重型柴油機節(jié)能減排技術(shù)

重型柴油機節(jié)能減排技術(shù)濰柴動力股份有限公司

李勤博士

2015.10.22.上海安亭內(nèi)容提要

節(jié)能技術(shù)及評估

排放控制技術(shù)2關(guān)于車輛、傳動方面降能耗的頭腦風暴

車輛運行的阻力

摩擦力

迎風阻力

攀升力

加速力

4減少車輛運行阻力的途徑

摩擦力

路面、輪胎

迎風阻力

風阻系數(shù)、車聯(lián)網(wǎng)

攀升力

打洞架橋

加速力

駕駛習慣

5傳動過程中的能耗

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？

傳動過程的能耗是很驚人的！6傳動的各種形式

機械傳動液壓氣動電動……7傳動的各種形式

機械傳動液壓氣動電動……混合動力和新能源應(yīng)在傳動上有所創(chuàng)新8Downsizing?

Downspeed?

典型四氣門自吸汽油機的換氣損失123456246810121430252015108642發(fā)動機轉(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的換氣損失123456246810121430252015108642發(fā)動機轉(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的負荷控制方式(僅示意)1234562468101214102發(fā)動機轉(zhuǎn)速[x1000RPM]平均有效壓力

[bar](IMEPL/IMEP)*100%IMEP=IMEPH-IMEPLEOIOECICTDCBDCIMEPL增壓壓力控制Downsizing對發(fā)動機降能耗的作用汽油機：

縮小節(jié)氣門控制區(qū)，減小換氣損失提高負荷率，提高機械效率13Downsizing對發(fā)動機降能耗的作用汽油機：

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

減小運動副的相對速度，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)動機常用轉(zhuǎn)速的變化17資料來源：AVL某發(fā)動機的平均摩擦壓力脈譜18資料來源：FEVDownspeeding對發(fā)動機外特性的要求19資料來源：AVLDownspeeding對發(fā)動機爆發(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)動機機械效率

減小排量+混合動力

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)動機機械效率

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)動機機械效率

提高部分負荷的機械效率

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

動力渦輪

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)油率燃油價和重型車節(jié)油經(jīng)濟性節(jié)油率燃油價和重型車節(jié)油經(jīng)濟性提高機械效率節(jié)油率燃油價和重型車節(jié)油經(jīng)濟性提高機械效率混合動力節(jié)油率燃油價和重型車節(jié)油經(jīng)濟性提高機械效率混合動力余熱利用北京燃油價格的發(fā)展節(jié)油率燃油價和重型車節(jié)油經(jīng)濟性提高機械效率混合動力余熱利用節(jié)油率燃油價和重型車節(jié)油經(jīng)濟性提高機械效率混合動力余熱利用當前節(jié)油率燃油價和重型車節(jié)油經(jīng)濟性提高機械效率混合動力余熱利用當前2020排放控制技術(shù)NOxPM

HDEHDE80%PMESC-Cycle80%PMNEDC-Cycle80%NOxESC-CycleX80%NOxNEDC-CycleLDVLDV扭矩發(fā)動機轉(zhuǎn)速(rpm)發(fā)動機轉(zhuǎn)速(rpm)排放法規(guī)主要考核的工況區(qū)柴油機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)時間

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

HDEHDE80%PMESC-Cycle80%PMNEDC-Cycle80%NOxESC-CycleX80%NOxNEDC-CycleLDVLDV扭矩發(fā)動機轉(zhuǎn)速(rpm)發(fā)動機轉(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)在柴油機上的應(yīng)用輕型車：歐1以來有較多的應(yīng)用重型機：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)動機轉(zhuǎn)速(rpm)發(fā)動機轉(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重型柴油機的技術(shù)路線重型發(fā)動機穩(wěn)態(tài)循環(huán)

(加權(quán)系數(shù))重型發(fā)動機穩(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重型車用柴油機的常規(guī)技術(shù)路線WP7EURO6DieselEngine傳統(tǒng)歐6技術(shù)路線的特點和難點全脈譜的高EGR率導致全負荷氧氣不足↓需要高增壓來彌補↓缸內(nèi)最高爆發(fā)壓