柴油机NOx的排放控制

随着航运业的不断发展和柴油机技术的不断进步,船用柴油机废气排放已日益引起人们的重视,许多国家和国际组织都在积极采取各种有效措施来控制废气排放；对于生产柴油机的企业,按照最新的MARPOL附则Ⅵ的NOx技术规则要求于2011年1月1日起实施NOx排放TierⅡ标准,对柴油机的NOx排放控制要求很高,现主要介绍各种排放控制...     

铁路柴油机应达到未来废气排放限值标准

目前德国联邦铁路公司运用的内燃机车约有2 70 0台,内燃动车约有2 0 0 0辆。随着环保意识的增强,公众越来越关注柴油机的废气排放。本文介绍了当前铁路柴油机的废气排放情况,并将之与铁路柴油机的废气排放限值标准进行比较,指出了达到这个排放限值标准的技术可能性。     

铁路柴油机的排放优化、废气再循环和废气后处理

MTU公司一直密切关注着日益严格的铁路柴油机排放限值,并成功开发出可保证其能够在未来提供经济而有吸引力的铁路柴油机的若干技术方案。本文侧重介绍MTU公司为实现铁路柴油机排放优化而采取的废气再循环和废气后处理两种措施。     

多用途中速柴油机排放达标策略

中速柴油机正面临着激动人心的发展时期。世界范围内的排放法规成为大型柴油机开发计划的推动力。对于同样的基准柴油机,不同的应用类型和市场技术条件要求采用不同的成套技术,以满足新的排放法规要求。在某些情况下,内部减排措施将不得不全面采用并发挥相互协同作用,才能达到新的目标。而在另外的一些情况下,则不得不遵循新的途径,例如采用废气再循环、燃用代用燃料或排气后处理,以帮助实现对排放的控制。工作在约1000r/min下的大型柴油机处在中速机和高速大型柴油机的中间地带,它们的特点是适应多用途,例如机车、船舶和电站。本文从该种柴油机的市场分析入手,指出未来各种应用领域在废气排放法规方面提出的各自不同的要求。这就为接踵而来的各种减排技术提供了条件,并最终为试验性的排放达标途径组合方案的出现提供了可能。大量的单缸机试验是排放达标工作的主要内容。深入的分析工作、热动力循环计算、燃烧和燃油系统计算流体动力学(CFD)研究促成了试验计划的顺利进行。在翔实的单缸机试验结果的基础上,对多方面的减排手段进行了分析。多缸柴油机性能则以计算为基础进行预测。最终,对应于柴油机的应用类型,对各种废气排放达标途径组合进行了对比。     

低压废气再循环柴油机对废气涡轮增压器的挑战

行驶动力性好和燃油耗低的柴油机已成为交通运输领域极具吸引力的动力装置。除了成本高外,压燃式柴油机还存在机理性的高氮氧化物和颗粒排放问题。为满足未来排放法规,柴油机面临技术上的挑战。Borg—Warner Turbo＆Emission System公司进行了试验研究和计算,已掌握低压废气再循环（EGR）影响废气涡轮增压器的相关参数,并开发出保护流通零部件的有效措施,从而使可进一步降低柴油机有害物排放的低压EGR系统得到批量使用。     

新一代MTU 4000系列柴油机

日益严格的废气排放标准和不断提高功率的要求是德国MTU公司进一步开发4000系列柴油机的动因。这种非公路车辆用高速柴油机特别适用于建筑机械、发电机组、铁路和船舶。文中介绍了MTU 4000系列柴油机的结构特点、技术参数及排放指标等。     

Deutz公司满足第4i阶段排放标准的新型柴油机（第2部分）——性能与排放

Deutz公司新一代柴油机面临日趋严格的废气排放法规挑战。介绍130kW以上功率档的柴油机运行性能和排放性能,以及为达到这一性能所采取的技术措施。考虑到了农用机械和工程机械等不同应用领域的特殊要求。     

柴油机自动诊断专家系统

介绍了澳大利亚阿德莱德大学提出并正在开发的一种用于柴油机的自动诊断专家系统。该系统采用振动信号，并结合使用机油压力和温度，曲轴箱压力，排气温度和压力，废气排放值，进气管噪声值，并结合使用机油压力和温度，曲轴箱压力，排气温度和压力，废气排放道，进气管噪声值，进气管压力，燃油供给压力以及发动机瞬时转速，对柴油机进行了监近和故障诊断。介绍了先进的信号处理技术，还介绍了与故障状态有关的信号分析技术。     

重型柴油机达到欧4和欧5标准的排放控制方案

现代柴油机是最通用的车辆动力之一。柴油机因较高的燃油经济性和扭矩得以长期用于全球重型车辆。此外,如今的涡轮增压小型高速柴油机有很高的动力性,以及优异的驱动性,加上很低的CO2排放,使得柴油机驱动的轻型车也越来越多。然而,只有当柴油车的废气排放满足日益严格的排放法规,它才可能被接受。在美国,重型柴油车和轻型柴油车要满足2007年开始生效的严格的排放法规,必须加装颗粒过滤器。从2010年起,排放法规将进一步收紧,这些车辆还必须加装NOx控制系统。欧洲与美国相似,先是欧4、欧5,最终将实施欧6排放法规。实际上,这样的目标意味着NOx和颗粒排放要比之前降低多达90％。评述了世界范围内重型柴油车为满足现行以及即将实施的欧6排放法规所使用的废气排放控制装置,以及控制策略的发展,探讨了有助于满足重型车法规要求的柴油机氧化催化器、通流式颗粒过滤器以及NOx控制催化器（选择性催化还原系统）的应用,并给出了不同控制方案的比较分析。     

混合废气再循环在直接喷射汽油机上的应用

混合废气再循环系统是指将高压-废气再循环与低压-废气再循环组合在一起。正如Borg-Warner公司所指出的那样,这种众所周知的柴油机技术也能应用于汽油机,以降低整个特性曲线范围内的燃油耗和废气排放。     

利用机械增压器降低柴油机瞬态工况排放的研究

一般来说，涡轮增压发动机有增压延迟，而机械增压发动机则不存在这个问题。为了满足日本新长期排放法规，在1台柴油机上安装了机械增压器，由此改善了柴油机瞬态工况和低速扭矩工况的增压特性。在瞬态工况应用更高的废气再循环率，降低了排放。介绍了柴油机使用机械增压的优缺点。     

世界上首列采用颗粒滤清器的内燃动车组

介绍了阿尔斯通LHB公司制造的世界上首列采用柴油机排气颗粒滤清器的内燃动车组，描述了颗粒滤清器的结构原理及其与柴油机和动车的安装关系。利用这种颗粒滤清器，可使动车柴油机排放的碳烟量减少95％以上，颗粒排放量降低约90％，提前达到了从2012年起开始生效的欧盟废气排放法规。     

供铁路使用的MAN系列柴油机

介绍了近年来柴油机在铁路机车车辆上的应用情况 ,并对内燃机车牵引方式的优点、相关的背景以及边界条件等作了分析。柴油机在工业车辆上得以大批量使用 ,首要原因是其具有高经济性、低废气排放值以及长使用寿命的优点。     

船舶和机车用高速柴油机废气再循环试验

通过将被冷却的废气混合到增压空气中,可以明显地降低柴油机燃烧时的最高温度和NOx排放量。这项技术在小汽车和载重卡车领域中早已大量应用。本文以MTU公司的2台经改造的柴油机为例,说明废气再循环(AGR)作为一项众所周知的降低NOx排放,从而经济地满足未来排放标准的技术,亦可以应用于非公路车辆领域。     

Renault柴油机氮氧化物后处理系统的开发

柴油机为达到未来的废气排放标准限值，要求在机内优化的基础上应用排气后处理系统。Renault公司开发的降氮氧化物（NOx）催化器系统使得质量较重的商务车能达到未来的排放标准，并仍保持柴油机二氧化碳排放低的优势，从而降低了Espace dCi 175型轿车的NOx排放，并达到了欧5排放标准，为未来的欧6排放标准作好了准备。     

1500kW复合式沿线调车机车的燃油消耗和废气排放

北美传统的调车机车通常装用一台有8个不同的功率挡位和一个空转位、柴油机转速范围为250～900r/min、标定功率为1125～1500kW的EMD12或16缸645E型柴油机。各功率设定值(挡位)按一确立的负荷循环加权以得出总的燃油消耗率和废气排放率。目前推出的机车动力系统采用多台排量较小的非公路柴油机配成独立的发电机组,以使机车排放更加清洁,效率更高。本文将一台采用单台较大排量柴油机的传统调车机车的废气排放和燃油消耗与一台换装了动力装置(装用3套345kW柴油发电机组)RP20BD型的机车以及一台使用二套345kW发电机组和一组蓄电池的复合式RP20BH型机车进行了对比。     

调车机车加装柴油机颗粒过滤器

美国环保局(EPA)的Tier4机车排放标准将于2015年开始实施,机车制造商和运营商正在率先开始确定采取何种途径来达标。可供选择的排放达标途径有:选择性催化还原(SCR)、废气再循环(EGR)、柴油机氧化催化器(DOC)、柴油机颗粒     

满足最低废气排放限值的Volkswagen新型2L涡轮增压直喷式柴油机（第一部分）

对欧洲的Volkswagen Tiguan和Audi A4轿车上已使用的共轨柴油机作了进一步改进之后,从2008年中期开始在美国上市的VW Jetta轿车可满足全球最严格的排放法规Tier2 Bin5中对废气排放限值的要求。除了采取燃油喷射系统优化、低压废气再循环系统和新型气缸压力调节法的实用化等机内措施外,NOx后处理系统的应用是其技术特点。新的柴油机系统要求针对全新的燃烧方式开发新的控制算法和进行细致的参数匹配。     

柴油机技术的10年回顾

在过去的10年里，柴油机所面临的最重要课题就是降低排放，改善城市的大气环境。针对这一课题，从1998年到2009年，排放法规限值被4次收紧，并且，涡轮增压、燃油喷射系统、废气再循环及排气后处理装置等众多柴油机技术也得到了显着提高。简要介绍10年来柴油机技术的发展。     

天然气制油燃料对直喷式柴油机排放的影响

在1台安装先进排气后处理系统的柴油机上燃用天然气制油（GTL）燃料,进行了降低排放的试验研究。GTL燃料是一种更清洁的柴油机代用燃料,它几乎不含硫和芳香烃,且十六烷值高。采用几种专门制备的GTL燃料样品,研究了GTL燃料蒸馏特性对改进前发动机废气排放的影响。试验结果表明,GTL燃料的馏程对发动机的颗粒（PM）排放有重大影响。高十六烷值还能减少碳氢化合物和一氧化碳的排放,而这些燃料特性对氮氧化物（NOx）排放几乎没有影响。结果表明,低馏程和高十六烷值的GTL燃料有利于解决NOx与PM排放的折衷关系。为了改善柴油机的最终尾气排放,针对最有利的GTL燃料样品,对发动机进行了改进。为了在保持燃油耗不变的同时降低NOx排放,对废气再循环量、喷射定时和催化用排气管喷油进行了校正。车辆排放试验表明,发动机和GTL燃料的优化能进一步降低NOx和PM排放。此外,为便于今后柴油机使用GTL燃料,对发动机的压缩比、喷油嘴等技术规格进行了仔细研究。研究结果表明,低压缩比和大流量喷油嘴有利于进一步降低排放和提高输出功率。