重型柴油發(fā)動機是大氣污染的主要來源之一，在節(jié)能減排的政策大背景下，降低重型柴油發(fā)動機在實際運行過程中的碳排放和提升燃油經(jīng)濟性，成為了各大柴油發(fā)動機廠在技術路徑上需要重點研究的問題。除提高發(fā)動機熱效率外，通過集成化、電氣化和智能化等技術手段，也可以有效的降低柴油發(fā)動機在實際運行過程中的碳排放和提升燃油經(jīng)濟性。

一

集成化

集成化方面，重型柴油機的動力總成可通過“大排量發(fā)動機＋多檔位變速器＋單級小速比驅(qū)動橋”的組合集成實現(xiàn)節(jié)能減排，這也是國內(nèi)的發(fā)動機廠濰柴的創(chuàng)造性成果，也是顛覆了行業(yè)內(nèi)只有小排量發(fā)動機才能節(jié)能的傳統(tǒng)認識，攻克了動力性和經(jīng)濟性相互制約的技術難題，實現(xiàn)了動力性和經(jīng)濟性的同步提升。這種動力總成的集成化，非常適用于長途干線運輸?shù)闹乜恳嚕笈帕看篑R力的柴油發(fā)動機搭配小速比的后橋（后橋速比是與車輛行駛速度成反比的，速比越小，速度越快，但同時車輛的扭矩也就越小），小速比后橋讓重卡牽引車在長途干線運輸中既能獲得更高更快的行駛速度，而大排量大馬力的柴油發(fā)動機又能保證一定的驅(qū)動動力能力。同時再與一個ATM直接擋變速箱進行匹配，直接擋變速器傳遞效率最高，形成了一條長途干線物流的黃金動力鏈，能夠使得車輛更加省油。

如濰柴的黃金動力鏈“濰柴13G加強版發(fā)動機+法士特1810集成化AMT自動變速器+漢德HDZ425單級減速驅(qū)動橋”的集成化動力總成。濰柴動力13G加強版發(fā)動機，排量13L，功率從480馬力到650馬力全覆蓋，最大扭矩2650N·m, 最大扭矩轉(zhuǎn)速延伸至950r/min，缸體、連桿、曲軸、活塞等關鍵部位進行了加強和優(yōu)化，B10壽命提升到了180萬公里，保養(yǎng)里程12萬公里，其可靠性、油耗、噪音、輕量化等指標均領先行業(yè)競品。而就法士特1810集成化AMT自動變速器來說，它實現(xiàn)了機械硬件與電控硬件的深度集成，提升系統(tǒng)性能和可靠性，相比國內(nèi)現(xiàn)有AMT，具有明顯的技術優(yōu)勢；漢德HDZ425單級減速驅(qū)動橋，重量較競品同類產(chǎn)品輕10%以上，傳動效率與國際車橋水平相當,較競品同類產(chǎn)品高出3%。

同時通過變斜率踏板特性控制技術，實現(xiàn)動態(tài)的節(jié)能減排。

二

電動化

電動化方面，可通過48V微混技術和混動技術等實現(xiàn)節(jié)能減排。

2.1

48V微混技術

所謂48V微混系統(tǒng)，最大的變化有兩點：1、采用了鋰離子電池代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉛酸電池；2、用BSG、ISG、ISA電機與發(fā)動機并聯(lián)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的啟動電機和發(fā)電機。即使得重型柴油發(fā)動機與48V電池、48V起動、48V發(fā)電機以及相應的控制模塊匹配。重型柴油發(fā)動機使用48V微混系統(tǒng)，將更容易啟動和停止車輛以及驅(qū)動空調(diào)壓縮機運行。這使得發(fā)動機可以減少空轉(zhuǎn)時的燃料消耗，減少排放，并且也有利于動能的回收。

2.2、混動技術

混動重卡的動力系統(tǒng)以“單電機+AMT”的并聯(lián)混合動力為主，根據(jù)整車運營場景要求，可選插電或不插電方案；車輛具備純電動、常規(guī)動力和混合動力三種驅(qū)動模式。采用電機起步、縮短車輛起步時間；通過電機助力、提高車輛的加速能力和運營效率；車輛減速制動時，電機回收制動能量（儲存至動力電池，可再次用于驅(qū)動），可節(jié)省燃油消耗、提升車輛的運營效益。

三

智能化

智能化方面，主要指的是發(fā)動機控制技術，可通過預測性控制技術和自尋優(yōu)控制技術等實現(xiàn)節(jié)能減排。

3.1

預測性控制技術

利用ECU的優(yōu)勢，創(chuàng)造性地開發(fā)出一系列更加精準控制的預測模型，預測性地估算車輛在前方道路的動力需求，并將其量化成動力需求系數(shù)，得到發(fā)動機的理論經(jīng)濟空燃比表和目標扭矩限制表，并根據(jù)當前的進氣流量和燃油流量實時估算當前工況下理論經(jīng)濟空燃比，從而通過車輛工況判斷邏輯得到預測性巡航控制期望的車輛狀態(tài)，并通過計算目標噴油流量，得到最終目標扭矩限制，傳送至發(fā)動機控制器。

預測性控制技術通過對發(fā)動機扭矩的優(yōu)化和干預控制，減少了額外扭矩的浪費，使得發(fā)動機扭矩接近經(jīng)濟工作點且平滑變化，避免了多余的制動減速，改善了燃油經(jīng)濟性。也就是說可以使柴油機工作的每一部分區(qū)域均能夠更加高效，實現(xiàn)在將要上坡時提前加速，在將要下坡時實現(xiàn)提前減速，達到節(jié)能減排的效果。

3.2

自尋優(yōu)控制技術

主機廠在出廠前的標定試驗中，建立發(fā)動機萬有特性曲線和變速箱當前車速不同擋位下發(fā)動機轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的基礎數(shù)據(jù)庫。如果外部環(huán)境和內(nèi)部條件不發(fā)生過大變化，原有的控制參數(shù)理論上可以在當前車速下尋找合適擋位，使得對應的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩滿足發(fā)動機燃油消耗最優(yōu)。而為了應對工況變化，在此基礎庫之外，建立一個動態(tài)變化的數(shù)據(jù)庫，實時計算一段時間內(nèi)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速-油耗對應關系，及同一車速在各擋位下對應的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩關系等。車輛運行中，按照基礎數(shù)據(jù)庫計算當前車速在實際擋位下的理論燃油消耗值，并使動態(tài)數(shù)據(jù)庫記錄實際的油耗值，如果二者的差值超過一定閾值，則判定原有的控制參數(shù)已不再準確、即出現(xiàn)了“控制差異”情況，報出此種錯誤狀態(tài)。錯誤狀態(tài)報出后，可選擇進行重新學習相關參數(shù)，重新決策最佳擋位，以適應新的工況。協(xié)同自適應最佳擋位自尋優(yōu)控制原理圖見下。

注：文章中引用數(shù)據(jù)和圖片來源網(wǎng)絡