在新能源汽車大行其道的時代和雙碳的國際大背景下，傳統内燃機汽車的節能減排壓力劇升，熱效率提升成為了節能減排的重要技術路徑，行業熟知的柴油發動機熱效率，對于動力性、節油降耗、環保等綜合性能與品質的提升有重要意義，熱效率越高，燃油消耗越少，節能減排的效果就越顯著。目前，公認柴油發動機最高熱效率大約為46%，這一數值每突破0.1個百分點，都将意味着行業取得巨大的進步。而在中國，濰柴在柴油發動機上做的非常出色的發動機廠家，在2020年，濰柴發布了全球首款突破50%熱效率的商業化柴油機，熱效率達到50.26%，并制定了向柴油機55%熱效率目标邁進。為提高熱效率和降低發動機碳排放，可通過優化燃燒、減少損失、後處理優化和餘熱回收等技術去實現。

根據理論的計算，如果将熱效率從50%繼續提高到55%，柴油發動機的油耗将下降17%，相對應碳排可減少17%，熱效率的提升對節能減排的效果顯著。

01

優化燃燒

優化燃燒主要通過燃燒過程優化、噴油優化、進氣優化和傳熱優化等方式綜合實現。

1.1 燃燒過程優化可通過提高壓縮比、燃燒室結構優化 、均質充量壓燃燃燒HCCI 和燃油反應活性控制壓燃技術RCCI等技術實現。一般來說，壓縮比越高的發動機功率越大，效率越高，燃油經濟性方面也會好一些。如壓縮比由18.5提高到20.5，油耗相應降低1%~3%。HCCI是均勻的可燃混合氣在氣缸内被壓縮直至自行着火燃燒的方式。随着壓縮過程的進行，氣缸内的溫度和壓力不斷升高，已混合均勻或基本混合均勻的可燃混合氣多點同時達到自燃條件，使燃燒在多點同時發生，而且沒有明顯的火焰前鋒，燃燒反應迅速，燃燒溫度低且分布較均勻，因而，隻生成極少的NOx和微粒（PM），在低負荷時具有很高的熱效率。

1.2 噴油優化可通過提高噴油壓力、增加噴油次數、可變噴油規律、優化噴孔設計、加強燃油霧化和提高噴油速率等技術實現。在全負荷工況，通過提高噴油壓力來增加燃油速率比增大噴孔直徑更有優勢，這主要是由于較小的噴孔直徑可以改善空氣卷吸。當發動機的熱機負荷受到更大限制，且有增壓系統時，提高噴油壓力體現的優勢更加突出。

提高噴油壓力

1.3 進氣優化可通過增壓器匹配、可變氣門技術、優化配氣機構、低渦流比氣道和進氣節流閥與EGR聯合控制等技術實現。可變氣門技術通過配備的控制及執行系統，對發動機凸輪的相位或者氣門升程進行調節，從而達到優化發動機配氣過程的目的。

可變氣門技術

1.4 傳熱優化可通過隔熱塗層（燃燒室、氣缸蓋）和較小的面容比（A/V）等技術實現。

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減少損失

減少損失主要通過①減少摩擦面積：活塞裙部、活塞環高度、軸瓦寬度等；②減摩新工藝：減磨鍍層、感應淬火、等離子噴塗、表面組織結構構等；③分區潤滑、低粘度潤滑油和電控附件等方式綜合實現。

03

後處理優化

後處理優化主要通過非對稱薄壁DPF、DPF被動再生、降低SCR起燃溫度、緊耦合SCR和SCR混合器優化等方式綜合實現。當發動機在高轉速高負荷區域運轉時，發動機排溫會比較高，尾氣中的NO經過DOC後會氧化成NO2,NO2在DPF内部與捕集的C顆粒發生發應，生成氣态污染物排出；DPF被動再生主要受制于發動機的排溫，而發動機的轉速和負荷率越高，排溫會越高，但同時發動機的C原排也會相應增大，所以整車在使用過程中要兼顧發動機轉速和發動機的負荷率。

04

餘熱回收

餘熱回收主要通過熱能溫差發電、動力渦輪技術、超級渦輪技術和朗肯循環技術等方式實現。

4.1 熱能溫差發電：将兩種不同材質的金屬導線連接在一起，組成一個閉環回路，當加熱導線連接處其中一個節點時，回路中會産生電流；如果将任意兩種金屬或半導體的一端結合在一起，另一端保持開路狀态，當兩端存在溫差時，則開路端産生電動勢，這種效應稱為塞貝克效應。溫差發電就是基于溫差發電材料的塞貝爾克效應，實現熱能到電能的直接轉化。具有無轉動部件、體積小、壽命長、環境友好等特點。

4.2 動力渦輪技術：

4.3 超級渦輪技術：

4.4 朗肯循環技術：朗肯循環是指以水蒸氣作為制冷劑的一種實際的循環過程，主要包括等熵壓縮、等壓冷凝、等熵膨脹、以及一個等壓吸熱過程。可以用來制熱，也可以用來制冷。朗肯循環技術作為回收内燃機餘熱能的一種有效手段,受到内燃機研究領域的高度重視。朗肯循環系統由于自身存在多模式強動态特征,如何在發動機複雜工況條件下發揮其節油潛力,是這項技術應用所面臨的重要問題。

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