重型柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)

重型柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)濰柴動(dòng)力股份有限公司

李勤博士

2015.10.22.上海安亭內(nèi)容提要

節(jié)能技術(shù)及評(píng)估

排放控制技術(shù)2關(guān)于車輛、傳動(dòng)方面降能耗的頭腦風(fēng)暴

車輛運(yùn)行的阻力

摩擦力

迎風(fēng)阻力

攀升力

加速力

4減少車輛運(yùn)行阻力的途徑

摩擦力

路面、輪胎

迎風(fēng)阻力

風(fēng)阻系數(shù)、車聯(lián)網(wǎng)

攀升力

打洞架橋

加速力

駕駛習(xí)慣

5傳動(dòng)過程中的能耗

城市公交車油門到底，輪邊扭矩不到額定功率的60%!

卡車？卡車常用轉(zhuǎn)速？

傳動(dòng)過程的能耗是很驚人的！6傳動(dòng)的各種形式

機(jī)械傳動(dòng)液壓氣動(dòng)電動(dòng)……7傳動(dòng)的各種形式

機(jī)械傳動(dòng)液壓氣動(dòng)電動(dòng)……混合動(dòng)力和新能源應(yīng)在傳動(dòng)上有所創(chuàng)新8Downsizing?

Downspeed?

典型四氣門自吸汽油機(jī)的換氣損失123456246810121430252015108642發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速[x1000RPM]平均有效壓力

[bar](IMEPL/IMEP)*100%IMEP=IMEPH-IMEPLEOIOECICTDCBDCIMEPL資料來源：FEV典型四氣門自吸汽油機(jī)的換氣損失123456246810121430252015108642發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速[x1000RPM]平均有效壓力

[bar](IMEPL/IMEP)*100%IMEP=IMEPH-IMEPLEOIOECICTDCBDCIMEPL資料來源：FEV排量增大增壓汽油機(jī)的負(fù)荷控制方式(僅示意)1234562468101214102發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速[x1000RPM]平均有效壓力

[bar](IMEPL/IMEP)*100%IMEP=IMEPH-IMEPLEOIOECICTDCBDCIMEPL增壓壓力控制Downsizing對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)降能耗的作用汽油機(jī)：

縮小節(jié)氣門控制區(qū)，減小換氣損失提高負(fù)荷率，提高機(jī)械效率13Downsizing對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)降能耗的作用汽油機(jī)：

縮小節(jié)氣門控制區(qū)，減小換氣損失提高負(fù)荷率，提高機(jī)械效率柴油機(jī)：提高負(fù)荷率，提高機(jī)械效率14Downspeeding的主要作用提高負(fù)荷率，提高機(jī)械效率

減小運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)速度，減小摩擦功15歐洲重型卡車后橋速比的變化16資料來源：AVL歐洲重型卡車發(fā)動(dòng)機(jī)常用轉(zhuǎn)速的變化17資料來源：AVL某發(fā)動(dòng)機(jī)的平均摩擦壓力脈譜18資料來源：FEVDownspeeding對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)外特性的要求19資料來源：AVLDownspeeding對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)壓力的影響20資料來源：AVLDownspeeding

降摩擦損失的效果

重型車用柴油機(jī)節(jié)能技術(shù)探討未來降低油耗和CO2排放的措施

提高發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率

減小排量+混合動(dòng)力

余熱和廢氣能量

減小摩擦副損失

減小附件損耗，應(yīng)用可變附件

優(yōu)化進(jìn)氣系統(tǒng)（包括增壓器和EGR）

優(yōu)化排氣系統(tǒng)

節(jié)油潛力在10%以上增加成本2萬元以內(nèi)提高發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率

減小摩擦副損失

減小附件損耗，應(yīng)用可變附件

優(yōu)化進(jìn)氣系統(tǒng)（包括增壓器和EGR）

優(yōu)化排氣系統(tǒng)

節(jié)油潛力在10%以上增加成本2萬元以內(nèi)更重要的是研發(fā)和制造文化的改善提高發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率

提高部分負(fù)荷的機(jī)械效率

制動(dòng)能量的回收節(jié)油潛力在15%左右增加成本20萬元減小排量+混合動(dòng)力

動(dòng)力渦輪

郎肯循環(huán)

熱電發(fā)電節(jié)油潛力在5%左右增加成本5萬元余熱和廢氣能量利用節(jié)油率燃油價(jià)和重型車節(jié)油經(jīng)濟(jì)性節(jié)油率燃油價(jià)和重型車節(jié)油經(jīng)濟(jì)性提高機(jī)械效率節(jié)油率燃油價(jià)和重型車節(jié)油經(jīng)濟(jì)性提高機(jī)械效率混合動(dòng)力節(jié)油率燃油價(jià)和重型車節(jié)油經(jīng)濟(jì)性提高機(jī)械效率混合動(dòng)力余熱利用北京燃油價(jià)格的發(fā)展節(jié)油率燃油價(jià)和重型車節(jié)油經(jīng)濟(jì)性提高機(jī)械效率混合動(dòng)力余熱利用節(jié)油率燃油價(jià)和重型車節(jié)油經(jīng)濟(jì)性提高機(jī)械效率混合動(dòng)力余熱利用當(dāng)前節(jié)油率燃油價(jià)和重型車節(jié)油經(jīng)濟(jì)性提高機(jī)械效率混合動(dòng)力余熱利用當(dāng)前2020排放控制技術(shù)NOxPM

HDEHDE80%PMESC-Cycle80%PMNEDC-Cycle80%NOxESC-CycleX80%NOxNEDC-CycleLDVLDV扭矩發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(rpm)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(rpm)排放法規(guī)主要考核的工況區(qū)柴油機(jī)主要排氣污染物的形成條件ppmNO5001006020碳煙形成30002500200015001000500000,51,01,52,0過量空氣系數(shù)溫度K燃燒混合氣

NOx高溫及高溫的持續(xù)時(shí)間

PM高溫缺氧柴油機(jī)主要污染物的產(chǎn)生條件降NOx推遲噴射時(shí)刻，縮短噴射時(shí)間，降PM增壓增壓中冷對(duì)降NOx和PM作用都很大降低柴油機(jī)主要污染物的傳統(tǒng)手段NOxPM

HDEHDE80%PMESC-Cycle80%PMNEDC-Cycle80%NOxESC-CycleX80%NOxNEDC-CycleLDVLDV扭矩發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(rpm)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(rpm)排放法規(guī)和排氣再循環(huán)的最佳作用范圍EGR最佳作用區(qū)

排氣再循環(huán)在柴油機(jī)上的應(yīng)用輕型車：歐1以來有較多的應(yīng)用重型機(jī)：歐3以來有少量應(yīng)用2023/9/28NOxPM

HDEHDE80%PMESC-Cycle80%PMNEDC-Cycle80%NOxESC-CycleX80%NOxNEDC-CycleLDVLDV扭矩發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(rpm)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(rpm)排放法規(guī)和SCR的作用范圍SCR作用區(qū)歐洲5歐洲4歐洲3SCR降NOx催化器微粒后處理器DPF/POC排氣再循環(huán)EGR國4重型柴油機(jī)的技術(shù)路線歐洲5歐洲4歐洲3SCR降NOx催化器國5重型柴油機(jī)的技術(shù)路線重型發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)循環(huán)

(加權(quán)系數(shù))重型發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)循環(huán)

(NOx排放值分布)瞬態(tài)循環(huán)的工況分布微粒捕集器DPF歐6重型車用柴油機(jī)的傳統(tǒng)技術(shù)路線歐6國5國4SCR降NOx催化器EGR↑歐6重型車用柴油機(jī)的常規(guī)技術(shù)路線WP7EURO6DieselEngine傳統(tǒng)歐6技術(shù)路線的特點(diǎn)和難點(diǎn)全脈譜的高EGR率導(dǎo)致全負(fù)荷氧氣不足↓需要高增壓來彌補(bǔ)↓缸內(nèi)最高爆發(fā)壓