1内燃机减碳技术进展及发展趋势潍柴控股集团有限公司佟德辉副总经理博士2目录一、内燃机减碳相关的政策和法规二、内燃机减碳技术以及发展趋势三、总结与展望3一、内燃机减碳相关的政策和法规4一、内燃机减碳相关的政策和法规—全球•欧盟委员会于2018年5月通过减少CO2排放的立法提案•重点实现在重型车领域的CO2减排•中国于2019年7月1日实施商用车第三阶段油耗法规•预计2024年~2025年实施商用车第四阶段油耗法规•美国于2016年8月发布第二阶段温室气体排放法规•2021年该法规正式实施5一、内燃机减碳相关的政策和法规—欧盟•欧盟已经逐步形成较为成熟的重型车碳排放法规体系，该体系以车队作为管理对象。•2021年7月，欧盟通过关于实现2030年气候目标的一揽子计划，旨在2050年实现碳中和。2020年2025年2030年2019年基准线2021年宣布的绿色协议：温室气体净零排放-15%-30%2050年…去碳化2019年宣布的减碳目标碳中和总体车辆CO2排放6一、内燃机减碳相关的政策和法规—美国60708090100110120130140201720182019202020212022202320242025202620272028CO2排放g/ton-mile7级卡车8级卡车GHGPhase2温室气体法规2阶段GHGPhase1温室气体法规1阶段-12%-16%-19%-14%-19%-27%170190210230250270201720182019202020212022202320242025202620272028油耗率g/kWh7级专用车-FTP8级专用车-FTP7级牵引车-SET8级牵引车--FTPGHGPhase2温室气体法规2阶段GHGPhase1温室气体法规1阶段FTP：瞬态循环SET：稳态循环•美国已经发布实施温室气体排放法规，整车到2027年CO2排放下降19%~27%。•美国法规针对发动机有明确的油耗要求。以8级牵引车为例，2027年发动机循环油耗将下降到185g/kWh。整车要求发动机要求7一、内燃机减碳相关的政策和法规—中国注：斜体表示法规限值预测值第一阶段2012.7第二阶段2014.7第三阶段2019.7•货车11.5%•客车10.5%•半挂牵引车14%•货车13.8%•客车12.5%•半挂牵引车14.3%•自卸车13.5%•城市客车15.9%第四阶段2025.7•货车15%•客车15%•半挂牵引车20%•自卸车15%•城市客车15%49吨牵引卡：40L/100km31吨自卸车：41L/100km25吨载货车：32.5L/100km49吨牵引车：32L/100km31吨自卸车：34.9L/100km25吨载货车：27.6L/100km中国油耗法规限值变化•中国通过实施商用车油耗法规，推动整车碳排放的下降。•三阶段油耗法规于2019年7月1日正式实施。四阶段法规预计2025年实施。CWTVC循环工况CHTC中国工况8二、内燃机减碳技术以及发展趋势9二、内燃机减碳技术以及发展趋势—综述发动机热效率提升低碳制造动力总成优化低碳燃料内燃机减碳技术主要包括热效率提升、动力总成优化、低碳燃料以及低碳制造等。10二、内燃机减碳技术以及发展趋势—发动机热效率提升135145155165175185195424344454647484950515253545556575859606162油耗率g/kWh热效率%优化燃烧减少损失优化后处理-8%-17%-24%柴油低热值：42.8MJ/kg余热回收如将热效率提高到55%，内燃机油耗将下降17%，相对应碳排可减少17%。11二、内燃机减碳技术以及发展趋势—发动机热效率提升通过优化燃烧、减少损失、后处理优化和余热回收等技术提高热效率，降低发动机碳排放。余热回收优化燃烧后处理优化减少损失热效率提升12进气优化二、内燃机减碳技术以及发展趋势—发动机热效率提升喷油优化燃烧过程优化传热优化优化燃烧13二、内燃机减碳技术以及发展趋势—发动机热效率提升Ø优化燃烧—燃烧过程优化燃烧室结构优化•提高压缩比•燃烧室结构优化•HCCI•RCCI•汽油压燃提高压缩比压缩比18.5压缩比20.514二、内燃机减碳技术以及发展趋势—发动机热效率提升Ø优化燃烧—喷油优化增加喷油压力轨压增加可变喷油规律•提高喷油压力•增加喷油次数•可变喷油规律•优化喷孔设计•加强燃油雾化•提高喷油速率增加喷油次数15二、内燃机减碳技术以及发展趋势—发动机热效率提升Ø优化燃烧—进气优化•增压器匹配•可变气门技术•优化配气机构•低涡流比气道•进气节流阀与EGR联合控制增压器匹配可变气门技术16二、内燃机减碳技术以及发展趋势—发动机热效率提升Ø优化燃烧—传热优化•隔热涂层（燃烧室、气缸盖）•较小的面容比（A/V）活塞隔热活塞隔热涂层气缸盖隔热17二、内燃机减碳技术以及发展趋势—发动机热效率提升Ø减少损失降低活塞裙部高度-25%•减少摩擦面积：活塞裙部、活塞环高度、轴瓦宽度等•减摩新工艺：减磨镀层、感应淬火、等离子喷涂、表面织构等•分区润滑•低粘度润滑油•电控附件缸套分区润滑电控风扇电控水泵18二、内燃机减碳技术以及发展趋势—发动机热效率提升Ø后处理优化•非对称薄壁DPF•DPF被动再生•降低SCR起燃温度•紧耦合SCR•SCR混合器优化薄壁、非对称DPF紧耦合SCR19二、内燃机减碳技术以及发展趋势—发动机热效率提升Ø余热回收动力涡轮技术朗肯循环技术热能温差发电超级涡轮技术•热能温差发电•动力涡轮技术•超级涡轮技术•朗肯循环技术20智能化轻量化电气化集成化二、内燃机减碳技术以及发展趋势—动力总成优化通过集成化、电气化、智能化和轻量化等技术手段，降低内燃机在实际运行过程中的碳排放动力总成21二、内燃机减碳技术以及发展趋势—动力总成优化Ø集成化•“大排量发动机+多档位AMT+单级小速比驱动桥”集成设计•变斜率踏板特性控制技术变斜率踏板控制技术动力总成集成技术22二、内燃机减碳技术以及发展趋势—动力总成优化Ø电气化•48V微混技术•混动技术混动技术48V微混技术48V电池包48V电动马达48V起动机电子风扇电子增压器23二、内燃机减碳技术以及发展趋势—动力总成优化Ø智能化•预测性控制技术•自寻优控制技术预测性控制技术自寻优控制技术24灰铸铁铸铝轻量化材料降重55%拓扑优化支架优化设计降重20%集成设计降重25%发电机支架空调支架二、内燃机减碳技术以及发展趋势—动力总成优化Ø轻量化•轻量化材料•集成设计•拓扑优化25甲醇氢气天然气二、内燃机减碳技术以及发展趋势—低碳燃料通过使用天然气、甲醇和氢气等低碳燃料，降低内燃机碳排放。低碳燃料26二、内燃机减碳技术以及发展趋势—低碳燃料使用甲醇、氨气、氢气等低碳或者零碳作为未来内燃机的燃料，实现更大幅度的碳减排。27二、内燃机减碳技术以及发展趋势—低碳燃料Ø天然气天然气减少碳排放潜力分析•天然气主要成分是甲烷，作为燃料减碳效果显著。相同热效率水平下，使用天然气的内燃机可实现大约20%的CO2减排效果。28•甲醇作为一种高效能源载体，含氢量高，作为燃料可实现减碳•能够从可再生资源中获取，未来可成为多元化动力总成的通用燃料二、内燃机减碳技术以及发展趋势—低碳燃料Ø甲醇低温启动•甲醇启动辅助技术•引燃技术燃料供给•甲醇喷油器技术•甲醇油泵技术•管路材料技术甲醇发动机关键技术H2CH3OH甲醇CO2甲醇汽车H2O可再生能源电力电解制氢与CO2制甲醇耦合可再生能源制甲醇29•氢气-多点喷射：可在最短的时间内实现量产•氢气-高压直喷：具备可实现最高效率的潜力二、内燃机减碳技术以及发展趋势—低碳燃料液氢Ø氢气30冷加工测试热加工二、内燃机减碳技术以及发展趋势—低碳制造在热加工、冷加工和测试等环节采取节能手段，降低内燃机制造过程的碳排放。低碳制造31热风水冷富氧冲天炉与感应电炉双联熔炼二、内燃机减碳技术以及发展趋势—低碳制造Ø热加工•工艺优化•余热利用•节约材料•非调质钢铸造余热60%以上可回收利用冲天炉体/炉气余热电炉冷却余热铸件凝固冷却余热高效换热技术采暖、发电等热处理铸造余热及其再利用近净成形连杆毛坯32二、内燃机减碳技术以及发展趋势—低碳制造•能源流智能管控•资源流智能管控•废物流智能管控生产线设备监控加工线能耗监控Ø冷加工33二、内燃机减碳技术以及发展趋势—低碳制造•冷试技术•交流电力测功机交流电力测功机Ø测试柴油机冷试系统34三、总结与展望35节能降耗低碳化是柴油机发展的永恒主题，未来依然有很大提升空间•低碳政策越来越严格，必将促进各种低碳技术的发展应用。•发动机本体热效率的提升，有助于内燃机向着更加节能和低碳的方向发展演变。•随着低碳燃料发动机技术逐渐趋于成熟，其在未来的减碳技术路线中将占有越来越重要的地位。•电气化、智能化、轻量化、集成化等技术的发展将会促进柴油机工作更加智能、高效，内燃机实际在道路运输中碳排放量将会显著降低。•内燃机生产制造过程中也可以采用各种能量优化手段，进一步降低碳排放。三、总结与展望36THANKS