发动机节能减排

1、 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP汽车发动机节能减排汽车发动机节能减排与可靠性关键润滑问题与可靠性关键润滑问题张张 俊俊 彦彦中国科学院兰州化学物理研究所中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室固体润滑国家重点实验室20122012年年6 6月月 长春长春验收工作报告验收工作报告 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP内容提纲内容提纲l 项目背景与意义项目背景与意义l 项目的研究策略项目的研究策略l 项目的研究进展项目的研究进展l 项目的研究成果项目的研究成果 State

2、 Key Laboratory of Solid Lubrication LICP背景和意义背景和意义l 安全性、安全性、可靠性可靠性、舒适性、动力性、轻量化（主动）、舒适性、动力性、轻量化（主动）l 高节能、低排放（被动）高节能、低排放（被动）汽车发展态势汽车发展态势 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP我国汽车行业面临的三大挑战我国汽车行业面临的三大挑战空气污染问题空气污染问题全球变暖问题全球变暖问题能源危机问题能源危机问题 降低车辆的有毒有害物质排放（降低车辆的有毒有害物质排放（PM、NOX、HC、CO） 降低车辆的降低车辆的CO2

3、排放排放 提高能效、采用代用燃料、能源动力系统转型提高能效、采用代用燃料、能源动力系统转型背景与意义背景与意义 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICPl 我国汽车保有量将快速增长我国汽车保有量将快速增长l 车用汽柴油需求不断增大车用汽柴油需求不断增大, ,石石油供应安全面临严峻挑战油供应安全面临严峻挑战 年份年份汽油汽油消耗量消耗量柴油柴油消耗量消耗量燃油燃油总消耗量总消耗量201020107844784481338133159771597720122012908790879334933418421184212015201510801108

4、011127711277220792207920202020153921539215146151463053830538我国未来车用燃油消耗量预测（单位：万吨）我国未来车用燃油消耗量预测（单位：万吨）我国未来石油进口依存度预测（单位：亿吨）我国未来石油进口依存度预测（单位：亿吨）我国未来汽车保有量预测（单位：万辆）我国未来汽车保有量预测（单位：万辆）背景与意义背景与意义 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP背景和意义背景和意义欧盟欧盟：从金融危机中复苏：欧洲行动框架2008.09；欧洲经济复苏计划2008.12。 2015年将新车平均CO

5、2排放量降至130克/公里美国美国： 2009年5月19日美国总统奥巴马提出新的汽车节能减排计划，要求在2016 年美国生产的轿车和卡车平均每百公里油耗6.62升，同时减少30%的尾气排放。美国在空气净化法和防污染法中明确规定，所有进口到美国的汽车都必须通过交通部的安全标准。日本日本：节能休止法规定，到1010年，在日本市场上销售的不同质量的和用途的汽车，必须达到相应的节能标，以减少汽车废气的排放。 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP背景和意义背景和意义2010年12月28日，专家们在北京召开的“十二五中国节能减排高峰论坛”上指出“传统

6、能源、新能源两条腿走路时远近结合的战略路径”。新能源是一个长远的目标，需要科技工作者和工程师们的不断努力；在传统能源方面，需要通过对发动机优化设计、材料轻量化和表面处理等基础进一步降低摩擦磨损损耗和减轻自重来达到节能减排的目的。 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP摩擦损耗占整个车体能量损耗的摩擦损耗占整个车体能量损耗的48%48%左右左右汽车摩擦损耗汽车摩擦损耗背景和意义背景和意义 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP背景和意义背景和意义高压共轨喷油器涂层部件高压控制活塞高压控制活

7、塞喷油嘴针阀喷油嘴针阀技术要求技术要求最高喷射压力最高喷射压力1800bar；最小响应时间最小响应时间0.3ms；偶件配合间隙偶件配合间隙 1.51 m；高压腔清洁度高压腔清洁度0.3 mg；燃油适应性：燃油适应性：HFRR800 m；喷油嘴头部耐温喷油嘴头部耐温 370 ；1.B10寿命寿命80万公里；万公里；喷油嘴头部喷油嘴头部 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP 美国能源部成立了专门的办公室来领导这一课题的研究，减少美国能源部成立了专门的办公室来领导这一课题的研究，减少和降低发动机和传动装置的摩擦磨损据估计每年可以为美国节省和降低

8、发动机和传动装置的摩擦磨损据估计每年可以为美国节省12001200亿美元。亿美元。 公安部统计指出，截至公安部统计指出，截至20102010年年3 3月，全国机动车保有量约月，全国机动车保有量约1.921.92亿亿辆。汽车是能源消耗和污染物排放的辆。汽车是能源消耗和污染物排放的大户大户，也是节能减排工作，也是节能减排工作的重点，所以汽车行业推进节能减排工作的意义尤为重大。的重点，所以汽车行业推进节能减排工作的意义尤为重大。 解决汽车摩擦损耗的意义解决汽车摩擦损耗的意义背景和意义背景和意义 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究策略研究策

9、略International Energy AgencyAdvanced Materials for Transportation Application CommitteeImplementary Agreement中国委员中国委员 张俊彦张俊彦发动机先进材料发动机先进材料-固体润滑材料与技术固体润滑材料与技术节能减排与可靠性节能减排与可靠性国际能源署国际能源署 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICPl传统润滑油传统润滑油 1 1、难以取得突破性进展、难以取得突破性进展 2 2、不能解决高压共轨喷油系统等精确控制系统的润滑问题、不能解决高

10、压共轨喷油系统等精确控制系统的润滑问题l传统表面处理（没有重视润滑性能）传统表面处理（没有重视润滑性能） 1 1、氮化物表面硬化、氮化物表面硬化 2 2、电镀六价铬镀层、电镀六价铬镀层需要低摩擦、长寿命精确控制润滑技术需要低摩擦、长寿命精确控制润滑技术l l 燃油系统（喷油、进气等系统）燃油系统（喷油、进气等系统）l 摩擦损耗（摩擦副）摩擦损耗（摩擦副）解决汽车摩擦损耗的途径解决汽车摩擦损耗的途径研究策略研究策略 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究策略研究策略燃油喷射系统燃油喷射系统 State Key Laboratory of

11、Solid Lubrication LICP研究策略研究策略Nissan DLC应用应用 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICPToyota 1LR-GUE engine: Excellent power and reliabilityTi材料Volvo B6304T T6 发动机气门挺杆发动机气门挺杆DLCDLC汽车应用汽车应用研究策略研究策略 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究策略研究策略 DLC薄膜的结合力和承载性解决方案薄膜的结合力和承载性解决方案 DLC薄膜的选择及起低

12、摩擦耐磨损性能优化薄膜的选择及起低摩擦耐磨损性能优化 批处理工件表面批处理工件表面 DLC薄膜制备工艺技术薄膜制备工艺技术 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP 类富勒烯碳氢薄膜结构类富勒烯碳氢薄膜结构Chengbing Wang, Shengrong Yang, Qi Wang, Zhou Wang, Junyan Zhang, Nanotechnology, 19 (2008) 225709 H%: 29.9研究进展研究进展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究进展研究进展

13、State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究进展研究进展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究进展研究进展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICPCounterpart ballN2O2AirXia Wang, Peng Wang, Shengrong Yang, Junyan Zhang, Wear ,(2008)研究进展研究进展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP薄膜在

14、不同的加载速度下表现出几接近的结合力（约薄膜在不同的加载速度下表现出几接近的结合力（约62N62N）( (左图加载左图加载速度速度 80N/min,80N/min,右图加载速度右图加载速度100N/min.)100N/min.)结合力增强结合力增强研究进展研究进展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP碳薄膜表面柴油接触角 6.6有机薄膜修饰碳薄膜表面柴油接触角 0倾斜70，1min后油滴在表面的状态，碳薄膜（左），有机膜修饰（右）。通过有机薄膜提高固体润滑膜通过有机薄膜提高固体润滑膜/润滑油适配性润滑油适配性研究进展研究进展 State

15、Key Laboratory of Solid Lubrication LICPCSM测试的三位轮廓照片：载荷20N，频率10HzDLC处理后DLC处理前研究进展研究进展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICPSRV-3, 载荷载荷400N, 点接触模式，点接触模式，频率频率50Hz， 美孚美孚10W-30润滑油润滑油.镀镀DLC膜后，相同润滑条件下，膜后，相同润滑条件下，摩擦系数降低到摩擦系数降低到1/3。Steel 3 min DLC 10 min力学、摩擦学性能力学、摩擦学性能挺筒挺筒研究进展研究进展 State Key Labora

16、tory of Solid Lubrication LICP共轨喷油器控制活塞表面涂层控制活塞共轨喷油器配合面涂层研究进展研究进展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究进展研究进展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP轴与孔的结合表面微观上互相咬合的程度要小于不加涂层的零件。 DLC涂层后，孔的磨损明显减小。 研究进展研究进展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP结论结论经过经过1250 小时的变工况可靠性跑合后，控制活塞表

17、面没有磨损，几何精度等尺小时的变工况可靠性跑合后，控制活塞表面没有磨损，几何精度等尺寸几乎没有变化。寸几乎没有变化。l 涂层活塞的静态漏油量比无涂层活塞减小约涂层活塞的静态漏油量比无涂层活塞减小约50%。l 偶件间隙优化后，油泵供油效率大概提升偶件间隙优化后，油泵供油效率大概提升78%。l 降低摩擦力降低摩擦力70%，提高磨损寿命，提高磨损寿命10倍。倍。l 估计节省燃油估计节省燃油1-1.5%, 降低排放降低排放2%。研究进展研究进展 State Key Laboratory of Solid Lubrication LICP研究进展研究进展 State Key Laboratory of

18、Solid Lubrication LICP研究成果研究成果1. 张俊彦; 张斌。一种含氢纳米结构CNx梯度薄膜的制备方法。中国发明专利， 专利号：200810142996.4 （已授权）2. 张俊彦; 王舟; 宋仕永; 张斌。在不锈钢基底上制备薄膜的方法。中国发明专利，专利号：200810189943.8（已授权）3. 张俊彦；张斌；强力；杨涛；郑愉. 在金属内表面制备类金刚石碳膜的方法。中国发明专利，201110427990.34. 张俊彦；张斌；强力。模具钢表面多层梯度纳米复合类金刚石薄膜的制备方法。中国发明专利，201110428052.55. 张俊彦；张斌；张克金；强力；魏晓川；安宇鹏；武斌。在汽车发动机气门挺柱表面制备类金刚石涂层的方法。中国发明专利，201110428096.86. 张俊彦；张斌；强力。在钢铁