15-151021-中國清潔柴油車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢-簡化版

1、中國清潔柴油車技術(shù)開展現(xiàn)狀及趨勢 2015. 10. 221目 錄一、“十二五我國清潔柴油車技術(shù)研發(fā)進(jìn)展二、新一代清潔柴油車開展思考2技術(shù)領(lǐng)域研究方向課題名稱先進(jìn)發(fā)動機技術(shù)（15個）增壓直噴汽油發(fā)動機（3個）缸內(nèi)直噴汽油機的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化新一代小排量高效增壓直噴汽油機開發(fā)中高級轎車用先進(jìn)增壓直噴汽油機技術(shù)研究高壓共軌柴油發(fā)動機（6個）高壓共軌轎車柴油機開發(fā)節(jié)能環(huán)保高效轎車柴油機研發(fā)高壓共軌重型柴油機關(guān)鍵技術(shù)研究柴油機電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)輕型車用電控高壓共軌柴油機開發(fā)中重型高功率密度高效清潔柴油機關(guān)鍵技術(shù)均質(zhì)燃燒發(fā)動機 （2個）基于柴油機均質(zhì)壓燃發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及樣機研制基于汽油機均質(zhì)壓燃（

2、HCCI）汽油發(fā)動機及整車研發(fā)替代燃料發(fā)動機 （4個）下一代天然氣發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)甲醇柴油雙燃料重型柴油機關(guān)鍵技術(shù)研究國V排放生物柴油專用發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)研究國標(biāo)準(zhǔn)電控二甲醚車用發(fā)動機的研究自動變速器技術(shù)（4個）CVT自動變速器（1個）混合動力汽車無級自動變速器（CVT）關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)雙離合自動變速器（2個）乘用車雙離合自動變速器平臺產(chǎn)品研發(fā)雙離合器自動變速器產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)AT自動變速器（1個）大功率AT變速器研發(fā)柴油機后處理技術(shù)（2個）柴油機NOX和PM后處理 （2個）柴油機后處理系統(tǒng)（SCR）關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化滿足歐排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油機后處理關(guān)鍵技術(shù)研究工程下設(shè)21個課題,按課題技術(shù)領(lǐng)域

3、分,可分為先進(jìn)發(fā)動機技術(shù)、自動變速器技術(shù)和柴油機后處理技術(shù)三個研究領(lǐng)域。先進(jìn)發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域設(shè)15個課題,自動變速器領(lǐng)域設(shè)4個課題,柴油機后處理技術(shù)領(lǐng)域設(shè)2個課題。 1. 背景介紹一、“十二五我國清潔柴油車技術(shù)研發(fā)進(jìn)展3I發(fā)動機零部件及燃燒系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化：零部件輕量化設(shè)計，零部件低噪聲結(jié)構(gòu)設(shè)計，燃燒室形狀優(yōu)化設(shè)計，氣道優(yōu)化設(shè)計II高壓共軌柴油機電控系統(tǒng)開發(fā)：自主ECU軟硬件開發(fā)，應(yīng)用層軟件控制策略。IIIDPF設(shè)計開發(fā)應(yīng)用：DPF仿真優(yōu)化設(shè)計，DPF再生策略研發(fā)，DPF臺架標(biāo)定，DPF整車標(biāo)定IV柴油乘用車智能起停技術(shù)開發(fā)應(yīng)用：智能啟停系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計及制造，智能啟停策略開發(fā)，智能起停標(biāo)定及驗證整機技

4、術(shù)水平：具有自主知識產(chǎn)權(quán)、整車排放到達(dá)國V標(biāo)準(zhǔn),實現(xiàn)整車燃油消耗量較國家第三階段油耗標(biāo)準(zhǔn)低15%。2. 乘用車用高壓共軌柴油機一、“十二五我國清潔柴油車技術(shù)研發(fā)進(jìn)展4長城2.0L乘用車柴油機奇瑞2.0L乘用車柴油機云內(nèi)1.85L乘用柴油機2. 乘用車用高壓共軌柴油機-產(chǎn)品一、“十二五我國清潔柴油車技術(shù)研發(fā)進(jìn)展5I高壓共軌燃油系統(tǒng)關(guān)鍵零部件開發(fā)：高壓油泵、共軌管、噴油器總成的開發(fā)，高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)測試與評價標(biāo)準(zhǔn)平臺II柴油機電控系統(tǒng)開發(fā)及關(guān)鍵技術(shù)研究：電控單元ECU 的硬件平臺，基礎(chǔ)軟件庫和控制策略，滿足國V、歐VI階段的功能性和可靠性要求III高強度的柴油機結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部件設(shè)計開發(fā)：適合于高

5、爆壓和高熱負(fù)荷的歐重型柴油機結(jié)構(gòu)設(shè)計，燃燒系統(tǒng)及燃燒室設(shè)計IV后處理系統(tǒng)匹配與集成控制技術(shù)：高效DPF再生催化劑和SCR催化劑開發(fā)，DOC+DPF+SCR的封裝集成及控制技術(shù)VEGR與增壓系統(tǒng)的匹配與控制技術(shù)：高壓比渦輪增壓系統(tǒng)及其控制策略開發(fā)，冷卻EGR技術(shù)的研發(fā)，基于模型的EGR/增壓系統(tǒng)耦合控制整機技術(shù)水平：具有自主知識產(chǎn)權(quán),滿足歐VI排放標(biāo)準(zhǔn)的高壓共軌商用車柴油機。3. 高壓共軌商用車柴油機一、“十二五我國清潔柴油車技術(shù)研發(fā)進(jìn)展6新風(fēng)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)濰柴動力12L柴油機兵器集團(tuán)7L柴油機3. 高壓共軌商用車柴油機-產(chǎn)品一、“十二五我國清潔柴油車技術(shù)研發(fā)進(jìn)展7I歐VI標(biāo)準(zhǔn)柴油機尾氣凈

6、化系統(tǒng)用催化劑及載體開發(fā)：無毒性SCR催化劑技術(shù)，新型DOC催化劑涂覆技術(shù)，新型DPF涂層和大尺寸載體技術(shù)II后處理關(guān)鍵零部件及控制技術(shù)開發(fā)：SCR系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，大流量EGR閥及控制技術(shù)，NOX傳感器開發(fā)，DPF再生燃油噴射控制技術(shù)III后處理系統(tǒng)集成開發(fā)：后處理系統(tǒng)集成模型仿真，后處理系統(tǒng)匹配標(biāo)定技術(shù)，OBD診斷策略技術(shù)開發(fā)后處理技術(shù)水平：催化劑性能、后處理關(guān)鍵零部件性能等到達(dá)國際同期同類產(chǎn)品水平,后處理技術(shù)整體水平到達(dá)歐VI排放標(biāo)準(zhǔn)。4. 柴油機NOX和PM后處理技術(shù)一、“十二五我國清潔柴油車技術(shù)研發(fā)進(jìn)展84. 柴油機NOX和PM后處理技術(shù)-產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)化能力催化劑及載體性能關(guān)鍵零部件技術(shù)系

7、統(tǒng)集成匹配及產(chǎn)業(yè)化能力建設(shè)NOX傳感器EGR閥SCR噴射器建立年產(chǎn)1200萬升SCR催化劑生產(chǎn)線建立年產(chǎn)300萬升堇青石載體生產(chǎn)線建立年產(chǎn)50萬套后處理總成生產(chǎn)線一、“十二五我國清潔柴油車技術(shù)研發(fā)進(jìn)展9IHCCI柴油機技術(shù)：增壓系統(tǒng)匹配，燃燒室匹配，EGR控制策略IIHCCI柴油機后處理：后處理系統(tǒng)集成，SCR控制，DPF控制整機技術(shù)水平：柴油機排放分別到達(dá)歐VI,燃油經(jīng)濟(jì)性到達(dá)國際先進(jìn)水平,關(guān)鍵技術(shù)具有自主知識產(chǎn)權(quán)。5. 均質(zhì)壓燃柴油機技術(shù)一、“十二五我國清潔柴油車技術(shù)研發(fā)進(jìn)展10玉柴YC6L均質(zhì)壓燃柴油機濰柴WP12均質(zhì)壓燃柴油機5.均質(zhì)壓燃柴油機技術(shù)-產(chǎn)品一、“十二五我國清潔柴油車技術(shù)研

8、發(fā)進(jìn)展11目 錄一、“十二五我國清潔柴油車技術(shù)研發(fā)進(jìn)展二、新一代清潔柴油車開展思考12重載商用車能源消耗數(shù)據(jù)來源：2010-2014年中國統(tǒng)計年鑒我國汽車油耗占石油年消耗總量的一半左右,而汽車油耗的48.28%是被只占汽車總量13.9%的重載商用車（3.5T）消耗掉的。二、新一代清潔柴油車開展思考1. 我國重型商用車技術(shù)現(xiàn)狀13汽車工業(yè)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)我國目前排放標(biāo)準(zhǔn)與美國、歐盟存在較大差距。1. 我國重型商用車技術(shù)現(xiàn)狀二、新一代清潔柴油車開展思考1440制動性參數(shù)204534整車美國中國升功率（kW/L） 排放壽命（萬公里)EPA2010國IV16080 油耗(L/100Km)發(fā)動機最高車速(K

9、m/h)0-85Km/h加速時間(s)直接檔最大爬坡度加速行駛噪聲(dB(A)12547.5FMVSS(2015)2.1%80110522.5%84GB7258(2015)1. 我國重型商用車技術(shù)現(xiàn)狀51%41%熱效率(%)二、新一代清潔柴油車開展思考15低油耗：20L/100km低排放: 歐VI標(biāo)準(zhǔn)（國VI標(biāo)準(zhǔn)）低噪聲: 80dB(A) （通過性噪聲）高熱效率：50%-55%（發(fā)動機）2. 新一代清潔重型商用車技術(shù)目標(biāo)建議“三低一高二、新一代清潔柴油車開展思考16Organic Rankine cycle 有機朗肯循環(huán)Turbocompound 復(fù)合渦輪 Waste Heat Recover

10、y廢熱回收Optimized Piston Bowl活塞燃燒室優(yōu)化Optimized Injector噴油器優(yōu)化Dual-fuel雙燃料技術(shù)Low-temperature combustion (LTC) 低溫預(yù)混合燃燒Turbocharger增壓系統(tǒng) Advanced Combustion先進(jìn)燃燒技術(shù)20% Fuel Consumption Improvement, 5055% BTE油耗改進(jìn) 20% ,熱效率50 55%Aftertreatment 后處理EGR 廢氣再循環(huán)Urea-SCR尿素-選擇性催化復(fù)原DPF顆粒捕集器 Friction&Accessory摩擦和附件Variable

11、Geometry Turbocharger可變截面渦輪增壓器技術(shù)Two-Stage turbocharging 兩級增壓技術(shù)Friction reduction低摩擦技術(shù)Variable Accessories可變附件技術(shù)3. 新一代清潔柴油機技術(shù)路徑二、新一代清潔柴油車開展思考17B. Turbocompound 復(fù)合渦輪Relatively good BSFC reduction 較好的BSFC特性Relative simplicity and low cost 結(jié)構(gòu)簡單,本錢低High exhaust back-pressure 背壓高No BSFC benefit at some lo

12、w loads 局部低負(fù)荷工況BSFC效益低Low turbine efficiency with common technology 渦輪效率低Good BSFC reduction 優(yōu)良的BSFC特性 No interaction with engine 與發(fā)動機無關(guān)聯(lián)Lower heat-exchanger area 減小換熱器面積Complexity and cost 結(jié)構(gòu)復(fù)雜,本錢高Working fluid toxicity 工作介質(zhì)有毒性Advantages優(yōu)點Advantages優(yōu)點Disadvantages缺點Disadvantages缺點A. Organic Rankine

13、 cycle 有機朗肯循環(huán)3.1 廢熱回收技術(shù)二、新一代清潔柴油車開展思考18C. Mechanical 機械式D. Electrical 電氣式Advantages優(yōu)點Disadvantages缺點Low power loss by direct mechanical connection 功率損失低 No batteries or e -motor required 不需要電機和電池 No energy storage method 能量無法存儲Energy produced may not match power demand 不滿足動力需求Slower expander or tran

14、smission required 需要變速器 Energy storage possible 實現(xiàn)能量存儲Energy feedback according to vehicle power demand 車輛功率要求反響調(diào)節(jié)Losses converting mechanical power to electrical and back 機電轉(zhuǎn)化功率損失Requires e-motor需要電機Advantages優(yōu)點Disadvantages缺點3.1 廢熱回收技術(shù)二、新一代清潔柴油車開展思考19Tuco: Turbo-compounding 復(fù)合渦輪 ORC: Organic Ranki

15、ne cycle 有機朗肯循環(huán)典型的廢熱回收技術(shù)3.1 廢熱回收技術(shù)二、新一代清潔柴油車開展思考20原理樣機研制，系統(tǒng)集成驗證系統(tǒng)建模，模擬分析，理論研究搭建裝置，測試分析，驗證理論1.新型可控?zé)崃ρh(huán)研究4. 附加膨脹室余壓能轉(zhuǎn)化3. 復(fù)合渦輪余壓能轉(zhuǎn)化2. 熱電材料高效熱電轉(zhuǎn)化技術(shù)方案高效、節(jié)能、低碳內(nèi)燃機余熱能梯級利用基礎(chǔ)研究國家重大需求技術(shù)特征熱能流轉(zhuǎn)化動能流轉(zhuǎn)化回收能利用5. 熱電內(nèi)燃機混合能量管理6. 氣動-內(nèi)燃機混合能量管理技術(shù)途徑理論層面：理論創(chuàng)新技術(shù)層面：技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)層面：原理創(chuàng)新3.1 廢熱回收技術(shù)二、新一代清潔柴油車開展思考21Low viscosity oil 采用低粘

16、度潤滑油Optimized pistons, piston rings, cylinder kit, etc 活塞、活塞環(huán)、缸套等優(yōu)化FMEP reduced, mechanical efficiency improved 通過摩擦降低,提高機械效率。A. Friction reduction 低摩擦技術(shù)3.2 摩擦和附件技術(shù)二、新一代清潔柴油車開展思考22Variable speed water pump 變速水泵Variable oil pump 可變機油泵BTE improvement with variable displacement oil pump and variable sp

17、eed water pump 應(yīng)用可變機油泵和變速水泵后,發(fā)動機熱效率提高。B. Variable Accessories 可變附件技術(shù)3.2 摩擦和附件技術(shù)二、新一代清潔柴油車開展思考23Increase compression ratio(CR) 提高壓縮比Piston Bowl geometry optimization -Genetic Algorithm(GA) 燃燒室結(jié)構(gòu)優(yōu)化-遺傳算法B. Optimized Injector噴油器優(yōu)化A. Optimized Piston Bowl活塞燃燒室優(yōu)化Robust cavitation design 穩(wěn)定的氣穴設(shè)計Heat releas

18、e improvements 改進(jìn)散熱BTE impact: +1.3%3.3 先進(jìn)燃燒技術(shù)二、新一代清潔柴油車開展思考24PCCI 預(yù)混合壓燃技術(shù)HCCI 均質(zhì)充量壓燃技術(shù)RCCI 燃油活性控制壓燃技術(shù) Natural Gas (NG)-dieselRCCI Ethanol-Diesel RCCIC. Low-temperature combustion (LTC) 低溫燃燒LTC can reduce NOx and PM at the same timeLTC技術(shù)能夠同時降低NOx和PM3.3 先進(jìn)燃燒技術(shù)二、新一代清潔柴油車開展思考25NG-Diesel DF 天然氣-柴油雙燃料Eth

19、anol-Diesel DF 乙醇-柴油雙燃料Advantages技術(shù)優(yōu)勢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 減少顆粒物和NOx排放Features 特點Lower heat transfer 低的傳熱性Control burn duration 控制燃燒持續(xù)期Increase effective expansion 增加有效膨脹D. Dual-fuel 雙燃料技術(shù)3.3 先進(jìn)燃燒技術(shù)二、新一代清潔柴油車開展思考26Lowe

20、r NOx 降低NOx排放higher PM and less fuel economy 增加PM,降低燃油經(jīng)濟(jì)性 HPL-EGR 高壓EGREasier to implement容易實施Recirculated exhaust is dirty再循環(huán)廢氣不干凈More difficult to distribute EGR evenly to all cylinders將EGR分配給各個氣缸困難LPL-EGR 低壓EGRMore NOx reduction, less engine wear NOx降低更多,更少發(fā)動機磨損More complicated and expensive to i

21、mplement 實施復(fù)雜,本錢更高Requires a PM filter 需要PM過濾器A. EGR 廢氣再循環(huán)3.4 后處理技術(shù)二、新一代清潔柴油車開展思考27Excellent thermal stability卓越熱穩(wěn)定性High NOx conversion rate高的NOx轉(zhuǎn)化率B. Urea-SCR 尿素-選擇催化復(fù)原技術(shù)DOCDPFSCR3.4 后處理技術(shù)二、新一代清潔柴油車開展思考28C. DPF 顆粒捕集器DPF Structure DPF結(jié)構(gòu)Flow-through DPF (DOC) ( 25%, mass) 減少顆粒物排放25%以上Partial-flow DPF

22、 ( 50%, mass) 減少顆粒物排放50%以上Wall-flow DPF ( 85%, mass) 減少顆粒物排放85%以上DPF regeneration DPF再生Active regeneration主動再生 extra energy required (to raise temperature) 需要額外能量來提高溫度Passive regeneration被動再生 No extra energy required, with or without additives 不需要額外能量,可能需要附加劑3.4 后處理技術(shù)二、新一代清潔柴油車開展思考29a wide flowrange

23、 allowing higherboost pressures atlow engine speeds 在低速時高增壓壓力的大范圍流量調(diào)節(jié)Increased usable engine speed range 增加可用的發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍Increased low speed torque 提上下轉(zhuǎn)速扭矩Reducing Transient Response time 減少瞬態(tài)響應(yīng)時間fewer gear changes and can reduce truck fuel bills 更少的換檔時間和油耗Less Response time 更少的響應(yīng)時間A. Variable Geometry

24、Turbocharger (VGT)可變截面渦輪增壓器技術(shù)3.5 增壓技術(shù)二、新一代清潔柴油車開展思考30Advantages優(yōu)勢Enables higher engine horsepower density for engine downsizing and increased power levels 在發(fā)動機小型化和功率增加的情況下,提高發(fā)動機功率密度Efficient ultra-high boosting capability with fewer turbo limitations 減少限制因素,實現(xiàn)有效的超高增壓Extended air flow range flexibili

25、ty 擴展了空氣流量范圍的靈活性Superior altitude air capabilities 卓越的高海拔空氣適應(yīng)能力Reduced air handling control complexity 降低換氣控制的復(fù)雜性B. Two-Stage turbocharger with intercooler兩級增壓技術(shù)3.5 增壓技術(shù)二、新一代清潔柴油車開展思考31Advanced Turbochargers 先進(jìn)的增壓技術(shù)VGT 可變截面渦輪增壓器2-Stage Turbocharger兩級渦輪增壓器Materials 材料Mechatronics機電一體化Aerodynamic Desi

26、gn 空氣動力學(xué)設(shè)計Computational Fluid Dynamics (CFD) 計算流體力學(xué)Simulation and Matching 模擬與匹配Noise, Vibration and Harshness (NVH) 噪聲、振動和平順性Stress Fatigue &Thermal Analysis 應(yīng)力疲勞和熱分析Bearings 軸承3.5 增壓技術(shù)二、新一代清潔柴油車開展思考32The application of hybrid system on heavy duty trucks will bring 10% decrease to fuel consumption

27、which is significant to Chinas energy situation. 對于重型商用車,混合動力系統(tǒng)的應(yīng)用能夠改進(jìn)約10%的油耗,對于中國的能源現(xiàn)狀具有重要意義。4. 新一代清潔柴油車技術(shù)路徑（混合動力）二、新一代清潔柴油車開展思考33There are no clutches in the dual-mode hybrid powertrain 雙模式混合動力系統(tǒng)中無離合器All shifts are accomplished by rev-matching and neutralizing torque 通過反向匹配和中和力矩完成所有轉(zhuǎn)換動作Navistar 5 Shift Positions 5種轉(zhuǎn)換位置 A.