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新一代超低排放重型柴油机关键技术达到国际先进水平

文章来源: 中国化工报       发布时间:2019-07-23

重型柴油机是我国石油消耗大户。如何在保障重型柴油机使用高可靠性的同时,实现超低排放和低油耗?获得2017年度国家科技进步二等奖的新一代超低排放重型商用柴油机关键技术开发及产业化项目给出了答案。该项目攻克燃烧技术、尾气后处理技术等技术难关,发明环境友好型新催化剂及制备方法,提出燃烧系统与后处理系统耦合控制策略,形成了新一代超低排放重型柴油机技术体系,使我国重型柴油机实现了从国Ⅲ到欧Ⅵ标准的跨越,技术成果总体达到国际先进水平。

新一代超低排放重型柴油机关键技术达到国际先进水平

该项目由天津大学、广西玉柴机械股份有限公司和中自环保科技股份有限公司合作研发。据项目负责人、天津大学尧命发教授介绍,重型柴油机广泛应用于载重汽车、大型客车及工程机械等,在国民经济和社会生活中发挥着重要作用。然而,重型柴油机是我国石油消耗大户。据统计,只占汽车总量13.9%的重型商用车消耗了汽车用石油总量的49.2%。如何在保障重型柴油机使用高可靠性的同时实现超低排放和低油耗,成了摆在项目团队面前的一道难题。


为解决这一难题,项目团队在国家“973”“863”和省部级项目支持下,围绕超低排放重型柴油机的关键技术开展研究,提出超低排放技术路线,发明新型空气系统和燃烧新方法,开发了满足不同阶段排放法规的燃烧技术;发明了新的催化剂配方、制备方法及实现超低排放的方法和装置;发明了重型柴油机新结构和工艺,实现结构强度提升和轻量化。经天津市科学技术评价中心鉴定,该项目技术成果总体达到国际先进水平,所提出的中等EGR低温燃烧技术达到国际领先水平。

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EGR是指新型带废气再循环空气系统,中等EGR低温燃烧技术是该项目最核心的技术成果。该项目选择性采用中等强度EGR,利用空气稀释与EGR稀释优化柴油机性能和排放,采用低温燃烧与传统扩散燃烧结合的混合燃烧方式,实现全工况范围的高效和低排放。采用该技术后,柴油机最低油耗小于190克/千瓦时,最高有效热效率达到44.7%,解决了低排放与燃油经济性的矛盾,原始排放满足国Ⅳ、国Ⅴ和欧Ⅵ排放控制需要。


该技术发明了环境友好型催化剂及制备方法,提出燃烧系统与后处理系统耦合控制策略,使NOx综合转化效率达到92%,满足欧Ⅵ法规要求。

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在颗粒后处理方案中,该项目提出采用被动再生结合低温主动再生的颗粒过滤器(DPF)再生策略,开发了独特的分级控制低温主动再生控制策略。经中国测试技术研究院测试,在国Ⅲ柴油车上加装DPF后,和原车相比,一氧化碳减排效果达60%,颗粒物减排效果达96%。DPF中装载了400——600个小孔催化剂载体,将尾气转化为水、二氧化碳和氮气等物质,在捕捉颗粒物的同时还能实现在线监测。


该技术的应用使我国重型柴油机实现了从国Ⅲ到欧Ⅵ标准的跨越,在广西玉柴机械股份有限公司重型柴油机平台应用后,开发出了具有自主知识产权的多款满足国Ⅳ、国Ⅴ和欧Ⅵ的重型柴油机。其中,研制出的YCL-60欧Ⅵ标准柴油机,通过欧盟E-mark认证,是国内唯一应用的自主品牌欧Ⅵ柴油机产品,已用于北京公交车市场,在与国外公司竞标中获得了2/3的份额,并出口到南美、东南亚等地区,取得了显著的经济和社会效益。


近3年,该项目为企业新增销售额104.6亿元,新增利润17.5亿元。该技术已经获美国专利1项,国家发明专利17项、实用新型专利11项,制定国家标准1项。


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