中国工程科技论坛 内燃机节能减排技术发展战略 Neiranji jieneng Jianpai Jishu Fazhan Zhanlue 高裳散育岀版社·北京
书 中国工程科技论坛 内燃机节能减排技术发展战略 NeiranjiJienengJianpaiJishuFazhanZhanlue
内容简介 本书是中国工程院“中国工程科技论坛”系列丛书之一。书中汇聚 了我国内燃机和机械制造领域十余名专家、学者以内燃机节能减排为主题 的最新学术研究成果报告,内容包括内燃机节能减排现状和存在问题、内 燃机热效率提高潜力及途径、车用发动机节能技术路线、石油燃料及替代 燃料燃烧技术、内燃机绿色制造、内燃机精密制造技术等。报告成果是 内燃机领域众多专家学者研讨的结果,代表着相关领域的最高学术水平 本书将为各高校、研究院所及企业技术研发中心的中、高级技术人员 的学术研究提供导向参考作用,特别将有助于相关学科的博士、硕士研究 生及本科生学术方向的选择与把握。知名专家展示的前沿学术研究成果 将成为引领行业进步的源动力,为内燃机行业技术进步和转型升级发挥积 图书在版编目(CIP)数据 内燃机节能减排技术发展战略中国工程院编著. 北京:高等教育出版社,2014.11 中国工程科技论坛 ISBN978-7-04-041257-4 Ⅰ.①内…Ⅱ.①中…Ⅲ.①内燃机-节能-技术发 展-发展战略一中国Ⅳ.①TK407 中国版本图书馆CP数据核字(2014)第244038号 总策划樊代明 策划编辑王国祥黄慧靖 责任编辑黄慧靖 封面设计顾斌 责任印制 出版发行高等教育出版社 网址hp:∥/www.hep.edu 社址北京市西城区德外大街4号 邮改编码100120 网上订购htp://www.landrace.com 印刷 http://www.landraco.commen 开本787mmx1092mml/16 印张 版次2014年11月第1版 字数干字 印次2014年11月第1次印刷 购书热线010-58581118 定价60.00元 咨询电话400-810-0598 本书如有缺页、倒页、脱页等质量问题,请到所购图书销售部门联系调换 版权所有侵权必究 物料号41257-00
内容简介 !"#$%&'()$%&'*+,-./01"234 "$56 78%9:;?@ABCDEFGHIJ9:;KLMNOPQ RSTHUVWXYZ[\9]^_9:;KLMN`a?G9:;}~>?+U4 Z[XY# 9:;@AEFHIVRY\y @ARSiHU4 !"OiGVW(l+UVq$R$Gi+U RHUVWhp\H*R G¡ VW ¢l!*¢HU£R¤¥¦§¨4 ©DEFª«R¬HUVWXY XO®@¯°±R²rk\O9:;¯+U°±?89@ @ A BCDEFGHIJK 4L MN#O 100120 6 P Q R 787mmS 1092mm 1/16 6 . T U VT WXYZ 010-58581118 [\]^ 400-810-0598 _ A http://wwwhepeducn http://wwwhepcomcn _`aW http://wwwlandracocom http://wwwlandracocomcn 9 b 2014c 11de 19 6 b 2014c 11de 1b6P f g 60.00h RXijklmnlmol=pqrstuvwWxXyz{|}~ 9wj L 41257-00
编辑委员会 主任:黄其励倪维斗苏万华 顾问委员(按姓氏笔画排序) 林忠钦金东寒闻雪友秦裕琨徐大懋 翁史烈郭孔辉郭东明蒋洪德 委员(按姓氏笔画排序) 王建昕邢敏尧命发刘福水阳树毅 佟德辉姚春德贾堤黄震黄佐华 秘书:裴毅强
书 编辑委员会 主 任:黄其励 倪维斗 苏万华 顾问委员(按姓氏笔画排序): 林忠钦 金东寒 闻雪友 秦裕琨 徐大懋 翁史烈 郭孔辉 郭东明 蒋洪德 委 员(按姓氏笔画排序): 王建昕 邢 敏 尧命发 刘福水 阳树毅 佟德辉 姚春德 贾 堤 黄 震 黄佐华 秘 书:裴毅强
目录 第一部分综述 综述 3 第二部分致辞 提高能效降低排放重视替代燃料促进产业发展…… 谢克昌9 第三部分主题报告及报告人简介 内燃机工业节能减排的现状、问题和建议 邢敏15 内燃机热效率潜力及提高途径探索 尧命发29 车用汽油机热效率潜力及提高途径探索 刘敬平44 柴油机热效率潜力及提高途径探索 刘忠长75 车用发动机节能路线 …李康106 内燃机石油燃料及替代燃料和基于燃料特性的燃烧技术 黄震119 内燃机的绿色制造发展战略思考 佟德辉154 发动机精密制造2μm工程 林忠钦174 第四部分论坛研究报告 提高我国内燃机节能减排技术创新能力的建议 苏万华倪维斗秦裕琨黄其励199 附录主要参会人员名单 205 后记 211
目 录 第一部分 综述 综述 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 3 第二部分 致辞 提高能效 降低排放 重视替代燃料 促进产业发展 !!!!! 谢克昌 9 第三部分 主题报告及报告人简介 内燃机工业节能减排的现状、问题和建议 !!!!!!!!!! 邢 敏 15 内燃机热效率潜力及提高途径探索!!!!!!!!!!!!! 尧命发 29 车用汽油机热效率潜力及提高途径探索!!!!!!!!!!! 刘敬平 44 柴油机热效率潜力及提高途径探索!!!!!!!!!!!!! 刘忠长 75 车用发动机节能路线!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 李 康 106 内燃机石油燃料及替代燃料和基于燃料特性的燃烧技术!!!! 黄 震 119 内燃机的绿色制造发展战略思考!!!!!!!!!!!!!! 佟德辉 154 发动机精密制造 2μm工程 !!!!!!!!!!!!!!!! 林忠钦 174 第四部分 论坛研究报告 提高我国内燃机节能减排技术创新能力的建议 !!!!!!!!!!!!!! 苏万华 倪维斗 秦裕琨 黄其励 199 附录 主要参会人员名单!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 205 后记!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 211
第一部分 综述
书 第一部分 综 述
综述3 综述 2013年9月27日,第168场中国工程科技论坛“内燃机节能减排技术发展 战略”在天津举行。本次论坛由中国工程院主办,中国工程院能源与矿业工程学 部、天津大学、中国内燃机工业协会、中国内燃机学会联合承办。论坛就我国内 燃机节能减排、热效率提升、技术创新、绿色制造以及石油燃料及替代展开高层 次的研讨。 中国工程院副院长谢克昌院士与天津大学李家俊校长出席论坛并致辞。中 国核工业集团公司核工业理化工程研究院科技委主任陈念念,中国石化股份公 司总工程师曹湘洪,上海交通大学常务副校长林忠钦,哈尔滨工业大学秦裕琨, 中国船舶重工集团第七○三研究所闻雪友,天津大学叶声华、余贻鑫等中国工程 院院土,中国工程院一局副巡视员杨丽,中国内燃机协会常务副会长、秘书长邢 敏,中国内燃机学会副理事长、秘书长阳树毅,上海交通大学副校长黄震,潍柴动 力股份有限公司副总裁佟德辉,中国一汽技术中心副总工程师李康,长安汽车工 程研究院副院长、动力硏究院院长詹樟松,广西玉柴机器股份有限公司工程研究 院副院长林铁坚,中国船舶重工集团公司第七一一研究所副所长冯明志,绿能控 股集团董事长张孔明以及来自企业和高校的技术人员、在校研究生200余人参 加了论坛。大会主席、中国工程院院士、天津大学教授苏万华主持开幕式。邢 敏、尧命发、李康、黄震、佟德辉、金隼等分别作了大会报告。 谢克昌院士在致辞中指出:能源是经济增长、社会发展的基本驱动力,能源 安全是国民经济发展的命脉。内燃机是国民经济建设和国防安全中最关键的动 力装备,在国民经济发展和国防安全中具有举足轻重的地位。加快推进内燃机 工业节能减排,对于保障我国能源安全、保护生态环境和应对气候变化具有重大 现实意义,也是贯彻落实十八大精神的重要战略举措。他表示希望与会院士专 家围绕“内燃机节能减排、绿色制造、技术创新、热效率提升以及石油燃料及替 代”的论坛主题,通过深入交流和研讨,为内燃机节能减排技术取得进一步突破 做出贡献。 李家俊校长在致辞中介绍了天津大学与中国工程院合作的主要成果和天津 大学内燃机专业的发展历程。他表示,天津市重工业的比重较大,内燃机工业是 重工业的重要一环。希望来自内燃机领域的学术界、产业界和社会各界的专家 学者围绕内燃机节能减排技术中的重大问题,深入交流研讨,推动创新成果工程
综 述 2013年 9月 27日,第 168场中国工程科技论坛“内燃机节能减排技术发展 战略”在天津举行。本次论坛由中国工程院主办,中国工程院能源与矿业工程学 部、天津大学、中国内燃机工业协会、中国内燃机学会联合承办。论坛就我国内 燃机节能减排、热效率提升、技术创新、绿色制造以及石油燃料及替代展开高层 次的研讨。 中国工程院副院长谢克昌院士与天津大学李家俊校长出席论坛并致辞。中 国核工业集团公司核工业理化工程研究院科技委主任陈念念,中国石化股份公 司总工程师曹湘洪,上海交通大学常务副校长林忠钦,哈尔滨工业大学秦裕琨, 中国船舶重工集团第七三研究所闻雪友,天津大学叶声华、余贻鑫等中国工程 院院士,中国工程院一局副巡视员杨丽,中国内燃机协会常务副会长、秘书长邢 敏,中国内燃机学会副理事长、秘书长阳树毅,上海交通大学副校长黄震,潍柴动 力股份有限公司副总裁佟德辉,中国一汽技术中心副总工程师李康,长安汽车工 程研究院副院长、动力研究院院长詹樟松,广西玉柴机器股份有限公司工程研究 院副院长林铁坚,中国船舶重工集团公司第七一一研究所副所长冯明志,绿能控 股集团董事长张孔明以及来自企业和高校的技术人员、在校研究生 200余人参 加了论坛。大会主席、中国工程院院士、天津大学教授苏万华主持开幕式。邢 敏、尧命发、李康、黄震、佟德辉、金隼等分别作了大会报告。 谢克昌院士在致辞中指出:能源是经济增长、社会发展的基本驱动力,能源 安全是国民经济发展的命脉。内燃机是国民经济建设和国防安全中最关键的动 力装备,在国民经济发展和国防安全中具有举足轻重的地位。加快推进内燃机 工业节能减排,对于保障我国能源安全、保护生态环境和应对气候变化具有重大 现实意义,也是贯彻落实十八大精神的重要战略举措。他表示希望与会院士专 家围绕 “内燃机节能减排、绿色制造、技术创新、热效率提升以及石油燃料及替 代”的论坛主题,通过深入交流和研讨,为内燃机节能减排技术取得进一步突破 做出贡献。 李家俊校长在致辞中介绍了天津大学与中国工程院合作的主要成果和天津 大学内燃机专业的发展历程。他表示,天津市重工业的比重较大,内燃机工业是 重工业的重要一环。希望来自内燃机领域的学术界、产业界和社会各界的专家 学者围绕内燃机节能减排技术中的重大问题,深入交流研讨,推动创新成果工程 综述 3
4中国工程科技论坛:内燃机节能减排技术发展战略 化、产业化,为天津的科学发展、建设“美丽天津”做出新的更大的贡献 中国内燃机协会常务副会长、秘书长邢敏作了题为“内燃机工业节能减排的 现状、问题和建议”的报告。报告结合内燃机工业节能减排的现状和问题,提出 解决提升内燃机能效水平共性关键冋题、降低内燃机产品从生产到终端使用全 过程能源资源消耗、推动替代能源内燃机产品发展、完善内燃机产业相关政策法 规四个方面的发展建议。 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室主任尧命发教授作了题为“内燃机 热效率潜力及提高途径探索”的报告。报告从内燃机热效率现状、国外关于内燃 机热效率潜力探讨、国内外提高内燃机热效率创新研究进展出发,提出内燃机仍 有很大的节能潜力,提高热效率、降低燃油消耗已成为新一轮内燃机技术国际竞 赛的发展方向,是先进内燃机技术研究的重点。在内燃机结构不作大的变化条 件下,内燃机有效热效率突破60%是内燃机节能技术发展的目标。我国要进 步营造有利于创新的氛围,通过政府政策支持和产学研合作,进一步提升创新能 力,将创新技术转化为产业技术,尽快将我国内燃机产品达到国际内燃机节能产 品的水平。 中国一汽技术中心副总工程师李康博士作了题为“车用发动机节能路线” 的报告,报告从商用车节能的角度出发,对发动机节能技术、高效燃烧技术、氮氧 化物排放控制、低温燃烧、排气能量回收、重型商用车使用工况、牵引车细分市场 使用工况特征进行了分析,介绍了一汽整车节能技术路线。 上海交通大学副校长、动力机械与工程教育部重点实验室主任黄震教授作 了题为“内燃机石油燃料及替代燃料和基于燃料特性的燃烧技术”的报告。报 告对天然气、生物柴油、燃料乙醇、醇醚燃料、甲醇、二甲醚、煤制油等代用燃料的 原料来料、工业制备、相关发动机研制及应用前景进行了深入分析,提出在我国 石油对外依存度高达58%的严峻形势下,发展替代燃料对于保证我国能源安全 的重要性。根据我国能源资源分布不均、地区差异明显的特点,要因地制宜,多 元发展,对替代燃料要从全生命周期角度全面评价其能耗、环境等因素影响。 潍柴动力股份有限公司副总裁佟德辉博士作了题为“内燃机的绿色制造发 展战略思考”的报告。从内燃机的绿色制造发展战略角度对内燃机制造和再制 造过程进行了能耗、废砂、废气、废液排放的分析。报告指出,从综合数据来看, 我国内燃机制造过程中消耗的能量是工业发达国家的2倍左右,铸造环节产生 的废气是工业发达国家的3~5倍。要实现内燃机绿色制造,必须解决轻量化、 热加工、机械加工、整机测试、再制造等各环节的关键技术。 上海交通大学金隼教授代表林忠钦院士作了题为“发动机精密制造2μm 工程”的报告。报告指出,发动机制造精度对产品服役性能具有至关重要影响
化、产业化,为天津的科学发展、建设“美丽天津”做出新的更大的贡献。 中国内燃机协会常务副会长、秘书长邢敏作了题为“内燃机工业节能减排的 现状、问题和建议”的报告。报告结合内燃机工业节能减排的现状和问题,提出 解决提升内燃机能效水平共性关键问题、降低内燃机产品从生产到终端使用全 过程能源资源消耗、推动替代能源内燃机产品发展、完善内燃机产业相关政策法 规四个方面的发展建议。 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室主任尧命发教授作了题为“内燃机 热效率潜力及提高途径探索”的报告。报告从内燃机热效率现状、国外关于内燃 机热效率潜力探讨、国内外提高内燃机热效率创新研究进展出发,提出内燃机仍 有很大的节能潜力,提高热效率、降低燃油消耗已成为新一轮内燃机技术国际竞 赛的发展方向,是先进内燃机技术研究的重点。在内燃机结构不作大的变化条 件下,内燃机有效热效率突破 60%是内燃机节能技术发展的目标。我国要进一 步营造有利于创新的氛围,通过政府政策支持和产学研合作,进一步提升创新能 力,将创新技术转化为产业技术,尽快将我国内燃机产品达到国际内燃机节能产 品的水平。 中国一汽技术中心副总工程师李康博士作了题为“车用发动机节能路线” 的报告,报告从商用车节能的角度出发,对发动机节能技术、高效燃烧技术、氮氧 化物排放控制、低温燃烧、排气能量回收、重型商用车使用工况、牵引车细分市场 使用工况特征进行了分析,介绍了一汽整车节能技术路线。 上海交通大学副校长、动力机械与工程教育部重点实验室主任黄震教授作 了题为“内燃机石油燃料及替代燃料和基于燃料特性的燃烧技术”的报告。报 告对天然气、生物柴油、燃料乙醇、醇醚燃料、甲醇、二甲醚、煤制油等代用燃料的 原料来料、工业制备、相关发动机研制及应用前景进行了深入分析,提出在我国 石油对外依存度高达 58%的严峻形势下,发展替代燃料对于保证我国能源安全 的重要性。根据我国能源资源分布不均、地区差异明显的特点,要因地制宜,多 元发展,对替代燃料要从全生命周期角度全面评价其能耗、环境等因素影响。 潍柴动力股份有限公司副总裁佟德辉博士作了题为“内燃机的绿色制造发 展战略思考”的报告。从内燃机的绿色制造发展战略角度对内燃机制造和再制 造过程进行了能耗、废砂、废气、废液排放的分析。报告指出,从综合数据来看, 我国内燃机制造过程中消耗的能量是工业发达国家的 2倍左右,铸造环节产生 的废气是工业发达国家的 3~5倍。要实现内燃机绿色制造,必须解决轻量化、 热加工、机械加工、整机测试、再制造等各环节的关键技术。 上海交通大学金隼教授代表林忠钦院士作了题为“发动机精密制造 2μm 工程”的报告。报告指出,发动机制造精度对产品服役性能具有至关重要影响。 4 中国工程科技论坛:内燃机节能减排技术发展战略
综述5 2μm工程”针对发动机自主开发的重大需求,探索微米级尺度下零件制造精度 与产品使用性能之间映射规律的基础科学问题,掌握公差设计、工艺装备、精密 测量、质量控制、生产线布局等核心技术,构建以“高精度、高效率、低成本”为特 色的新一代发动机精密制造技术体系与方法,在汽车发动机产品开发中初步验 证了研究的可行性和有效性。2μm工程通过具有国际先进水平的新一代发动 机制造工艺和装备研发,提升大批量制造产品质量、降低制造成本。 在论坛报告交流过程中,会场气氛热烈,学术氛围浓郁。院士、专家们围绕 主题,结合论坛报告积极踊跃发言、提问。对我国内燃机节能减排、技术创新战 略与方向进行了深人交流和探讨。经过硏讨,与会院士、专家对建立内燃机节能 减排的基础研究、先进技术研究和产品开发的多层面协同创新机制达成了共识, 并表示将积极为内燃机产业的发展贡献力量
“2μm工程”针对发动机自主开发的重大需求,探索微米级尺度下零件制造精度 与产品使用性能之间映射规律的基础科学问题,掌握公差设计、工艺装备、精密 测量、质量控制、生产线布局等核心技术,构建以“高精度、高效率、低成本”为特 色的新一代发动机精密制造技术体系与方法,在汽车发动机产品开发中初步验 证了研究的可行性和有效性。2μm工程通过具有国际先进水平的新一代发动 机制造工艺和装备研发,提升大批量制造产品质量、降低制造成本。 在论坛报告交流过程中,会场气氛热烈,学术氛围浓郁。院士、专家们围绕 主题,结合论坛报告积极踊跃发言、提问。对我国内燃机节能减排、技术创新战 略与方向进行了深入交流和探讨。经过研讨,与会院士、专家对建立内燃机节能 减排的基础研究、先进技术研究和产品开发的多层面协同创新机制达成了共识, 并表示将积极为内燃机产业的发展贡献力量。 综述 5
第二部分 致辞
第二部分 致 辞
提高能效降低排放重视替代燃料促进产业发展9 提高能效降低排放重视替代燃料 促进产业发展 谢克昌 中国工程院 各位院士、专家、同志们 大家上午好! 由中国工程院主办的第168场中国工程科技论坛——“内燃机节能减排技 术发展战略”,今天在天津隆重举办。受中国工程院周济院长委托,我谨代表中 国工程院对本次论坛的成功召开表示热烈祝贺,对参加本次论坛的各位领导、院 士、专家表示热烈的欢迎,对天津大学、中国内燃机工业协会、中国内燃机学会等 承办单位的大力支持表示衷心的感谢! 能源是经济增长、社会发展的基本驱动力,是人类赖以生存的物质基础,能 源安全是国民经济发展的命脉。党的十八大报告明确提出,要推动能源生产和 消费革命,确保国家能源安全。内燃机是国民经济建设和国防安全中最关键的 动力装备,在国民经济发展和国防安全中具有举足轻重的地位。2012年,我国 石油消费4.76亿t,其中,进口2.71亿t,对外依存度近57%;2011年,我国仅机 动车就排放颗粒物62.1万t,氮氧化合物637.5万t,碳氢化合物441.3万t。加 快推进内燃机工业节能减排,对于保障我国能源安全、保护生态环境和应对气候 变化具有重大现实意义,也是贯彻落实党的十八大精神的重要战略举措。 中国工程院是我国工程科技界最高荣誉性、咨询性学术机构,是国家工程科 技思想库,组织院士开展战略咨询、学术引领、科技服务和人才培养是发挥思想 库作用的重要途径。中国工程科技论坛自2000年创办以来,吸引了一大批院 士、专家参加论坛进行学术交流。经过10多年的努力,该论坛已成为我国工程 技术领域重要的交流平台,在引领我国工程技术发展方向,培养工程科技人才 服务国计民生建设等方面发挥了巨大作用。中国工程院与天津市较早地签署了 院地战略合作协议,双方开展了大量紧密务实、卓有成效的合作,取得了一系列 重要成果,并成功主办了“核能发展的再研究”等多场中国工程科技论坛。 近年来,天津市各项事业取得巨大成就,逐步建立了符合天津实际的科技创
提高能效 降低排放 重视替代燃料 促进产业发展 谢克昌 中国工程院 各位院士、专家、同志们: 大家上午好! 由中国工程院主办的第 168场中国工程科技论坛———“内燃机节能减排技 术发展战略”,今天在天津隆重举办。受中国工程院周济院长委托,我谨代表中 国工程院对本次论坛的成功召开表示热烈祝贺,对参加本次论坛的各位领导、院 士、专家表示热烈的欢迎,对天津大学、中国内燃机工业协会、中国内燃机学会等 承办单位的大力支持表示衷心的感谢! 能源是经济增长、社会发展的基本驱动力,是人类赖以生存的物质基础,能 源安全是国民经济发展的命脉。党的十八大报告明确提出,要推动能源生产和 消费革命,确保国家能源安全。内燃机是国民经济建设和国防安全中最关键的 动力装备,在国民经济发展和国防安全中具有举足轻重的地位。2012年,我国 石油消费 476亿 t,其中,进口 271亿 t,对外依存度近 57%;2011年,我国仅机 动车就排放颗粒物 621万 t,氮氧化合物 6375万 t,碳氢化合物 4413万 t。加 快推进内燃机工业节能减排,对于保障我国能源安全、保护生态环境和应对气候 变化具有重大现实意义,也是贯彻落实党的十八大精神的重要战略举措。 中国工程院是我国工程科技界最高荣誉性、咨询性学术机构,是国家工程科 技思想库,组织院士开展战略咨询、学术引领、科技服务和人才培养是发挥思想 库作用的重要途径。中国工程科技论坛自 2000年创办以来,吸引了一大批院 士、专家参加论坛进行学术交流。经过 10多年的努力,该论坛已成为我国工程 技术领域重要的交流平台,在引领我国工程技术发展方向,培养工程科技人才, 服务国计民生建设等方面发挥了巨大作用。中国工程院与天津市较早地签署了 院地战略合作协议,双方开展了大量紧密务实、卓有成效的合作,取得了一系列 重要成果,并成功主办了“核能发展的再研究”等多场中国工程科技论坛。 近年来,天津市各项事业取得巨大成就,逐步建立了符合天津实际的科技创 提高能效 降低排放 重视替代燃料 促进产业发展 9