满足欧4标准的发动机及其排放控制技术

北美、日本和欧洲这些交通运输高度发达的国家已经引用越来越严的排放法规。在国际化形势下,其他新兴市场对排放和燃油质量的控制也日益严格。发动机管理与排放控制系统相结合可以满足越来越严的法规。讨论了几种发动机排放控制系统的实例以及开发排放控制系统组合的方法。还对某些原设备制造商宣称能在不用NOx后处理的情况下达到美国2010重型车排放法规和欧5重型车排放法规的观点进行了探讨。     

为北美市场开发的OUTLANDER车特超低排放系统

三菱公司外销北美的OUTLANDER车已符合世界最严格排放法规之一的加州低排放车第二阶段特超低排放车（LEV Ⅱ SULEV）的限值。先前的排放对策是以排量相对较小的车型满足SULEV法规，而今是针对V63．0 L的运动型多功能车（SUV），设法开发出能符合SULEV法规的新型排放系统。具体做法主要是降低冷起动后排出的HC和发动机在高温燃烧条件下生成的NOx。由于其他公司普遍采用的二次空气系统会增加车重，并使系统复杂化，故而OUTLANDER车改为采用HC捕集催化器，并引进了各种发动机控制技术，率先在世界上将V63．0 L发动机配装在SUV上满足了SULEV法规。     

符合美国环保署第4阶段过渡性排放法规的小型柴油机的开发

与其他发动机相比,柴油机具有燃油利用率高和燃油耗低的优势,现已作为各种工程机械的动力装置被广泛使用。但另一方面,相关的排放法规逐年收紧,针对额定输出功率56～75kW的柴油机,2012年美国环保署（EPA）公布实施第4阶段过渡性（InterimTier4）排放法规,与之前的法规相比,该法规规定的颗粒排放量被要求降低到原来的1／20以下。因此,三菱重工公司开发了D04EG型柴油机,以进一步降低排放和燃油耗,满足EPAInterimTier4排放法规的要求。     

GE公司Tier3机车柴油机的设计与开发

为了应对美国环保局（EPA）1998年发布的机车排放标准（2000年生效），GE公司开始着手GEVO发动机的开发。开发这种新的发动机平台是为了满足美国环保局和其他立法机构未来的排放法规要求，以及满足客户所需要的高可靠性、低运行成本的要求。创新系列机车自2005年开始投放市场以来，已有超过2000台Tier2达标机车交货...     

高压共轨系统的开发

介绍了了L'orange股份有限公司开发并在MTU 4000系列柴油机上应用的高压共轨电控燃油喷射系统的原理及特点。该系统在8000系列柴油机上又进行了改进。高压共轨系统满足了日益严峻的排放法规的要求。     

环保型中型商用车柴油机的开发

介绍了五十铃汽车公司开发的环保型中型商用车用4HK1TC和6HK1TC柴油机的技术。这2款发动机不仅可满足排放法规的要求，而且对噪声水平和车辆维修保养过程中产生的废弃物管理投入了更多关注。     

五十铃新型FORWARD车用4HKl-TC型发动机的开发

五十铃汽车公司在2005年型中型FORWARD商用车配装的4HKl-TC发动机基础上，新开发了高功率机型，领先一步满足了日本新长期排放法规，并得到好评。为了满足中型商用车的多用途要求，确保了154kW的高输出功率，整车总质量8～11t，很好地发挥了其商品价值。     

过量空气系数及对锅炉烟尘排放浓度影响的探讨

最近对管内５０台锅炉的过量空气系数及烟尘浓度进行了监测，并对实测的锅炉烟尘排放浓度加以折算，结果发现，全部锅炉空气系数都高于标准中规定的数值，乃至高达１１倍之多；折算后的烟尘排放浓度比实测烟尘排放浓度的超标率高了３倍。探讨了存在这些问题的原因和后棵，并且提出了相应的对策。     

采用进、排气门正时控制系统的新1．6L4缸直接喷射涡轮增压汽油机的开发

介绍一种采用汽油直接喷射系统和双连续可变气门正时控制系统的新1．6L4缸涡轮增压汽油机。较高的环境性能要求迫使汽油机必需进一步提高效率。同时,改善动力性能对于增强车型的竞争力及市场的认知度十分重要。为了满足上述要求,开发了一种1．6L直接喷射涡轮增压汽油机。通过采用多种减摩技术,该机型达到了与2．5L自然吸气汽油机相同的高动力性能,而且其较低的燃油耗可与排量较小的汽油机相媲关。此外,该汽油机达到了美国低排放车第2阶段一超低排放车和欧5排放法规要求的低尾气排放性能。该汽油机已被命名为MR16DDT,第1款配装MR16DDT汽油机的车型是Juke。详细介绍了该款新型汽油机采用的各项技术。     

满足美国第2阶段第5级排放限值的Bluetec排放控制系统

近年来,柴油机在欧洲轻型车的市场份额持续增长,而北美市场的柴油机份额却仍很小。直至最近,柴油机仍可不使用活性的氮氧化物（NOx）后处理系统,仅通过发动机机内优化措施就能满足欧洲和北美的Nox排放限值要求。但美国于2007年引入第2阶段（Tier2）第8级（Bin8）和Tier2第5级（Bin5）排放法规后,大部分新柴油机都将需要采用No,后处理系统。降低稀燃排气中NO：的一种可行技术是NOx吸附催化器,它是汽油直接喷射发动机的公认选择。Daimler公司已将其用于现行的柴油机BluetecⅠ系统。对于中重型汽车来说,尿素选择性催化还原（SCR）系统是满足NOx排放限值的首选技术之一。用于重型载货车的尿素-SCR系统已投入批量生产,并正将其开发用于大型客车,以满足美国Bin5法规。论述了满足Bin5排放法规的Bluetec排放控制系统的要求,包括柴油氧化催化器、催化型柴油颗粒过滤器和SCR催化器,也讨论了满足这些要求的方法,为此介绍了一些包括模拟气测试、发动机台架测试,以及车辆评估等在内的研究结果。     

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。     

Bosch公司轿车用200MPa喷射压力共轨喷油系统

为了满足现在和未来的排放法规限值,先进的燃烧过程对喷油系统提出了更高的要求。Bosch公司开发出一种具有压电直接控制式喷油器和CP4高压泵的200MPa喷射压力共轨喷油系统,为柴油机开发新型燃烧过程提供了前提条件,也为发动机制造商提供了达到排放法规限值并进一步降低燃油耗和二氧化碳排放的机遇。     

符合日本排放法规的2．0L直喷式柴油机的开发——发动机概要

日产汽车公司新开发的2．0L直列4缸直喷式柴油机采用了压电式喷油器等新技术，获得了同等级发动机的顶级性能，同时，还首次在柴油机上应用了稀燃氮氧化物捕集催化系统，从而满足了日本最新的后新长期排放法规的要求。介绍了新发动机的概要及其性能。     

乘用车柴油机用可变两级涡轮增压器的开发

为了满足以欧洲为首的逐年收紧的排放法规要求,配装可变截面涡轮增压器以替代传统涡轮增压器的车辆越来越多。最近,为了提高乘用车柴油机的低速扭矩,并同时加大输出功率,提高发动机瞬态响应性能的要求也越来越高。介绍一种三菱重工公司独立开发的可变两级涡轮增压器,其性能和耐久性优异,已开始被用于乘用车柴油机。     

AVL公司开发的小型化柴油机

要使排量1．05L的3缸柴油机输出功率达到80kW,是AVL公司小型化柴油机开发的下一目标。为了降低二氧化碳（CO：）排放并达到欧6排放标准,新开发机型要满足的关键准则是符合用户对动力和驾驶性能的期望,并使3缸柴油机结构的噪声一振动一平顺性性能接近4缸柴油机的水平。其结构方案以19MPa的最高燃烧压力限值为依据,并按高比功率来确定冷却系统。为了满足用户进一步降低CO2排放法规的要求,一些小型化动力装置已被成功地引入市场。例如,Renault公司研发了用于驱动1460kg中级车型的1．5L80kW柴油机。扫气容积约为1L的3缸柴油机正是小型化策略的体现。     

通用电气运输公司Tier 4船用柴油机的开发

新的排放法规和人们不断变化的观念,正推动着船舶的经营者们去关注降低柴油的可见(颗粒、碳烟)和不可见(气体)排放的新技术。这些新技术会因船舶的具体工作循环和用户偏好而进一步复杂化。为应对日益严苛的排放法规而产生的新技术有:液体喷射后处理,颗粒过滤及缸内处理技术。为满足EPA Tier 4和IMO III排放法规,通用电气运输公司(简称GE公司)开发了不需要尾气后处理的缸内处理解决方案。详细介绍了GE公司在L和V250MDC系列柴油机开发中的研发、验证过程及在其过程中出现的技术难点。这些发动机平台的开发始于2011年,最初围绕着V12和V16机型开展,后拓展至L6和L8机型。在批量生产后,首批投入运营的发动机遇到了一些技术上和用户期望解决的问题。其中许多问题源自于发动机平台为满足排放法规而使用的降排新技术。通过机械设计提升和算法上的改进,这些问题得到了解决。目前,有超过30台发动机成功地投入船舶运营,有的发动机运行时间已超过10 000 h。GE公司EPA Tier 4级IMO Tier III柴油机在商业运用中的运用成果及经验教训将在文章中呈现。     

Freescale公司的可编程电磁阀控制器MC33816

近年来，世界各国相继制定了更为严格的排放法规，要求在今后的5～10年内进一步改善车辆的燃油经济性。为满足这一要求，各汽车制造商及车载电子部件生产商都开展了相应的产品研发工作。日本Freescale半导体公司开发了可编程电磁阀控制器MC33816。该控制器能满足直喷汽油机或直喷式柴油机的应用要求，同时实现降低排放和改善燃油经济性的目标。     

GE公司GEVO柴油机的开发

美国GE公司运输分部开发了一种新型柴油机以满足下一阶段的排放和燃油经济性要求。该型发动机的开发始于1998年,其包括GE公司现有发动机的最佳特性以及新发动机技术的最新发展。它将首先应用于自2005年起新造的符合美国环保局2级排放标准的内燃机车。GEVO12缸发动机在1050r／min下的标定功率达到3360kW,这相当于原来的一台7FDL16缸发动机所达到的功率水平。发动机的缸径为250mm,行程为320mm。这导致了采用约2．0MPa的较保守的平均有效压力。美国机车的2级排放标准较之0级和1级排放标准在降低NOx和颗粒物质排放方面具有特殊要求。为了达到NOx排放标准而对现有发动机作进一步调整势必造成燃油经济性的巨大损失。为此,GE公司运输分部正通过开发一种新型发动机来满足2级排放标准要求,新型发动机将不仅能满足排放要求,而且在燃油经济性方面较之现有发动机亦将有较大改进。发动机的性能开发包括燃烧模拟、系统模拟和优化。应用统计学方法对燃油喷射系统进行了优化设计以保证高效和可靠的运行。涡轮增压器设计采用了先进的空气动力学和结构模拟以获得高的效率和安全性。单缸机和多缸机的性能试验进一步改进了燃烧系统。采用一个严格的可靠性设计(DFR)程序对每个系统和部件的可靠性进行了评估。通过将尺寸和强度变量与整个环境范围内的工作应力进行比较,保证了关键零部件的可靠性。通过在高加速条件下进行广泛的耐久性试验,验证了发动机的可靠性。在2005年投入大规模生产之前,50台针对2级排放标准的机车将进行广泛的现场试验以进一步考察和改进发动机的可靠性。     

船用柴油机的喷射技术

日益严格的废气排放法规促使船用柴油机喷油系统的进一步优化,Bosch公司已着手开发中速船用柴油机用的喷油压力高达220MPa的共轨喷油系统产品系列。采用这种喷油系统能够满足未来美国第4阶段的排放标准及国际海事组织第3阶段的要求。     

小型乘用车用新型混合动力系统的开发

自1997年首辆量产混合动力车问世以后,丰田公司一直在致力于混合动力系统的改进工作,以应对不断增加的汽车行业二氧化碳排放、能源安全及城市污染问题。介绍了一种新的混合动力系统设计方案及其性能。新系统的开发目标主要是改善车辆的燃油经济性,尤其是要获得更加良好的真实燃油耗,并且,还要提高系统应用于不同车辆时的兼容性,以满足车辆小排量化和零部件轻量化的需求。该新型混合动力系统在满足日趋严格的排放法规的同时,还获得了优异的动力性能。