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新一代超低排放重型柴油機關鍵技術:石油消耗大戶實現低排放

  重型柴油機是我國石油消耗大戶。如何在保障重型柴油機使用高可靠性的同時,實現超低排放和低油耗?獲得2017年度國家科技進步二等獎的新一代超低排放重型商用柴油機關鍵技術開發及產業化項目給出了答案。該項目攻克燃燒技術、尾氣后處理技術等技術難關,發明環境友好型新催化劑及制備方法,提出燃燒系統與后處理系統耦合控制策略,形成了新一代超低排放重型柴油機技術體系,使我國重型柴油機實現了從國Ⅲ到歐Ⅵ標準的跨越,技術成果總體達到國際先進水平。

  該項目由天津大學、廣西玉柴機械股份有限公司和中自環保科技股份有限公司合作研發。據項目負責人、天津大學堯命發教授介紹,重型柴油機廣泛應用于載重汽車、大型客車及工程機械等,在國民經濟和社會生活中發揮著重要作用。然而,重型柴油機是我國石油消耗大戶。據統計,只占汽車總量13.9%的重型商用車消耗了汽車用石油總量的49.2%。如何在保障重型柴油機使用高可靠性的同時實現超低排放和低油耗,成了擺在項目團隊面前的一道難題。

  為解決這一難題,項目團隊在國家“973”“863”和省部級項目支持下,圍繞超低排放重型柴油機的關鍵技術開展研究,提出超低排放技術路線,發明新型空氣系統和燃燒新方法,開發了滿足不同階段排放法規的燃燒技術;發明了新的催化劑配方、制備方法及實現超低排放的方法和裝置;發明了重型柴油機新結構和工藝,實現結構強度提升和輕量化。經天津市科學技術評價中心鑒定,該項目技術成果總體達到國際先進水平,所提出的中等EGR低溫燃燒技術達到國際領先水平。

  EGR是指新型帶廢氣再循環空氣系統,中等EGR低溫燃燒技術是該項目最核心的技術成果。該項目選擇性采用中等強度EGR,利用空氣稀釋與EGR稀釋優化柴油機性能和排放,采用低溫燃燒與傳統擴散燃燒結合的混合燃燒方式,實現全工況范圍的高效和低排放。采用該技術后,柴油機最低油耗小于190克/千瓦時,最高有效熱效率達到44.7%,解決了低排放與燃油經濟性的矛盾,原始排放滿足國Ⅳ、國Ⅴ和歐Ⅵ排放控制需要。

  該技術發明了環境友好型催化劑及制備方法,提出燃燒系統與后處理系統耦合控制策略,使NOx綜合轉化效率達到92%,滿足歐Ⅵ法規要求。

  在顆粒后處理方案中,該項目提出采用被動再生結合低溫主動再生的顆粒過濾器(DPF)再生策略,開發了獨特的分級控制低溫主動再生控制策略。經中國測試技術研究院測試,在國Ⅲ柴油車上加裝DPF后,和原車相比,一氧化碳減排效果達60%,顆粒物減排效果達96%。DPF中裝載了400~600個小孔催化劑載體,將尾氣轉化為水、二氧化碳和氮氣等物質,在捕捉顆粒物的同時還能實現在線監測。

  該技術的應用使我國重型柴油機實現了從國Ⅲ到歐Ⅵ標準的跨越,在廣西玉柴機械股份有限公司重型柴油機平臺應用后,開發出了具有自主知識產權的多款滿足國Ⅳ、國Ⅴ和歐Ⅵ的重型柴油機。其中,研制出的YCL-60歐Ⅵ標準柴油機,通過歐盟E-mark認證,是國內唯一應用的自主品牌歐Ⅵ柴油機產品,已用于北京公交車市場,在與國外公司競標中獲得了2/3的份額,并出口到南美、東南亞等地區,取得了顯著的經濟和社會效益。

  近3年,該項目為企業新增銷售額104.6億元,新增利潤17.5億元。該技術已經獲美國專利1項,國家發明專利17項、實用新型專利11項,制定國家標準1項。


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