可变进气歧管在发动机部分负荷工况降低C02排放的潜力

可变进气歧管除了能提高发动机的全负荷工况性能外,还对部分负荷工况性能有益处。在MANN4-HUMMEI。公司和IAV公司的共同研究项目中,研究人员在现有的2款汽油机上,按新欧洲行驶循环验证了可变进气歧管降低CO2排放和燃油耗的潜力。     

燃料着火性对预混合压缩着火燃烧特性的影响

研究目的是为预混合压缩着火燃烧方式建议一种最适宜的燃料特性。在一台单缸试验发动机上探讨了燃料着火性对废气排放和燃油耗的影响。研究结果表明，降低燃料着火性（十六烷值）可以增加预混合周期，因而不容易形成碳烟，并可将着火时刻向上止点延迟。所以，可以在改善排放和燃油耗的同时扩大柴油机的工况范围。     

进气参数对涡轮增压柴油机性能及排放的影响

涡轮增压柴油机的燃烧和排放性能在很大程度上受进气管增压空气参数(诸如进气总管空气压力和温度)的影响。为更深入地了解两种进气变量之间的关系及其对增压柴油机缸内燃烧和输出性能(包括燃油效率和排放)的影响,进行了分析和试验研究,本文概述其研究结果。了解和描述了进气总管状态对缸内燃烧性能参数的影响。研究指出,进气总管空气压力和温度是紧密相关的,与部分负荷工况或自然吸气柴油机相比,增压柴油机高负荷工况下两者有更强的依赖关系增压柴油机全负荷下进气总管空气温度改变时,总管空气压力亦随之变化,并且因此增压空气密度、柴油机效率和CO以及排烟都将发生变化,而NOx的变化相对来说更为明显。只改变进气总管空气压力,则性能和排放在部分负荷下的变化情况不同于全负荷。在进气总管温度保持不变的情况下,得出了进气总管空气压力随柴油机进口空气温度(即环境温度)的简单的变化关系式。还通过试验对进气总管空气变量对柴油机燃烧及其性能和排放的总的影响进行了研究。分析得出的预测值与试验值非常吻合。     

试验性的废气再循环系统在EMD 12-645E3型机车柴油机上的应用

本文研究在一台EMD公司的1715kW、二冲程、12-645E3型柴油机上采用废气再循环（EGR）、独立回路后冷却器和延迟喷油定时在减少排放和降低燃油消耗方面的优点,该型柴油机在北美广泛应用于船舶和机车。试验结果表明,采用EGR、4°静态喷油定时延迟和最低进气歧管温度,使得在US-EPA（美国环保局）干线牵引工作循环下...     

直喷式柴油机燃用柴油和生物柴油时的高均质压燃技术

在直喷式柴油机上很难实现高均质压燃。其主要原因是很难实现燃油充分气化和存在燃油喷雾撞壁问题。这种燃烧状况还会因压力升高率增加而限制最大运转负荷。与常规的燃烧过程相比,均质压燃的碳氢（HC）和一氧化碳（CO）排放会明显升高,且排放值很高。在一台直喷式柴油机上研究了2种实现高均质压燃的方法：采用日产公司MK型喷油系统和提早喷油。利用一台普通2L4缸共轨柴油机,以18．4和14．4的压缩比分别研究了喷油压力、喷油定时、废气再循环（EGR）率、EGR冷却器效率和压缩比的影响。鉴于目前人们对生物燃料的兴趣,结合高均质压燃方式,采用柴油和生物柴油,研究了燃料氧化特性对HC、CO、碳烟和氮氧化物（NO：）排放的影响。通过测量气态排放物、滤纸烟度值和压力进行研究。并用缸内压力计算出放热率和缸内压力升高率。减小压缩比能扩大高均质压燃充量的运行范围。在低负荷时,柴油和生物柴油的NOx和碳烟排放均可忽略不计。燃用生物柴油能使HC和CO排放减少。在高负荷时,碳烟排放变得较高,而燃用生物柴油则能使碳烟排放减少。简要介绍了实现低排放的几种柴油直喷方式,并分析了含氧生物柴油对这些燃烧方式的适应性。     

通过优化热管理降低涡轮增压直接喷射汽油机的二氧化碳排放

在Behr、Behr—Hella热管理和AVL三家公司共同合作的项目中,为降低涡轮增压直接喷射汽油机的二氧化碳排放,对各种热管理技术进行了试验研究。通过对外部废气再循环的冷却,能在发动机典型的工作点部分负荷时使燃油耗降低5％,在全负荷时由于避免了加浓而使燃油耗下降18％。在实际运行中可节省燃油约6％。在暖机阶段,通过停止冷却液的供给使新欧洲行驶循环中的燃油耗进一步降低约3％。此外,发动机试验表明,通过按工况控制的节温器在不同的负荷点改变冷却液温度（最大为10K）能进一步挖掘降低燃油耗的潜力1．4％。     

摩擦功率优化的发动机活塞环组

立法者通过汽车排放法规确定了内燃机的发展方向。为了满足排放限值的要求,工业界对新的燃烧方法、机械效率的改善,以及新的排气后处理系统进行了研究。在由活塞、活塞环和气缸滑动表面所组成的摩擦系,即所谓的“动力单元”中,活塞环组具有巨大的降低燃油耗的潜力。Mahle公司得出结论,最佳的低摩擦功率活塞环组可使燃油耗降低5％。     

2010年柴油机排放控制回顾

从排放法规、发动机技术,以及氮氧化物（NOx）、颗粒、碳氢化合物（HC）和一氧化碳控制等方面扼要回顾了柴油机排放控制的最新进展。排放法规正在继续向前推进,美国加利福尼亚州可能会提出2016—2022年拟收紧70％的轻型车车队平均排放标准。轻型车和重型车发动机的二氧化碳（CO2）排放法规也都会收紧,这些法规对柴油机及其排放的影响可能会在未来延续很长时间。发动机技术正在顺应这些要求。小型柴油机试图在增强燃烧方面取得进展,以便能通过发动机的小型化来减少CO2排放。大型柴油机力求在硬件制造、减少NOx的控制和燃油耗之间取得最佳的平衡。迄今已发表了许多有关优化选择性催化还原（SCR）系统的报道,其中不少报道都提出,可以采用合适的还原剂管理和新的催化剂配方,以改善系统的低温性能。以HC为基础的减少NOx的技术侧重于稀NOx捕集器（LNT）和LNT＋SCR系统的研发,而LNT的标定策略是要产生供下游SCR使用的氨。采用柴油机颗粒过滤器（DPF）控制PM的技术非常有效。从再生策略、催化剂利用和基底材料设计等方面报道了DPF再生技术的进步。生物柴油对DPF功能的影响变得更为清晰。最后,针对SCR系统使用的下游催化型DPF生成的二氧化氮的影响,介绍了柴油机氧化催化器的试验研究情况。     

通过进气增氧燃烧降低机车柴油机NOx和颗粒排放

介绍一台供试验研究的机车柴油机(EMD 567B双缸机)通过进气增氧燃烧获得的运行和排放结果。在对进气氧浓度、供油量和喷射定时进行优化的情况下,颗粒和NOx排放量可同时降低。采用外源供氧,优化运行,颗粒和NOx排放量分别降低约60％和15％～20％。增氧燃烧还可提高总功率、降低最大爆发压力以及降低燃油消耗率。在标准峰值爆发压力下,总功率增大约15％～20％,而总燃油消耗率降低2％～10％(因负荷而异)。     

均质充量压燃发动机一氧化碳及碳氢排放的分析

欧6排放标准对减少氮氧化物（NOx）排放的要求迫使发动机制造商开发柴油机均质压燃（HCCI）燃烧过程。作为应对环境挑战一种有前途的方法,HCCI可同时减少NOx和颗粒排放。遗憾的是,HCCI燃烧通常使一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）排放增加。现在用于欧4车辆的常规氧化催化技术可能由于活性催化点的饱和而无法转化这些排放物。因此,必须利用新型催化剂或新生技术,把这些增加了的CO和HC排放降低到标准限制以下。研究在“新一代柴油机后处理”项目框架下由欧洲委员会资助进行。目的是开发先进的新型催化剂,以提高低温下CO及HC的转化效率,可能与基于低温等离子理念的新生技术相结合,适应HCCI特定的废气排放。介绍了初步研究结果：在HCCI燃烧下定义氧化催化剂的边界条件。为此,在1辆装有2．2L4缸机的乘用车上,对窄角直喷（NADITM）双模式发动机（低负荷下的HCCI燃烧转换到高负荷下的常规燃烧）的CO和HC排放特性做了详细研究。法规排放物（COx总碳氢）由标准气体分析装置测量,HC物种分析由连接在火焰离子化分析仪系统上的C1-C9气相色谱仪进行。此外,醛和酮的排放用高压液相色谱仪分析。结果表明,HCCI燃烧易造成比常规燃烧更高的甲烷排放,且高EGR率会导致较高的含氧物（尤其是甲醛）排放。假如醛在催化剂热起后容易转化,那么,甲烷在该温度下就不会被氧化。今后将确定HCCI专用高效氧化催化剂的成分,并制造催化剂和进行测试,以达到CO和HC排放标准。在排气管中还将安装低温等离子反应器以促进氧化反应。     

可变气门定时在高增压柴油机中的应用

对一种高增压柴油机进行了模拟试验，以调查可变气门定时对优化部分负荷工况产生的作用，用试验数据对模拟进行了比较，发现减少气门重叠度在部分负荷时是有利的，减少重叠的最有效的作法是延迟进气门的开启时间，若调整进气门相位以延迟进气门的开启时间，则可最有效地减少残留燃气倒流到进气歧管内。用一个单一凸轮轴的特别简单机构在柴油机上便可做到这一点，此种机构也可用于在满负荷时控制峰压，且使之易于起动。     

未来柴油多样化的挑战和解决方法

排放控制、二氧化碳值、舒适性、驾驶性、可靠性和成本是未来所有动力装置开发的主要框架。为了在保持燃油耗优势、良好运行性能和可接受成本的同时,满足未来的欧洲排放法规和现行的美国排放法规,在这个框架内,无论是轿车,还是商用车的柴油动力装置都面临一些挑战。其中之一是不同国家柴油品质的差异,包括不同的十六烷值、挥发性、含硫量和分子成分。此外,由于经济和环境的原因,越来越多具有不同燃油品质和特性的代用燃油将被推向市场。目前,大多数柴油机采用的喷油系统控制算法是开环控制。采用这种控制方法时,燃油品质的变化会增加校准的难度和校准持续时间,同时还会降低燃烧强度和排放。控制不同燃油燃烧的一种可能解决方案是采用闭环燃烧控制。一旦这种设想被发动机试验证实,针对不同品质燃油的校准会变得更快、更容易。另外,车辆使用期间的在线校准修正还可以避免发动机故障,并确保适宜的驾驶性能和排放性能。介绍一种补偿燃油品质变化的创新方法。依据2种市售燃油（EN590欧洲柴油和低十六烷值美国柴油）的品质,通过燃烧分析研究了燃油对燃烧特性和排放的影响。基于这些数据和结果,介绍了一种能补偿燃油品质变化的创新闭环燃烧控制策略。     

Opel公司采用两级增压空气冷却的2．0L双涡轮增压柴油机

Opel公司运用两级增压空气冷却和压电喷油技术开发了2．0L双涡轮增压柴油机。采用闭环燃烧调节技术，降低了排放和燃油耗，并首次将上述技术措施与两级增压空气冷却相结合，进而获得了最大的功率和扭矩值，并进一步改善了加速响应性能。     

为达到欧3排放标准采用Taguchi技术优化重型柴油机的喷油参数

为了追求高功率密度、提高燃油经济性和达到排放标准,柴油机的性能在过去几十年中得到持续提高。燃烧技术、先进的电控喷油以及精确的发动机和喷油参数的开发帮助柴油机实现了环保方面的调整,同时降低了NOx和颗粒（PM）排放。了解发动机和喷油参数,以及它们对排放的影响对于生产更清洁的柴油机极其重要。研究的目的是优化一台重型直喷式柴油机的喷油参数,以尽可能降低法规限制的排放物,从而达到欧3排放标准。为了缩短开发周期,采用了仔细编制的试验设计和Taguchi技术。利用平均值分析、信一噪比分析和方差分析从L9正交排列的试验结果中筛选出最佳的参数。通过分析,保证这些参数能使各排放组分以确定的工程裕度达到欧3排放标准。对诸如凸轮转速、喷嘴流量、喷嘴头部在燃烧室中的凸出量和喷孔数等喷油参数的影响进行了试验研究。其中,凸轮转速会影响喷油速率,喷孔数会影响喷油压力和油束雾化,因而对降低NOx和PM排放起着直接作用。另外,喷嘴头部凸出量会影响到对油柬撞击燃烧室壁的位置,并对PM和HC排放产生中等的影响。就满足欧3排放标准而言,在已确定的试验工况范围内,喷嘴流量对柴油机排放的影响几乎可忽略不计。NOx、CO、HC和PM排放总体上能分别以11．5％、61．5％、76．5％和23％的裕度满足欧3排放标准的限值。此外,与原发动机性能相比,功率和扭矩提高了约30％,全负荷的燃油消耗率降低了10．6％,而且车辆的驾驶性和燃油经济性也得到了改善。     

在废气再循环条件下的柴油机富氧燃烧试验研究

为在尽量不恶化氮氧化物（NOx）排放性能的情况下减少颗粒物（PM）排放量,应用试验设计技术,通过控制喷油定时、进气空气中的二氧化碳（CO2）和氧（O2）体积分量,对一台单缸直喷柴油机富氧燃烧进行了研究。结果表明,在富氧条件下,CO2的添加降低了平均燃烧温度,NOx排放量的增加被控制在最小程度。还观测到,在CO2添加量达最大值时出现的燃油消耗率以及碳氢化合物和PM排放率的恶化趋势通过富氧得到极好的控制。     

Hyundai公司Kappa1．2L双连续可变气门正时汽油机的设计和开发

介绍Hyundai公司为小型乘用车最新开发的Kappa双连续可变气门正时（CVVT）汽油机。该汽油机已在印度和韩国的发动机工厂生产，并被配装在i10、i20、Picanto等小型乘用车上，而且进入了包括印度，以及欧洲在内的全球市场。当今，全球汽车制造商正在竞相开发小型乘用车，以应对日益上涨的油价和越来越严格的二氧化碳（C02）排放法规。该新型汽油机于2010年11月进入市场，其开发的主要目的是为了降低CO2排放和改善燃油经济性。作为小型发动机，它的开发还将充裕的扭矩、轻质量、低噪声、低成本和紧凑的尺寸等要求也考虑在内。这种汽油机的主要技术亮点有：（1）采用双cVVT、滚轮摇臂、偏置曲轴、蜂窝式气门弹簧、二硫化钼涂层活塞和低张力活塞环，以改善燃油经济性；（2）采用16气门双顶置凸轮轴、长流道进气歧管、M12长型火花塞、气门正时优化技术，以提升中、低转速时的扭矩；（3）采用梯型框架机体、液压间隙调整器和静音正时链，以降低噪声。此外，为了减轻整机质量，采用了铝机体、塑料气缸盖罩和塑料进气歧管等。     

降低和预测柴油机NOx排放的方法

主要介绍体低燃烧室内ＮＯｘ生产成量的方法。通过对影响燃烧的几个最主要的因素的优化组合，获得了在不使燃油消耗率和烟度恶化的条件下降低约５０％ＮＯｘ排放量的良好结果。还介绍了根据运转地点的大气温度和相对湿度的测定值，以及燃油比重、气缸进气温度和Ｎｏｘ排放测定值来预测不同气温、不同相对湿度条件下柴油机ＮＯｘ排放值的方法。     

喷油泵螺旋槽对柴油机燃油消耗率影响的试验研究

介绍了对16V280ZJA型柴油机的燃油系统进行的改进,主要是把高压油泵柱塞设计为人字形的螺旋槽.通过优化柴油机部分负荷时的几何供油提前角,使气缸内燃烧特性得以改善,达到降低柴油机油耗,减少排放污染的目的.通过多缸机对比试验表明,改进后的柴油机在主要工作范围(600～1 000 r/min)的油耗有明显下降.     

保护气缸套工作表面的SUMEBore（R）涂层解决方案

燃油价格不断上升和日趋严格的车辆排放要求迫使发动机制造商采用各种技术来减少发动机的燃油耗和排放。因此，近年来，人们对气缸套涂层的关注度明显增加，SulzerMetco公司提出了SUMEBore@涂层解决方案。sUMEBore@涂层是采用空气等离子喷涂工艺将粉末状材料涂覆在气缸表面。这种空气等离子喷涂工艺非常灵活，能对各种不同的涂层材料进行处理，尤其是复合材料和纯陶瓷，而这在采用线状材料时是无法做到的。利用不同的涂层材料成分可以应对发动机的特定挑战，例如，由含杂质燃油或高废气再循环率引起的严重磨料磨损、咬缸和腐蚀。近年来，卡车、铁路机车和船用发动机，以及气体燃料发动机、电站发动机、气体压缩机的气缸套工作表面已开始采用这种空气等离子喷涂涂层材料，并在某些发动机上获得了成功的经验。试验发动机大多机油耗明显降低（部分机油耗的降幅甚至超过70％），燃油耗减少，并且磨损量非常小，缸套工作表面的耐腐蚀性也极好。给出了美国西南研究院1台EMD16—710G3A机车发动机的实机试验结果。这种空气等离子喷涂涂层解决方案已在不同的发动机市场实现商业化应用，被证明既适用于新型发动机机体和气缸套的批量生产，也适用于磨损气缸套的修复。这种涂层将会在减少发动机排放方面发挥重要作用。     

整体级联式增压空气冷却器的进气模块

提高涡轮增压发动机的增压压力会造成增压空气温度升高，这不仅会提高增压空气冷却器和进气模块的热负荷，而且，增压空气温度高对燃烧也有不利影响，不仅会使燃油耗升高，还会恶化发动机的扭矩输出和加速响应性能。Mahle公司和Behr公司开发了一种整体级联式增压空气冷却器，大力推动了整体式间接增压空气冷却器的发展。