高效高可靠性柴油机关键技术及应用

     柴油机是商用汽车、工程机械、农业机械、船舶、发电设备、国防装备等领域的主要动力源,决定着所配套产品的动力性、经济性、可靠性和环保性能。因此,发展高效、高可靠性的柴油机成为全球内燃机行业的竞争主题,对支撑经济社会发展、保障国家能源安全和国防安全具有至关重要作用。
    自2012年起,项目围绕高充量强混合燃烧技术、洁净排放技术和高可靠性长寿命技术等业内公认的难题开展攻关,取得以下创新成果:
    1、揭示了内燃机进气边界层分离特性,发现气门附近剥离和再附着特征是阻碍进气充量提升的主要原因,发明了高通低阻俯冲气道和液压全可变气门升程技术,开发了高进气充量的空气系统,气道阻力减少28%、有效压缩比0~22可调,解决了高效燃烧进气不足的难题。揭示了弱进气涡流下的湍动能生成及发展机理,发现压缩末期燃烧室弧脊形状对流场的扭曲能显著提升湍动能,开发了高预混碰壁卷流燃烧系统,解决了高进气充量下油气快速混合的难题。发明了基于压力波动预测的喷油控制技术,实现了燃油喷射精确控制,提高了与高充量空气系统相匹配的燃油响应特性。
    2、揭示了后处理系统催化剂活性的关键影响因子及影响机制,发明了DOC核壳式Pt/SiO2@CeO2催化剂和高效CuMe分子筛SCR催化剂,开发了“低温氨吸附-高温氨氧化”ASC催化剂涂层技术,解决了复杂工况下催化剂转化效率低、稳定性差的难题。提出了基于结晶能量因子的尿素结晶评估方法,发明了尿素结晶自适应控制技术和高效双旋流SCR混合器,解决了尿素结晶的难题。开发了基于NO2浓度的后处理一体化控制技术,实现了DOC、DPF和SCR效率的协同提升。
    3、探明了气门座圈磨损机理,发现微动是座圈磨损的主要原因,打破了气门落座冲击造成磨损的传统认知,开发了低滑移减磨技术,提出了协调配气机构各配副磨损量的气门间隙控制方法,气门间隙调整周期突破5000小时。探明了活塞环运动特性对油气密封的影响规律,发现了环槽间隙是机油上窜的主要通道,开发了活塞环岸减压技术,解决了活塞积碳的难题。发现了气缸套混合润滑与动压润滑的临界点,发明了缸套分区润滑技术,实现了磨损寿命和机械效率同步提升。
    产品的升扭矩为232.6N?m/L,油耗为174.8 g/kW?h,寿命达到180万公里,均优于国际知名产品。获授权发明专利36项,主持和参与起草国家及行业标准21项。经鉴定,项目总体技术达到国际先进水平,其中高充量强混合的低碳化燃烧技术和高可靠性长寿命的高品质技术达到了国际领先水平。
    近三年,项目产品累计销售166.19万台,实现销售收入1083.04亿元,新增利润204.09亿元,广泛应用于一汽、东风、中国重汽、陕汽等卡车企业,宇通、中通、金龙等客车企业,徐工、三一、山推、五征等工程机械及农业机械企业,并批量进入欧美市场,为我国产业升级、节能减排和国防建设做出了重要贡献。