15-151021-中国清洁柴油车技术发展现状及趋势-简化版

1、中国清洁柴油车技术开展现状及趋势 2015. 10. 221目 录一、“十二五我国清洁柴油车技术研发进展二、新一代清洁柴油车开展思考2技术领域研究方向课题名称先进发动机技术（15个）增压直喷汽油发动机（3个）缸内直喷汽油机的研发与产业化新一代小排量高效增压直喷汽油机开发中高级轿车用先进增压直喷汽油机技术研究高压共轨柴油发动机（6个）高压共轨轿车柴油机开发节能环保高效轿车柴油机研发高压共轨重型柴油机关键技术研究柴油机电控高压共轨燃油喷射系统轻型车用电控高压共轨柴油机开发中重型高功率密度高效清洁柴油机关键技术均质燃烧发动机 （2个）基于柴油机均质压燃发动机关键技术攻关及样机研制基于汽油机均质压燃（

2、HCCI）汽油发动机及整车研发替代燃料发动机 （4个）下一代天然气发动机关键技术与产品开发甲醇柴油双燃料重型柴油机关键技术研究国V排放生物柴油专用发动机关键技术研究国标准电控二甲醚车用发动机的研究自动变速器技术（4个）CVT自动变速器（1个）混合动力汽车无级自动变速器（CVT）关键技术研发双离合自动变速器（2个）乘用车双离合自动变速器平台产品研发双离合器自动变速器产业化技术开发AT自动变速器（1个）大功率AT变速器研发柴油机后处理技术（2个）柴油机NOX和PM后处理 （2个）柴油机后处理系统（SCR）关键技术研发及产业化满足欧排放标准的柴油机后处理关键技术研究工程下设21个课题,按课题技术领域

3、分,可分为先进发动机技术、自动变速器技术和柴油机后处理技术三个研究领域。先进发动机技术领域设15个课题,自动变速器领域设4个课题,柴油机后处理技术领域设2个课题。 1. 背景介绍一、“十二五我国清洁柴油车技术研发进展3I发动机零部件及燃烧系统设计优化：零部件轻量化设计，零部件低噪声结构设计，燃烧室形状优化设计，气道优化设计II高压共轨柴油机电控系统开发：自主ECU软硬件开发，应用层软件控制策略。IIIDPF设计开发应用：DPF仿真优化设计，DPF再生策略研发，DPF台架标定，DPF整车标定IV柴油乘用车智能起停技术开发应用：智能启停系统详细设计及制造，智能启停策略开发，智能起停标定及验证整机技

4、术水平：具有自主知识产权、整车排放到达国V标准,实现整车燃油消耗量较国家第三阶段油耗标准低15%。2. 乘用车用高压共轨柴油机一、“十二五我国清洁柴油车技术研发进展4长城2.0L乘用车柴油机奇瑞2.0L乘用车柴油机云内1.85L乘用柴油机2. 乘用车用高压共轨柴油机-产品一、“十二五我国清洁柴油车技术研发进展5I高压共轨燃油系统关键零部件开发：高压油泵、共轨管、喷油器总成的开发，高压共轨燃油喷射系统测试与评价标准平台II柴油机电控系统开发及关键技术研究：电控单元ECU 的硬件平台，基础软件库和控制策略，满足国V、欧VI阶段的功能性和可靠性要求III高强度的柴油机结构及关键部件设计开发：适合于高

5、爆压和高热负荷的欧重型柴油机结构设计，燃烧系统及燃烧室设计IV后处理系统匹配与集成控制技术：高效DPF再生催化剂和SCR催化剂开发，DOC+DPF+SCR的封装集成及控制技术VEGR与增压系统的匹配与控制技术：高压比涡轮增压系统及其控制策略开发，冷却EGR技术的研发，基于模型的EGR/增压系统耦合控制整机技术水平：具有自主知识产权,满足欧VI排放标准的高压共轨商用车柴油机。3. 高压共轨商用车柴油机一、“十二五我国清洁柴油车技术研发进展6新风高压共轨燃油喷射系统潍柴动力12L柴油机兵器集团7L柴油机3. 高压共轨商用车柴油机-产品一、“十二五我国清洁柴油车技术研发进展7I欧VI标准柴油机尾气净

6、化系统用催化剂及载体开发：无毒性SCR催化剂技术，新型DOC催化剂涂覆技术，新型DPF涂层和大尺寸载体技术II后处理关键零部件及控制技术开发：SCR系统关键技术，大流量EGR阀及控制技术，NOX传感器开发，DPF再生燃油喷射控制技术III后处理系统集成开发：后处理系统集成模型仿真，后处理系统匹配标定技术，OBD诊断策略技术开发后处理技术水平：催化剂性能、后处理关键零部件性能等到达国际同期同类产品水平,后处理技术整体水平到达欧VI排放标准。4. 柴油机NOX和PM后处理技术一、“十二五我国清洁柴油车技术研发进展84. 柴油机NOX和PM后处理技术-产品及产业化能力催化剂及载体性能关键零部件技术系

7、统集成匹配及产业化能力建设NOX传感器EGR阀SCR喷射器建立年产1200万升SCR催化剂生产线建立年产300万升堇青石载体生产线建立年产50万套后处理总成生产线一、“十二五我国清洁柴油车技术研发进展9IHCCI柴油机技术：增压系统匹配，燃烧室匹配，EGR控制策略IIHCCI柴油机后处理：后处理系统集成，SCR控制，DPF控制整机技术水平：柴油机排放分别到达欧VI,燃油经济性到达国际先进水平,关键技术具有自主知识产权。5. 均质压燃柴油机技术一、“十二五我国清洁柴油车技术研发进展10玉柴YC6L均质压燃柴油机潍柴WP12均质压燃柴油机5.均质压燃柴油机技术-产品一、“十二五我国清洁柴油车技术研

8、发进展11目 录一、“十二五我国清洁柴油车技术研发进展二、新一代清洁柴油车开展思考12重载商用车能源消耗数据来源：2010-2014年中国统计年鉴我国汽车油耗占石油年消耗总量的一半左右,而汽车油耗的48.28%是被只占汽车总量13.9%的重载商用车（3.5T）消耗掉的。二、新一代清洁柴油车开展思考1. 我国重型商用车技术现状13汽车工业尾气排放标准我国目前排放标准与美国、欧盟存在较大差距。1. 我国重型商用车技术现状二、新一代清洁柴油车开展思考1440制动性参数204534整车美国中国升功率（kW/L） 排放寿命（万公里)EPA2010国IV16080 油耗(L/100Km)发动机最高车速(K

9、m/h)0-85Km/h加速时间(s)直接档最大爬坡度加速行驶噪声(dB(A)12547.5FMVSS(2015)2.1%80110522.5%84GB7258(2015)1. 我国重型商用车技术现状51%41%热效率(%)二、新一代清洁柴油车开展思考15低油耗：20L/100km低排放: 欧VI标准（国VI标准）低噪声: 80dB(A) （通过性噪声）高热效率：50%-55%（发动机）2. 新一代清洁重型商用车技术目标建议“三低一高二、新一代清洁柴油车开展思考16Organic Rankine cycle 有机朗肯循环Turbocompound 复合涡轮 Waste Heat Recover

10、y废热回收Optimized Piston Bowl活塞燃烧室优化Optimized Injector喷油器优化Dual-fuel双燃料技术Low-temperature combustion (LTC) 低温预混合燃烧Turbocharger增压系统 Advanced Combustion先进燃烧技术20% Fuel Consumption Improvement, 5055% BTE油耗改进 20% ,热效率50 55%Aftertreatment 后处理EGR 废气再循环Urea-SCR尿素-选择性催化复原DPF颗粒捕集器 Friction&Accessory摩擦和附件Variable

11、Geometry Turbocharger可变截面涡轮增压器技术Two-Stage turbocharging 两级增压技术Friction reduction低摩擦技术Variable Accessories可变附件技术3. 新一代清洁柴油机技术路径二、新一代清洁柴油车开展思考17B. Turbocompound 复合涡轮Relatively good BSFC reduction 较好的BSFC特性Relative simplicity and low cost 结构简单,本钱低High exhaust back-pressure 背压高No BSFC benefit at some lo

12、w loads 局部低负荷工况BSFC效益低Low turbine efficiency with common technology 涡轮效率低Good BSFC reduction 优良的BSFC特性 No interaction with engine 与发动机无关联Lower heat-exchanger area 减小换热器面积Complexity and cost 结构复杂,本钱高Working fluid toxicity 工作介质有毒性Advantages优点Advantages优点Disadvantages缺点Disadvantages缺点A. Organic Rankine

13、 cycle 有机朗肯循环3.1 废热回收技术二、新一代清洁柴油车开展思考18C. Mechanical 机械式D. Electrical 电气式Advantages优点Disadvantages缺点Low power loss by direct mechanical connection 功率损失低 No batteries or e -motor required 不需要电机和电池 No energy storage method 能量无法存储Energy produced may not match power demand 不满足动力需求Slower expander or tran

14、smission required 需要变速器 Energy storage possible 实现能量存储Energy feedback according to vehicle power demand 车辆功率要求反响调节Losses converting mechanical power to electrical and back 机电转化功率损失Requires e-motor需要电机Advantages优点Disadvantages缺点3.1 废热回收技术二、新一代清洁柴油车开展思考19Tuco: Turbo-compounding 复合涡轮 ORC: Organic Ranki

15、ne cycle 有机朗肯循环典型的废热回收技术3.1 废热回收技术二、新一代清洁柴油车开展思考20原理样机研制，系统集成验证系统建模，模拟分析，理论研究搭建装置，测试分析，验证理论1.新型可控热力循环研究4. 附加膨胀室余压能转化3. 复合涡轮余压能转化2. 热电材料高效热电转化技术方案高效、节能、低碳内燃机余热能梯级利用基础研究国家重大需求技术特征热能流转化动能流转化回收能利用5. 热电内燃机混合能量管理6. 气动-内燃机混合能量管理技术途径理论层面：理论创新技术层面：技术创新系统层面：原理创新3.1 废热回收技术二、新一代清洁柴油车开展思考21Low viscosity oil 采用低粘

16、度润滑油Optimized pistons, piston rings, cylinder kit, etc 活塞、活塞环、缸套等优化FMEP reduced, mechanical efficiency improved 通过摩擦降低,提高机械效率。A. Friction reduction 低摩擦技术3.2 摩擦和附件技术二、新一代清洁柴油车开展思考22Variable speed water pump 变速水泵Variable oil pump 可变机油泵BTE improvement with variable displacement oil pump and variable sp

17、eed water pump 应用可变机油泵和变速水泵后,发动机热效率提高。B. Variable Accessories 可变附件技术3.2 摩擦和附件技术二、新一代清洁柴油车开展思考23Increase compression ratio(CR) 提高压缩比Piston Bowl geometry optimization -Genetic Algorithm(GA) 燃烧室结构优化-遗传算法B. Optimized Injector喷油器优化A. Optimized Piston Bowl活塞燃烧室优化Robust cavitation design 稳定的气穴设计Heat releas

18、e improvements 改进散热BTE impact: +1.3%3.3 先进燃烧技术二、新一代清洁柴油车开展思考24PCCI 预混合压燃技术HCCI 均质充量压燃技术RCCI 燃油活性控制压燃技术 Natural Gas (NG)-dieselRCCI Ethanol-Diesel RCCIC. Low-temperature combustion (LTC) 低温燃烧LTC can reduce NOx and PM at the same timeLTC技术能够同时降低NOx和PM3.3 先进燃烧技术二、新一代清洁柴油车开展思考25NG-Diesel DF 天然气-柴油双燃料Eth

19、anol-Diesel DF 乙醇-柴油双燃料Advantages技术优势Fuel efficiency improvement 提高燃油效率Replacement of diesel 替代柴油燃料Reduction in soot and engine-out (EO) NOx 减少颗粒物和NOx排放Features 特点Lower heat transfer 低的传热性Control burn duration 控制燃烧持续期Increase effective expansion 增加有效膨胀D. Dual-fuel 双燃料技术3.3 先进燃烧技术二、新一代清洁柴油车开展思考26Lowe

20、r NOx 降低NOx排放higher PM and less fuel economy 增加PM,降低燃油经济性 HPL-EGR 高压EGREasier to implement容易实施Recirculated exhaust is dirty再循环废气不干净More difficult to distribute EGR evenly to all cylinders将EGR分配给各个气缸困难LPL-EGR 低压EGRMore NOx reduction, less engine wear NOx降低更多,更少发动机磨损More complicated and expensive to i

21、mplement 实施复杂,本钱更高Requires a PM filter 需要PM过滤器A. EGR 废气再循环3.4 后处理技术二、新一代清洁柴油车开展思考27Excellent thermal stability卓越热稳定性High NOx conversion rate高的NOx转化率B. Urea-SCR 尿素-选择催化复原技术DOCDPFSCR3.4 后处理技术二、新一代清洁柴油车开展思考28C. DPF 颗粒捕集器DPF Structure DPF结构Flow-through DPF (DOC) ( 25%, mass) 减少颗粒物排放25%以上Partial-flow DPF

22、 ( 50%, mass) 减少颗粒物排放50%以上Wall-flow DPF ( 85%, mass) 减少颗粒物排放85%以上DPF regeneration DPF再生Active regeneration主动再生 extra energy required (to raise temperature) 需要额外能量来提高温度Passive regeneration被动再生 No extra energy required, with or without additives 不需要额外能量,可能需要附加剂3.4 后处理技术二、新一代清洁柴油车开展思考29a wide flowrange

23、 allowing higherboost pressures atlow engine speeds 在低速时高增压压力的大范围流量调节Increased usable engine speed range 增加可用的发动机转速范围Increased low speed torque 提上下转速扭矩Reducing Transient Response time 减少瞬态响应时间fewer gear changes and can reduce truck fuel bills 更少的换档时间和油耗Less Response time 更少的响应时间A. Variable Geometry

24、Turbocharger (VGT)可变截面涡轮增压器技术3.5 增压技术二、新一代清洁柴油车开展思考30Advantages优势Enables higher engine horsepower density for engine downsizing and increased power levels 在发动机小型化和功率增加的情况下,提高发动机功率密度Efficient ultra-high boosting capability with fewer turbo limitations 减少限制因素,实现有效的超高增压Extended air flow range flexibili

25、ty 扩展了空气流量范围的灵活性Superior altitude air capabilities 卓越的高海拔空气适应能力Reduced air handling control complexity 降低换气控制的复杂性B. Two-Stage turbocharger with intercooler两级增压技术3.5 增压技术二、新一代清洁柴油车开展思考31Advanced Turbochargers 先进的增压技术VGT 可变截面涡轮增压器2-Stage Turbocharger两级涡轮增压器Materials 材料Mechatronics机电一体化Aerodynamic Desi

26、gn 空气动力学设计Computational Fluid Dynamics (CFD) 计算流体力学Simulation and Matching 模拟与匹配Noise, Vibration and Harshness (NVH) 噪声、振动和平顺性Stress Fatigue &Thermal Analysis 应力疲劳和热分析Bearings 轴承3.5 增压技术二、新一代清洁柴油车开展思考32The application of hybrid system on heavy duty trucks will bring 10% decrease to fuel consumption

27、which is significant to Chinas energy situation. 对于重型商用车,混合动力系统的应用能够改进约10%的油耗,对于中国的能源现状具有重要意义。4. 新一代清洁柴油车技术路径（混合动力）二、新一代清洁柴油车开展思考33There are no clutches in the dual-mode hybrid powertrain 双模式混合动力系统中无离合器All shifts are accomplished by rev-matching and neutralizing torque 通过反向匹配和中和力矩完成所有转换动作Navistar 5 Shift Positions 5种转换位置 A.