重型柴油机节能减排技术

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传动过程中的能耗

城市公交车油门到底，轮边扭矩不到额定功率的60%!

卡车？卡车常用转速？

传动过程的能耗是很惊人的！6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8Downsizing?

Downspeed?

典型四气门自吸汽油机的换气损失123456246810121430252015108642发动机转速[x1000RPM]平均有效压力

[bar](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123456246810121430252015108642发动机转速[x1000RPM]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)1234562468101214102发动机转速[x1000RPM]平均有效压力

[bar](IMEPL/IMEP)*100%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13Downsizing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欧洲重型卡车后桥速比的变化16资料来源：AVL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

重型车用柴油机节能技术探讨未来降低油耗和CO2排放的措施

提高发动机机械效率

减小排量+混合动力

余热和废气能量

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

提高部分负荷的机械效率

制动能量的回收节油潜力在15%左右增加成本20万元减小排量+混合动力

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NOxPM

HDEHDE80%PMESC-Cycle80%PMNEDC-Cycle80%NOxESC-CycleX80%NOxNEDC-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ppmNO5001006020碳烟形成30002500200015001000500000,51,01,52,0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NOxPM

HDEHDE80%PMESC-Cycle80%PMNEDC-Cycle80%NOxESC-CycleX80%NOxNEDC-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：欧1以来有较多的应用重型机：欧3以来有少量应用2023/9/28NOxPM

HDEHDE80%PMESC-Cycle80%PMNEDC-Cycle80%NOxESC-CycleX80%NOxNEDC-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WP7EURO6DieselEngine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