重型柴油机技术优势及发展方向

1、重型柴油机的重型柴油机的技术优势及发展方向技术优势及发展方向潍柴动力股份有限公司副总裁潍柴动力股份有限公司副总裁 佟德辉佟德辉2012.5.23. 重庆重庆内容提要一、重型柴油机技术优势一、重型柴油机技术优势二、柴油机未来发展方向二、柴油机未来发展方向三、潍柴技术特色三、潍柴技术特色一、重型柴油机技术优势一、重型柴油机技术优势二、柴油机未来发展方向二、柴油机未来发展方向三、潍柴技术特色三、潍柴技术特色内容提要重型商用车动力重型商用车可能采用如下动力驱动重型商用车可能采用如下动力驱动l 柴油机l 气体机l 生物燃料发动机l 混合动力l 纯电动其它动力作为重型商用车动力的不足l 气体机 与柴油机相

2、比，功率密度小 天然气能量密度小，储能装备自重大 我国天然气产地分布不均衡，加气网点不普及 存储量大；在某些国家，价格便宜l 生物燃料及其它代用燃料 来源有限，不足以替代柴油l 混合动力（目前劣势） 在车辆条件下，大功率电池及电能转换技术尚未掌握l 纯电动汽车 在车辆条件下，大功率电池及电能转换技术尚未掌握 充电的基础设施建设尚需时日一、重型柴油机技术优势一、重型柴油机技术优势二、柴油机未来发展方向二、柴油机未来发展方向三、潍柴技术特色三、潍柴技术特色内容提要2021-10-197l 制造：先进技术与制造成本的矛盾制造：先进技术与制造成本的矛盾l 运行：排放和燃油耗的矛盾运行：排放和燃油耗的矛

3、盾 附件保障和燃油耗的矛盾附件保障和燃油耗的矛盾 在排放、油耗和可靠性的狭缝中求发展在排放、油耗和可靠性的狭缝中求发展内燃机工业所面临的挑战发展趋势-动力性l 法规规定最大列车总重法规规定最大列车总重49Tl 平原地区高速公路最大坡度平原地区高速公路最大坡度3%l 80 km/h上上3%坡需功率配置坡需功率配置9 kW/T 中国未来重卡动力发展的需求中国未来重卡动力发展的需求450 kW发展趋势-可靠性l 增大排量，减小强化程度l 降低转速，减小磨损和摩擦损失l 采用更高性能材料（如机体、缸盖CGI材料）l 保证关键部位的适时冷却10国5国4 国3国6发展趋势-排放法规的加严11国国5国国4达

4、到欧6排放所需的技术措施欧欧6国国3发展趋势-经济性 减少燃油消耗减少燃油消耗和降低降低CO2CO2排放排放是柴油机技术发展的永恒主题。内燃机的理论最高能量转换效率第 13页 The engine lose 20-25% of the fuel energy due to the irreversibility of the unrestrained (non-equilibrium) combustion. 第 14页 典型柴油机的能量分配FuelCombustion lossHeat TransferExhaustGas Exchange lossFrictionBMEPB F G Ex

5、Ht CAccessoryBrake Power41.7%Fuel Energy100%Indicated Power 48.5%Exhaust22.3%Heat Transfer 29.2%Gas Exchange2.8%Friction2.1%Accessory1.9%Typical Diesel Engine-Highway Cruise Condition第 15页活塞式发动机的可能最大有效热效率（BTE）If not, with our current engine architecture,generally speaking, it is around 60%.内燃机的有效热效率

6、能达到内燃机的有效热效率能达到85%?Yes, if1. Control our combustion reaction closer to equilibrium2. Non slider-crank architecture 3. Cycle compounding 4. OthersHow to get there?第 16页 TechnologiesCombustionHigh CR, Fully Expanded Cycles, Advanced combustion modes, Combustion in-loop ControlFuel SystemHigh injection

7、 pressure and precise injection controlTurboImproved Turbocharger EfficienciesIncreased Map Width and Thermal/Mech LimitsTurbocompoundElectrically assisted turboAftertreatmentIncrease NOx Reduction Efficiency (95% Cycle Average)Reduce dP through after-treatment SystemsBase EngineReduce Engine SpeedF

8、riction and Parasitic ReductionsThermal Management for A/T PerformanceEngine Block and Head Weight ReductionIncreased Cylinder Pressure CapabilityVariable Valve ActuationCylinder Deactivation / Displacement on DemandWaste HeatRecoveryOrganic Rankine Cycle实现实现60%的有效热效率（的有效热效率（BTE）的能量分配）的能量分配第 17页 Fro

9、m Wayne Eckerles 2011 SAE paper 北京燃油价格的发展目前93#汽油：8.33元/升，0#柴油：8.31元/升，按平均涨幅到2020年13元/升目前93#汽油：8.33元/升，0#柴油：8.31元/升，按平均涨幅，到2020年13元/升2020年年未来降低油耗和CO2排放的有效措施l 提高发动机机械效率提高发动机机械效率l 减小排量减小排量 + 混合动力混合动力l 余热和废气能量余热和废气能量l 减小摩擦副损失减小摩擦副损失l 减小附件损耗，应用可变附件减小附件损耗，应用可变附件l 优化进气系统（包括增压器和优化进气系统（包括增压器和EGR）l 优化排气系统优化排气

10、系统 节油潜力在节油潜力在10%以上以上增加成本增加成本2万元万元提高发动机机械效率l 提高部分负荷的机械效率提高部分负荷的机械效率l 制动能量的回收制动能量的回收节油潜力在节油潜力在8%左右左右增加成本增加成本30万元万元减小排量+混合动力l 动力涡轮动力涡轮l 郎肯循环郎肯循环l 热电发电热电发电节油潜力在节油潜力在5%左右左右增加成本增加成本20万元万元余热和废气能量利用一、重型柴油机技术优势一、重型柴油机技术优势二、柴油机未来发展方向二、柴油机未来发展方向三、潍柴技术特色三、潍柴技术特色内容提要 潍柴集团潍柴集团 扬扬 柴柴 汉汉 德德 株株 齿齿 法士特法士特 发动机发动机（优质）（优质）变速箱变速箱（优质）（优质）车桥车桥（优质）（优质）+动力总成动力总成 潍柴集团优势-动力总成资源动力总成协同优化 以牵引车为例，潍柴从以下方面通过匹配优化降低油耗 发动机自身MAP标定，降低原始油耗 动力总成优化，匹配变速箱和小速比后桥，使发动机在经济油耗区运行 对整车厂提出优化建议，减少整车附件功率损失动力总成优化效果对比动力总成优化效果对比节油率节油率燃油价和重型车节油经济性2012年2020年油价达到油价达到22