现一个百花齐放的局面，在尘埃落定之前，要尽一切可能来挖掘潜力，而且电子技术，传感器技术，材料科学等方面的进步，让内燃机“重新焕发了青春”，这个方向上的应用，还有非常大的潜力，20美元的成本增加，甚至会换来数千美元的收益（全寿命期内）。
比如前面讲的新Smart的柴油发动机其实只代表了2002年的成熟技术。
排放法规可以说是极大的促进了发动机技术的进步，大家都在想既省钱又有效的办法，15年来，发动机技术度过了一个相对沉寂期，重新又活跃了许多（当然，也要托同时期特别是微电子技术的，软件技术进步的福）。
家园 有点不明白 废气涡轮增压装置的耗能和尾气处理装置两者的共同点在哪里，举着这个例子你想说明什么？感觉有些混淆。
关于芳烃问题，要明确是汽油，煤油还是柴油的芳烃。期望你能指出汽油芳烃含量从20%降至10%，同等燃烧热值（注意不是重量或体积）下能节能多少。硫含量主要是柴油的问题，请问硫从0.1%降至0.001%又能节能多少。估计大家对这个数值是有兴趣的。
- 复 有点不明白
家园 我的意思是 尾气处理装置会消耗能量，但是为什么要在尾气处理装置上下这么多功夫呢，特别是柴油发动机对于NOx的处理，是因为柴油发动机的压缩比高，工作压力大，温度高，这些特性，造成了柴油发动机比汽油机的工作效率高，更省油，优点同时也伴随着缺点，就是NOx的排放更高，那么就需要用尾气处理装置来平衡了，虽然使用它会消耗能量。
涡轮增压系统在设计上的考虑也是一样。
关于芳烃和硫在燃烧中起的作用，您可以查查嘛，您手头有那么多文献呢。我这里的具体的数据是不可能公开的，这是基本的职业道德，您在您的主题贴里不也同样解释的么。
- 复 我的意思是
家园 对intercooler认识 涡轮增压发动机用这个intercooler的原因，不是以小损耗换大收益，而是只有涡轮增压发动机能用这个技术。
降低吸气温度可以在更高压缩比条件下使用较低辛烷值的燃料。但除否进行增压，吸气温度和大气温度是一致的，车内没有一个简单的热源和冷源可以进行热交换。
但柴油机压缩比难以进一步提高，是法律法规限制NOx排放，还是本身的技术原因呢？
家园 关于intercooler 我觉得就是以小损耗换大收益啊.汽油标号问题先不说,通过降低进气温度增加进气密度从而增加实际参与燃烧的空气量,同时降低油气温和汽的温度,有助于提高压缩比.
代价是进气没有原来那么顺畅了...
“但除否进行增压，吸气温度和大气温度是一致的，”
气体被压缩后就回变热阿，中冷就使把压缩气体尽量冷却到大气温度用的，增压越厉害的发动机中冷就越有用。为什么说吸气温度是一样的？要么是我误解了这句话...
家园 比较一下自然吸气，增压，增压中冷的热力学特点才能理解中冷 增压中冷看似只是增压的简单改进，但从能量流动看，有很大的改进。
与自然吸气相比，增压将部分气体压缩工作从气缸内转移出来，这样可以使用较小的气缸实现较大的压缩比。从而提高航空活塞发动机的高空性能，或者降低发动机尺寸。但从能量流来看，废气涡轮增压装置回收利用的废气能量，没有转化为有用功，而是从散热系统流失了。
散热系统消耗的能量，是由气缸内平均温度与大气温度的差值决定的。而热机有效功，是由气缸内平均温度与进气温度的差值决定的。因此，降低进气温度可以在有效功不变情况下降低散热，即提高有效功在总能量中的比率，从而提高效率。
但冷却进气是需要能量的，而增压+热交换（中冷）构成了一个完整的冷冻压缩机结构，通过废气涡轮驱动压缩机，回收利用的废气能量扩大了气缸内平均温度与进气温度的差值，减少了散热系统消耗的能量。从能量流角度看，最后不要称为“以小损耗换大收益”，而是称为“利用废气能量降低散热开销，提高有用功”为佳。
“但除否进行增压，吸气温度和大气温度是一致的，”
不好意思，是把“除非”打成“出否”了。意思就是没有压缩机，就不可能进行制冷。
最后讨论一下“通过降低进气温度增加进气密度从而增加实际参与燃烧的空气量,”实际参与燃烧的空气量是应由空燃比决定的，不是越多越好。
”降低油气温和汽的温度,有助于提高压缩比。“改为”有助于高压缩比下更经济有效运转“较为妥贴。早期用于航空发动机多级增压的intercooler的主要目的是尽量提高增压效果，即提高压缩比。但目前发动机增压系统均为一级压缩，冷却系统应该称为“后冷aftercooler",只是沿用了”中冷“这个词，后冷技术提高压缩比效果不明显，也不是其主要目的。
家园 好文，先花再回复！ ---“与自然吸气相比，增压将部分气体压缩工作从气缸内转移出来，这样可以使用较小的气缸实现较大的压缩比。从而提高航空活塞发动机的高空性能，或者降低发动机尺寸。。”
增压与否，压缩比是根据活塞行程和燃烧室的大小决定的,是发动机的几何设计参数. 所以增压压力高低理论上不影响压缩比，只是提高能量密度。当然实际上由于气体压缩变热容易预燃所以增压汽油机的压缩比需要人为地降低。
---“但从能量流来看，废气涡轮增压装置回收利用的废气能量，没有转化为有用功，而是从散热系统流失了
散热系统消耗的能量，是由气缸内平均温度与大气温度的差值决定的。而热机有效功，是由气缸内平均温度与进气温度的差值决定的。因此，降低进气温度可以在有效功不变情况下降低散热，即提高有效功在总能量中的比率，从而提高效率。”
柴油机和汽油机的热机是不一样的(太懒了不想查书了）。但是和理想热机相比，排气耗散的能量不仅仅是热能，还有动能（高压气体外泄+活塞推动排气）。热能是在排气冷却到大气温度的时候消失了，但是动能是被回收了一部分。从这个角度来说，经过turbo的排气其能量并没有从散热系统完全消失。
---“但冷却进气是需要能量的，而增压+热交换（中冷）构成了一个完整的冷冻压缩机结构，通过废气涡轮驱动压缩机，回收利用的废气能量扩大了气缸内平均温度与进气温度的差值，减少了散热系统消耗的能量。从能量流角度看，最后不要称为“以小损耗换大收益”，而是称为“利用废气能量降低散热开销，提高有用功”为佳。
”
这个思路有意思。设想3台发动机 A: 自然吸气 B: Turbo only C: Intercooler + Turbo
A: 进气温度等于大气温度
B: 进气受压缩，高于大气温度
C: 压缩后，经冷却，但是由于理想热源（冷源？）是大气，中冷后也没有气体再膨胀降温的过程，所以无法降温至低于大气温度下，所以进气温度介于A和B之间
这样说的话A自然吸气的发动机还是热效率最高的？
--“最后讨论一下“通过降低进气温度增加进气密度从而增加实际参与燃烧的空气量,”实际参与燃烧的空气量是应由空燃比决定的，不是越多越好。、
您说的没错。我觉得，涡轮增压（高热效率设计，而不是高马力设计）的一个主要好处是，在同样的转速和排量下，可以增加最大进气量（当然喷油量也要相应增加），提高能量密度，增加扭矩和功率。而相同排量的自然吸气发动机输出同样的功率则要以提高转速来实现。高转速工况对能量和金属件的损耗都很大，对效率和寿命都有负面影响。这里涡轮增压的发动机占了大便宜。如果实际参与燃烧的空气量是应由空燃比决定，而燃油喷射总是只有一点点的话，就说明A.功率过剩,这样的功率输出不用涡轮增压就能达到 或 B. 可以考虑换排量更小一级的涡轮增压发动机，维持输出，提高效率。
”降低油气温和汽的温度,有助于提高压缩比。“改为”有助于高压缩比下更经济有效运转“较为妥贴。早期用于航空发动机多级增压的intercooler的主要目的是尽量提高增压效果，即提高压缩比。但目前发动机增压系统均为一级压缩，冷却系统应该称为“后冷aftercooler",只是沿用了”中冷“这个词，后冷技术提高压缩比效果不明显，也不是其主要目的。”
这个问题我觉得比较复杂，我知道汽油机上，使用中冷可以降低预燃可能，因为汽油机设计时的最大实用压缩比受制于气缸压缩阶段的油汽混和气的温度(或者说受制于预燃)，降低温度自然可以使更高增压比的设计更为可行。
柴油机由于是直喷，中冷对压缩比的影响我就不清楚了 :-(