1、中国清洁柴油车技术发展现状及趋势中国清洁柴油车技术发展现状及趋势 2015.10.22目目 录录一、一、“十二五十二五”我国清洁柴油车技术研发进展我国清洁柴油车技术研发进展二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考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
2、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（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
3、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项目下设21个课题，按课题技术领域分，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、一、“十二五十二五”我国清洁柴油车技术研发进展我国清洁柴油车技术研发进展I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，
4、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2.乘用车用高压共轨柴油机一、一、“十二五十二五”我国清洁柴油车技术研发进展我国清洁柴油车技术研发进展主要考核指标：l升功率，50kW/Ll升扭矩，160Nm/Ll综合比油耗，205g/(kWh)l排放标准，国Vl10台样机，3台样车主要考核指标：l升功率，50kW/Ll升扭矩，160Nm/Ll综合比油耗，205g/(kWh)l排放标准，国Vl10台样机，3台样车主要考核指标：l升功率，50kW/Ll升扭矩，160Nm/Ll综合比油耗，205g/(kWh)l排放标准，国Vl10台样
5、机，3台样车主要完成指标：l升功率，55kW/Ll升扭矩，160Nm/Ll综合比油耗，203.7g/(kWh)l排放标准，国Vl10台样机，3台样车主要完成指标：l升功率，57kW/Ll升扭矩，175Nm/Ll综合比油耗，204.2g/(kWh)l排放标准，国Vl12台样机，8台样车主要完成指标：l升功率，54kW/Ll升扭矩，162Nm/Ll综合比油耗，204.3g/(kWh)l排放标准，国Vl13台样机，3台样车长城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、一、“十二五十二五”我国清洁柴油车技术研发进展我国清洁柴油车技术研发进展
6、I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3.高压共轨
7、商用车柴油机一、一、“十二五十二五”我国清洁柴油车技术研发进展我国清洁柴油车技术研发进展主要考核指标：l喷射压力，180MPal喷射次数，5次l最高需用发动机转速，4800r/minl排放标准，国Vl搭载样机3台主要考核指标：l标定功率/转速，350/2100(kW/(r/min)l最大扭矩/转速，2000/1200(kW/(r/min)l升功率，30Nm/(r/min)l综合比油耗，205g/(kWh)l排放标准，欧l样机5台主要考核指标：l标定功率/转速，265/2300(kW/(r/min)l最大扭矩，1200Nml最低燃油消耗率，195g/(kWh)l综合比油耗，205g/(kWh)l
8、排放标准，国Vl样机5台主要完成指标：l喷射压力，180MPal喷射次数，5次l最高需用发动机转速，4800r/minl排放标准，国Vl搭载样机3台主要完成指标：l标定功率/转速，352.3/2100(kW/(r/min)l最大扭矩/转速，2012/1200(kW/(r/min)l升功率，30.4Nm/(r/min)l综合比油耗，203.3g/(kWh)l排放标准，欧VIl样机5台，样车1辆主要完成指标：l标定功率/转速，265.6/2300(kW/(r/min)l最大扭矩，1201.1Nml最低燃油消耗率193.7g/(kWh)l综合比油耗，203.3g/(kWh)l排放标准，国Vl样机6台
9、，样车1辆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、一、“十二五十二五”我国清洁柴油车技术研发进展我国清洁柴油车技术研发进展I欧VI标准柴油机尾气净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4.柴油机NOX和PM后处理技术一、一、“十二五十二五”我国清洁柴油车
10、技术研发进展我国清洁柴油车技术研发进展4.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统集成匹配及产业化能力建设主要考核指标：lSCR催化剂，200时，NOX转化率50%；300以上，NOX转化率90%lDOC催化剂满足230-350，6 0%N O2转 换 率 4 0%，C3H8(T50)270l大尺寸载体达到13英寸，热膨胀系数小于0.910-6/主要考核指标：lSCR尿素喷射系统在9bar压力下，最大尿素喷射量8L/hlEGR率50%，EGR阀开启和关闭响应时间50mslNOX传感器测量精度10ppm，响应时间T901s，温度0-800，量程0-2000
11、ppm主要完成指标：lSCR催化剂完成考核指标lDOC催化剂满足230-350下60%NO240%；C3H8（T50)270l大载体直径达到13英寸，热膨胀系数0.86 10-6/主要完成指标：lSCR尿素喷射系统在9bar压力下，尿素喷射量大于8L/hlEGR率50%，EGR阀开启和关闭响应时间50msl完成满足考核指标、拥有自主知识产权的SCR系统、EGR系统集成、NOX传感器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、一、“十二五十二五”我国清洁柴油车技术研发进展我国清洁柴油车技术研发进展IH
12、CCI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5.均质压燃柴油机技术一、一、“十二五十二五”我国清洁柴油车技术研发进展我国清洁柴油车技术研发进展玉柴YC6L均质压燃柴油机潍柴WP12均质压燃柴油机主要考核指标：l最低燃油消耗率，190g/kWhl噪音，95dB(A)l排放水平，欧VIl1台样机主要考核指标：l最低燃油消耗率，190g/kWhl噪音，95dB(A)l排放水平，欧VIl1台样机主要完成指标：l最低燃油消耗率，189g/kWhl噪音，94.7dB(A)l排放水平，欧VIl1台样机主要完成指标：l最低燃油消耗率
13、，189.8g/kWhl噪音，94.9dB(A)l排放水平，欧VIl1台样机5.均质压燃柴油机技术-产品一、一、“十二五十二五”我国清洁柴油车技术研发进展我国清洁柴油车技术研发进展目目 录录一、一、“十二五十二五”我国清洁柴油车技术研发进展我国清洁柴油车技术研发进展二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考55%54%54%56%58%26%26%27%27%28%45%46%46%44%42%0%10%20%30%40%50%60%02000400060008000100001200014000160002008年2009年2010年2011年2012年万万吨吨2008-201
14、2年汽柴油消耗量年汽柴油消耗量分布分布汽车行业重型商用车其他类型汽车汽车行业占比重型商用车占比其他行业占比重载商用车能源消耗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%是被只占是被只占汽车总量汽车总量13.9%的的重载重载商用商用车（车（3.5T）消耗掉）消耗掉的的。二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考1.1.我国重型商用车技术现状我国重型商用车技术现状汽车工业尾气排放标准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。我国目前排
15、放标准与美国、欧盟存在较大差距。1.1.我国重型商用车技术现状我国重型商用车技术现状二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考40制动性参数204534整车美国美国中国中国升功率（kW/L）排放寿命（万公里)EPA2010国IV16080 油耗(L/100Km)发动机最高车速(Km/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)1.1.我国重型商用车技术现状我国重型商用车技术现状51%41%热效率(%)二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考p
16、低低油耗：油耗：20L/100kmp低低排放排放:欧欧VI标准（国标准（国VI标准）标准）p低低噪声噪声:80dB(A)（通过性噪声）（通过性噪声）p高高热效率：热效率：50%-55%（发动机）（发动机）2.2.新一代清洁重型商用车技术目标建议新一代清洁重型商用车技术目标建议“三低一高三低一高”二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考OrganicRankinecycle有机朗肯循环Turbocompound复合涡轮 Waste Heat Recovery废热回收OptimizedPistonBowl活塞燃烧室优化OptimizedInjector喷油器优化Dual-fuel双
17、燃料技术Low-temperaturecombustion(LTC)低温预混合燃烧Turbocharger增压系统 Advanced Combustion先进燃烧技术20%FuelConsumptionImprovement,5055%BTE油耗改进油耗改进 20%,热效率热效率50 55%Aftertreatment 后处理EGR废气再循环Urea-SCR尿素-选择性催化还原DPF颗粒捕集器 Friction&Accessory摩擦和附件VariableGeometryTurbocharger可变截面涡轮增压器技术Two-Stageturbocharging两级增压技术Frictionred
18、uction低摩擦技术VariableAccessories可变附件技术3.3.新一代清洁柴油机技术路径新一代清洁柴油机技术路径二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考B.Turbocompound 复合涡轮复合涡轮Relatively good BSFC reduction 较好的BSFC特性Relative simplicity and low cost 结构简单，成本低High exhaust back-pressure 背压高No BSFC benefit at some low loads 部分低负荷工况BSFC效益低Low turbine efficiency wi
19、th 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，成本高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 cycle 有机朗肯循环有机朗肯循环3.1 3.1 废热回收技术废热回收技术二、新一代清洁柴油
20、车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考C.Mechanical 机械式机械式D.Electrical 电气式电气式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 transmission required
21、 需要变速器 Energy storage possible 实现能量存储Energy feedback according to vehicle power demand 车辆功率要求反馈调节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 3.1 废热回收技术废热回收技术二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考Technical Options for WHRWHR技术选项DaimlerNav
22、istarCumminsVolvoWasteHeatRecovery废热回收技术ORCTuco+ORCPowerFeedbackType能量回收形式Mechanical机械式Electrical电气式Tuco:Turbo-compounding 复合涡轮 ORC:Organic Rankine cycle 有机朗肯循环典型的废热回收技术典型的废热回收技术3.1 3.1 废热回收技术废热回收技术二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考原理样机研制，系统集成验证原理样机研制，系统集成验证系统建模，模拟分析，理论研究系统建模，模拟分析，理论研究搭建装置，测试分析，验证理论搭建装置，测
23、试分析，验证理论1.新型可控新型可控热力循环研热力循环研究究4.附加膨胀附加膨胀室余压能转室余压能转化化3.复合涡轮复合涡轮余压能转化余压能转化2.热电材料热电材料高效热电转高效热电转化化技术方案技术方案高效、节能、低碳内燃机余热能梯级利用基础研究高效、节能、低碳内燃机余热能梯级利用基础研究国家重大需求国家重大需求技术特征技术特征热能流转化热能流转化动能流转化动能流转化回收能利用回收能利用5.热热电内燃电内燃机混合能量机混合能量管理管理6.气动气动-内燃内燃机混合能量机混合能量管理管理技术途径技术途径理论层面：理论层面：理论创新理论创新技术层面：技术层面：技术创新技术创新系统层面：系统层面：原
24、理创新原理创新3.1 3.1 废热回收技术废热回收技术二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考Low viscosity oil 采用低粘度润滑油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 低摩擦技术低摩擦技术3.2 3.2 摩擦和附件技术摩擦和附件技术二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考Variable speed wate
25、r pump 变速水泵变速水泵Variable oil pump 可变机油泵可变机油泵 BTE improvement with variable displacement oil pump and variable speed 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 可变附可变附件技术件技术3.2 3.2 摩擦和附件技术摩擦和附件技术二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考Increase compression ratio(CR)提高压缩比Piston Bowl geometry optimizati
26、on-Genetic Algorithm(GA)燃烧室结构优化-遗传算法B.Optimized Injector喷油器优化喷油器优化A.Optimized Piston Bowl活塞活塞燃烧室燃烧室优化优化Robust cavitation design 稳定的气穴设计Heat release improvements 改进散热BTE impact:+1.3%3.3 3.3 先进燃烧技术先进燃烧技术二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考 PCCI 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l Natural Gas(NG)-diesel RCC
27、I l Ethanol-Diesel RCCIC.Low-temperature combustion(LTC)低温燃烧低温燃烧LTC can reduce NOx and PM at the same timeLTC技术能够同时降低NOx和PM3.3 3.3 先进燃烧技术先进燃烧技术二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考NG-Diesel DF 天然气-柴油双燃料Ethanol-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Reduc
28、tion 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 双燃料技术双燃料技术3.3 3.3 先进燃烧技术先进燃烧技术二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考p Lower NOx 降低NOx排放p higher PM and less fuel economy 增加PM,降低燃油经济性 HPL-EGR 高压EGRu Eas
29、ier to implement容易实施u Recirculated exhaust is dirty再循环废气不干净u More difficult to distribute EGR evenly to all cylinders将EGR分配给各个气缸困难LPL-EGR 低压EGRu More NOx reduction,less engine wear NOx降低更多，更少发动机磨损u More complicated and expensive to implement 实施复杂，成本更高u Requires a PM filter 需要PM过滤器A.EGR 废气再循环废气再循环3.4
30、 3.4 后处理技术后处理技术二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考p Excellent thermal stability卓越热稳定性p High NOx conversion rate高的NOx转化率B.Urea-SCR 尿素尿素-选择催化还原技术选择催化还原技术DOCDPFSCR3.4 3.4 后处理技术后处理技术二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考C.DPF 颗粒捕集器颗粒捕集器DPF Structure DPF结构p Flow-through DPF(DOC)(25%,mass)减少颗粒物排放25%以上p Partial-flow DPF(50
31、%,mass)减少颗粒物排放50%以上p Wall-flow DPF(85%,mass)减少颗粒物排放85%以上DPF regeneration DPF再生p Active regeneration主动再生 extra energy required(to raise temperature)需要额外能量来提高温度p 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 3.4 后处理技术后处理技术二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考u a
32、 wide flow range allowing higher boost pressures at low engine speeds 在低速时高增压压力的大范围流量调节u Increased usable engine speed range 增加可用的发动机转速范围u Increased low speed torque 提高低转速扭矩u Reducing Transient Response time 减少瞬态响应时间u fewer gear changes and can reduce truck fuel bills 更少的换档时间和油耗Less Response time 更少
33、的响应时间A.Variable Geometry Turbocharger(VGT)可变截面涡轮增压器技术可变截面涡轮增压器技术3.5 3.5 增压技术增压技术二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考Advantages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 limita
34、tions 减少限制因素，实现有效的超高增压Extended air flow range flexibility 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两级增压技术两级增压技术3.5 3.5 增压技术增压技术二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考Advanced Turbochargers 先进的增压技术先进的增压
35、技术VGT可变截面涡轮可变截面涡轮增压器增压器2-StageTurbocharger两级涡轮增压器两级涡轮增压器Materials材料Mechatronics机电一体化AerodynamicDesign空气动力学设计ComputationalFluidDynamics(CFD)计算流体力学SimulationandMatching模拟与匹配Noise,VibrationandHarshness(NVH)噪声、振动和平顺性StressFatigue&ThermalAnalysis应力疲劳和热分析Bearings轴承3.5 3.5 增压技术增压技术二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发
36、展思考The application of hybrid system on heavy duty trucks will bring 10%decrease to fuel consumption 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。4.4.新一代清洁柴油车技术路径（混合动力）新一代清洁柴油车技术路径（混合动力）二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考Series Mode Engine not directly connect
37、ed to drive wheelsParallel ModeLow range,traction motor AND generator engaged Parallel ModeLow range,traction motor disengaged,generator engaged Neutral Parallel ModeHigh range,traction motor disengaged,generator engaged There are no clutches in the dual-mode hybrid powertrain 双模式混合动力系统中无离合器 All shi
38、fts 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.Dual-mode hybrid powertrain双模式混合动双模式混合动力技术力技术4.4.新一代清洁柴油车技术路径（混合动力）新一代清洁柴油车技术路径（混合动力）二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考u 350kW Liquid-Cooled Lithium-Ion u 750 Volts u 28 kW-hrs u Detection o
39、f Battery Parameters 电池参数检测u Battery state estimation电池状态估计u Charge control充电控制u Balancing of the cell voltage电池电压平衡u Information storage 信息存储u High voltage safety control高压安全控制u Battery prediction 电池预测ucharge the hybrid battery,which in turn powers the eHVAC system 给混动电池充电，转化成动力输出到eHVACu provide en
40、ough energy to run the AC system without the engine running on a sunny day 在晴天，发动机关闭时，提供充足的能量到空调系统Source:Venkitachalam,H.,Schlosser,A.,Richenhagen,J.,Kpper,M.et al.,Generic Control Software Architecture for BatteryManagement Systems,SAE Technical Paper 2015-01-2849,2015,doi:10.4271/2015-01-2849.B.Auxiliary power 辅助电源技术辅助电源技术（太阳能电池、燃料电池等）（太阳能电池、燃料电池等）C.High-power batteries 大大功率电池技术功率电池技术D.Advanced Battery Management System(BMS)先进电池管理技术先进电池管理技术4.4.新一代清洁柴油车技术路径（混合动力）新一代清洁柴油车技术路径（混合动力）二、新一代清洁柴油车发展思考二、新一代清洁柴油车发展思考Thank you！非常感谢！非常感谢！
