重型柴油机节能减排技术课件

1、重型柴油机节能减排技术潍柴动力股份有限公司 李勤 博士 2015.10.22. 上海安亭内容提要 节能技术及评估 排放控制技术2关于车辆、传动方面降能耗的头脑风暴 车辆运行的阻力 摩擦力 迎风阻力 攀升力 加速力 4 减少车辆运行阻力的途径 摩擦力路面、轮胎 迎风阻力风阻系数、车联网 攀升力打洞架桥 加速力驾驶习惯 5 传动的各种形式 机械传动 液压气动电动7 传动的各种形式 机械传动 液压气动电动混合动力和新能源应在传动上有所创新8典型四气门自吸汽油机的换气损失1234562468101214 30 25 20 15 10 8 6 4 2 发动机转速 x1000 RPM平均有效压力 bar(

2、IMEPL / IMEP) * 100 %IMEP= IMEPH-IMEPLEOIOECICTDCBDCIMEPL资料来源：FEV典型四气门自吸汽油机的换气损失1234562468101214 30 25 20 15 10 8 6 4 2 发动机转速 x1000 RPM平均有效压力 bar(IMEPL / IMEP) * 100 %IMEP= IMEPH-IMEPLEOIOECICTDCBDCIMEPL资料来源：FEV排量增大增压汽油机的负荷控制方式(仅示意)1234562468101214 10 2 发动机转速 x1000 RPM平均有效压力 bar(IMEPL / IMEP) * 100

3、%IMEP= IMEPH-IMEPLEOIOECICTDCBDCIMEPL增压压力控制Downsizing对发动机降能耗的作用汽油机： 缩小节气门控制区，减小换气损失 提高负荷率，提高机械效率柴油机： 提高负荷率，提高机械效率14Downspeeding的主要作用 提高负荷率，提高机械效率 减小运动副的相对速度，减小摩擦功15欧洲重型卡车发动机常用转速的变化17资料来源：AVL某发动机的平均摩擦压力脉谱18资料来源：FEVDownspeeding对发动机外特性的要求19资料来源：AVLDownspeeding对发动机爆发压力的影响20资料来源：AVLDownspeeding降摩擦损失的效果 重

4、型车用柴油机节能技术探讨 减小摩擦副损失 减小附件损耗，应用可变附件 优化进气系统（包括增压器和EGR） 优化排气系统 节油潜力在10%以上增加成本2万元以内提高发动机机械效率 减小摩擦副损失 减小附件损耗，应用可变附件 优化进气系统（包括增压器和EGR） 优化排气系统 节油潜力在10%以上增加成本2万元以内更重要的是研发和制造文化的改善提高发动机机械效率 动力涡轮 郎肯循环 热电发电节油潜力在5%左右增加成本5万元余热和废气能量利用节油率燃油价和重型车节油经济性节油率燃油价和重型车节油经济性 提高机械效率节油率燃油价和重型车节油经济性 提高机械效率 混合动力节油率燃油价和重型车节油经济性 提

5、高机械效率 混合动力 余热利用北京燃油价格的发展节油率燃油价和重型车节油经济性 提高机械效率 混合动力 余热利用节油率燃油价和重型车节油经济性 提高机械效率 混合动力 余热利用当前节油率燃油价和重型车节油经济性 提高机械效率 混合动力 余热利用当前2020排放控制技术NOx PM HDEHDE80% PMESC -Cycle80% PMNEDC -Cycle80% NOx ESC -CycleX80% NOx NEDC -CycleLDVLDV扭矩发动机转速 (rpm)发动机转速 (rpm)排放法规主要考核的工况区 柴油机主要排气污染物的形成条件ppm NO5001006020碳烟形成3000

6、2500200015001000500000,51,01,52,0过量空气系数温度K燃烧混合气 NOx 高温及高温的持续时间 PM 高温缺氧柴油机主要污染物的产生条件 降NOx 推迟喷射时刻，缩短喷射时间， 降PM 增压增压中冷对降NOx和PM作用都很大降低柴油机主要污染物的传统手段NOx PM HDEHDE80% PMESC -Cycle80% PMNEDC -Cycle80% NOx ESC -CycleX80% NOx NEDC -CycleLDVLDV扭矩发动机转速 (rpm)发动机转速 (rpm)排放法规和排气再循环的最佳作用范围 EGR最佳作用区排气再循环在柴油机上的应用轻型车：

7、欧1以来有较多的应用重型机：欧3以来有少量应用2022/9/14NOx PM HDEHDE80% PMESC -Cycle80% PMNEDC -Cycle80% NOx ESC -CycleX80% NOx NEDC -CycleLDVLDV扭矩发动机转速 (rpm)发动机转速 (rpm)排放法规和SCR的作用范围 SCR作用区欧洲5欧洲4欧洲3SCR降NOx 催化器微粒后处理器DPF/POC排气再循环EGR国4重型柴油机的技术路线欧洲5欧洲4欧洲3SCR降NOx 催化器国5重型柴油机的技术路线 重型发动机稳态循环 (加权系数) 重型发动机稳态循环 (NOx排放值分布)瞬态循环的工况分布微粒

8、捕集器DPF欧6重型车用柴油机的传统技术路线欧6国5国4SCR降NOx 催化器EGR 欧6重型车用柴油机的常规技术路线WP7 EURO6 Diesel Engine传统欧6技术路线的特点和难点全脉谱的高EGR率导致全负荷氧气不足需要高增压来弥补缸内最高爆发压力的提高发动机需要重新设计国6传统技术路线的瓶颈 需要承受200bar以上的爆发压力 这个平台升级到市场接受耗时5-10年 或大幅度降低发动机的功率（下降15%以上）53重型发动机欧6排放控制策略Emission Control StratgySCR OnlyNo EGR 重型发动机欧6排放控制策略 - SCR + 非冷却EGR 方案SCR

9、 OnlyNo EGR SCR + EGR（w/o Cooler） 重型发动机欧6排放控制策略 - 纯SCR方案 No EGR SCR Only微粒捕集器DPF欧6重型车用柴油机的技术路线欧6国5国4SCR降NOx 催化器EGR 微粒捕集器DPF欧6重型车用柴油机的技术路线欧6国5国4SCR降NOx 催化器EGR X 无EGR柴油机的优点 不需要太高的增压压力 不产生过高的爆发压力 对增压器和 燃油喷射系统的要求相对较低 不额外增加整车冷却系统的需求 减少了EGR系统所带来的各种故障欧洲各种降排放技术的成本分析相对成本EGRSCREGR和SCR降NOx的代价在相同的条件下，纯SCR有营运成本的

10、优势。 SCR系统控制和OBD的难点NOx g/kWh难点！SCR Only EGR + SCR欧6重型车用柴油机的技术路线XDPF再生方式被动再生主动再生DOCDOCDPFDPFDPF主动再生主动再生DOCDPF 通过发动机措施使DOC前排温达到300 OC以上 缸内或排气管后喷的燃油在DOC中发生氧化反应。 将进入DPF的排气温度提高到600 OC以上， 带动PM在DPF中被氧化DPF主动再生控制的难点 碳载荷太大，DPF烧融 碳载荷太小，DPF再生不彻底，有效长度缩短- DPF再生控制对产品一致性要求很高被动再生DOCDPFDPF被动再生的作用原理和条件 在DOC中，NO转化成NO2 比O2活跃的NO2 ，在较低温度下氧化PM 适合温度：300-500 OC NOX和PM的质量比