《可变热力循环新型柴油机技术及应用》

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柴油机是卡车、客车、工程机械等各类移动式动力装罝的原动机。承担我国货运总量的77%,客运总量的80%。柴油机是国民经济建设和国防安全中最关键的动力装备。节能环保,降低C02排放是国家对柴油机工业的基本要求。自“十二五”以来加快了排放法规的推进,2021年将全面执行国六法规,与国际接轨。由于柴油机热效率和排放的“跷跷板”特征,国际柴油机技术进步一直聚焦在减排上,热效率始终徘徊在40%-42%左右。该成果以国家需求为目标,致力于同时提高热效率和连续满足国四、国五和国六排放法规。此外,由于我国柴油机存在短期内难以克服的气缸爆压低等结构强度的技术屏障和国外对超高压力燃油系统的产品封锁,该成果在国家‘973’和国家重点基金等项目连续支持下,通过产学研紧密合作走出一条适合国情的新路,首次提出高密度低温燃烧理论,开发了“可变热力循环”技术,技术发明的主要内容是:

1.发明高密度低温燃烧技术。通过燃烧边界条件控制“燃烧过程路径”,避开碳烟和氮氧化物生成条件,降低排放的同时提高热功转化率。提出充量密度可提高传热传质率,增加总热容,使燃烧过程向均匀、低温和高速方向发展。提出借助可变压缩比和高增压比的耦合实现髙密度低温燃烧的技术途径.

2.发明柴油机多模式燃烧技术,适应各种动力装置不同工况运行需要。在髙负荷采用高密度燃烧,在不同阶段中低负荷,分别采用抑制充量化学活性,激励油气混合过程以及相互耦合的技术,实现准均质、稀燃低温燃烧。燃烧过程热功转化率高达53%,排放达“近零水平”,是国际最好结果。

3.发明多元控制变量柴油机瞬态过程控制技术。该新型多元控制柴油机具有高智能潜力,但同时又是一个大维数非线性系统,实时瞬态优化控制是国际难题。该成果首次提出“六项判据”与控制变量物理方程相耦合的解决方案,使柴油机具有优越的瞬态动力响应和排放特性,显著减少标定时间。

4.首创柴油机可变热力循环技术。发明可变压缩比机构,实现可变米勒循环:并将可变压缩比与可变增压系统相耦合,使柴油机燃烧边界条件可以最大限度地满足瞬变工况的燃烧需要,为根本改变柴油机瞬态特性提供支撑。

获授权发明专利28件,主持或参与制定国家标准3项,发表SCI/EI检索论文71篇。开发的柴油机满足国六法规,热效率比欧美产品重型柴油机高出7%。主要技术己在“潍柴动力”和“广西玉柴机器”16个系列,100余个机型的国四、国五柴油机上应用,装备“一汽解放青岛”等我国核心卡车、客车以及工程机械产品,占市场份额达68%-80%以上,产品打入美国、英国、德国、法国等30多个国家,获得相关认证,累计销售12万台,显示很强的国际市场竞争力。该成果在节能减排、降低C02排放和环境保护中做出重要贡献,获得重要社会效益。在2017年启动的中美卡车能效合作项目中,中美双方共同确定采纳该成果的技术路线。另外在“十三五”卡车混合动力、工程机械、农机四个柴油机相关重大专项中,也作为基本技术路线发挥作用,推动行业技术进步的作用显著。

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