直接喷射汽油机的废气再循环阀

自20世纪90年代中期柴油机采用直接喷射以来,外部废气再循环（EGR）就被用于降低压燃式内燃机的氮氧化物（NOx）排放。与柴油机类似,充量分层直接喷射汽油机也会产生较高的NOx原始排放。已经证实,与柴油机一样,这种直接喷射汽油机采用电动EGR阀的外部EGR是降低NOx原始排放的有效措施。德国Gustav Wahler公司开发并生产轿车及商用车柴油机和汽油机用的EGR阀部件,而瑞士Sonceboz汽车集团为电动EGR阀开发并生产电磁驱动装置和机电一体化系统。     

机车和船舶发动机未来的排放要求（上）——面临的挑战、技术方案以及来自其他重型发动机应用领域的经验借鉴

未来世界范围内的船舶和机车废气排放法规要求大幅减少废气中的有害物（尤其是氮氧化物）的排放量。大幅减少尾气排放,同时保持低的燃油消耗也是目前重型发动机和工业用发动机的开发重点。根据从这些开发工作中获得的经验,可以得出结论：严格的排放限值标准不能仅通过一个技术阶段（发动机机内措施／安装排气后处理净化系统）来实现,而必须开发一整套经济有效的手段,其中包括降低发动机本身输出的排放值,辅之以满足要求的高效排气后处理措施。 关于氮氧化物的减排,在重型发动机和工业用发动机领域,当前主要是研究和采用SCR（选择性催化还原）技术。虽然船舶和机车发动机与公路用重型发动机和较小的工业用发动机在具体要求和边界条件方面有显著不同,但是已经取得的经验（尤其是在公路应用领域）仍可用于未来船舶和机车低排放方案开发。 在本文第一部分,将对船舶和机车发动机在排放法规和典型运用边界条件方面与公路用重型发动机和小型工业用发动机进行比较。进一步指出公路用重型和工业用小型发动机应用领域的新技术和发展趋势,包括基本发动机减排方案（EGR、增压、喷油系统等）、后处理技术（柴油机氧化催化器、SCR、主动／被动式柴油机颗粒过滤器、颗粒物氧化催化器等）以及传感器和控制技术。在此基础上,提出适用于船舶和机车应用的技术方案,对于这类应用场合,将考虑具体的边界条件（例如：法规要求、燃油品质及具体运行模式）。 将来把基本发动机与后处理措施结合起来,将会明显增大系统布置和校准方面的难度和工作量。尤其是大型船舶和机车发动机,在最终应用之前对大量金属部件变体进行试验将会受到很大的限制。在这方面,高效开发工具（诸如后处理系统的详细一维模拟,在综合气体试验台上确定催化剂的特性,根据模拟对控制方案和传感器方案进行评估）以及针对公路应用开发的高效标准程序,都可以用来提供可靠的系统布置和校准,同时又可保持短的开发周期和发动机试验时间。     

通过强力增压空气冷却实现低温燃烧

为使排气后处理系统设计得尽可能小，必须通过发动机内部措施来降低排放。研究了通过降低增压空气温度使发动机原始排放降低的可能性。在选定的全负荷和部分负荷工作点，通过把气门处的新鲜气体温度从50℃降到O℃，研究其对工作过程和有害物排放的影响。全负荷运转时，在通过增压压力修正使燃烧比恒定和不采用废气再循环（EGR）的状态下，且在温度下降的情况下，得出NOx排放下降40％。此时，黑烟只是略微有些变化，从0．2FSN提高至0．25FSN。不过，这种情况下，即使采用EGR也不会使排放进一步下降。在恒定的增压压力时，温度下降同样能促使NOx排放降低。值得一提的是，在这种状况下会使EGR率上升。将2种措施相结合，视工作点的不同可使NOx排放量从11g／（kW．h）下降至3g／（kW．h），     

商用车发动机用双联外齿轮可调式机油泵

内燃机采用体积流量可调式机油泵供给润滑油,可降低燃油耗和二氧化碳排放高达3％。这种可调式机油泵在轿车发动机上已获得广泛的应用,未来这种趋势也将扩展到商用车发动机上。为此,德国IFM发动机技术公司开发了一种新型可调式机油泵,它能满足商用车的特殊要求。     

北美重型商用车用Paccar MX型柴油机

美国2010排放标准是目前对重型商用车发动机实施的最为严格的排放法规。PaccarMX12．9L重型柴油机是根据美国2010排放法规要求为北美市场开发的。以欧洲（欧5）MX机型为例，介绍发动机方面所采取的措施和排放技术，以及与亚琛FEV发动机技术公司紧密合作开发出的一种新型综合性废气排放调节方案。     

机车和船舶发动机未来的排放要求(下)——面临的挑战、技术方案以及来自其他重型发动机应用领域的经验借鉴

5重型和工业用发动机技术路径图基于上述的发动机内部措施和后处理技术,为了应对实际的或未来的严格的排放法规要求,目前正在开发公路和非公路发动机应用领域的技术。     

Accord插电式混合动力车用新型汽油机的开发

作为本田公司的下一代发动机系列,配装于Accord插电式混合动力车的新型2．0L汽油机具有燃油耗低和排放性能好的特点。采用可变气门正时及升程电子控制系统,具有2种特定凸轮（即功率凸轮和燃油经济性凸轮）。功率凸轮作用持续期短,用于大功率输出和发动机起动;燃油经济性凸轮作用持续期长,可通过延迟进气门关闭正时,获得阿特金森循环效应。还采用了冷却废气再循环（EGR）技术,并对控制系统进行了改进,实现了低燃油耗目标。首先,能确保EGR阀前后压差的新型控制系统改善了EGR流量的控制性能。其次,改进了扭矩控制,可以预测因点火延迟引起的发动机扭矩下降。驱动性和燃油经济性在极苛刻的条件下保持原有水平。最后,采用了基于大气压力改变运行点的控制技术,即使环境发生变化,仍可保持低油耗性能。开发了混合动力车用催化转化器的新型快速预热系统。在发动机起动阶段,通过改变电机运行来控制发动机负荷,这样可有效预热催化转化器,从而使尾气排放降低到能满足特超低排放车SULEV20标;住的水平。     

高速直喷式柴油机在不同废气再循环路线下的瞬态性能

为了满足未来排放法规的要求，各种可供选择的以提高废气再循环（EGR）率的EGR技术路线正受到研究人员的广泛关注，由于稳态排放在不断降低，排放试验运转循环中瞬态部分的排放峰值变得十分重要。因此，需要分析不同EGR技术路线的瞬态性能。对装有冷却式短线EGR和可变截面涡轮增压器的1．9L轿车柴油机采用GT—Power软件进行了1维仿真分析。为了对仿真进行标定，测量了瞬态负荷，包括采用快速二氧化碳分析仪测量瞬态EGR率和气缸压力，以测取放热数据。采集了瞬态燃烧放热率的数据库进行仿真。用瞬态EGR率和进气压力作为选择某一循环正确放热率的判据。     

低温废气再循环及低压缩比对降低欧6柴油机氮氧化物排放的影响

采用低温废气再循环（EGR）和低压缩比降低氮氧化物（NOx）排放,开发大型多功能运动车用欧6柴油机。低温EGR是通过低温EGR冷却液来降低再循环废气的温度,因而能在颗粒排放相同的情况下降低NOx排放。由于燃烧温度低,低压缩比可降低NOx排放。这两种方法在实际应用中部适用于常规柴油机。另一方面,EGR冷却液温度和压缩比过低可能会导致一些问题,如EGR积炭和冷起动能力不足等。因此,必须具备避免产生这些异常现象的NOx排放降低策略。结果表明,低温EGR在EGR流量较低的低负荷条件下可显著降低NOx排放,在新欧洲行驶循环的14个32．况点,可降低NOx排放约4％。考虑到冷起动的持续时间、怠速变动系数和生产偏差,将压缩比确定为15．2。在调整EGR率和主喷油定时以保持相同的颗粒排放后,将压缩比调至15．2可降低NOx排放约5％。     

商用车基本型发动机开发的技术趋势

未来，商用车在满足严格的废气排放标准要求的同时，还须进一步降低燃油耗。FEV公司的研究实例表明，在商用车基本型发动机的开发中，仍具有进一步挖掘的潜力。     

欧6商用车采用冷却废气再循环降低氮氧化物的潜力

在欧5标准和美国2007年的商用车排放标准中，氮氧化物和颗粒的限值对发动机及其排气后处理技术提出了极高的要求。美国2007标准和欧5标准已经生效。更大的技术挑战即将来临。2010年1月起，美国2010标准在美国实施，欧6标准有望于2013年实施。必须遵守这些限值的商用车发动机目前已开始研发。Behr公司正在为这些新发动机提供低温废气再循环技术，力求通过这种技术达到欧洲和美国的排放限值。     

现代化的喷油系统应对未来大功率柴油机排放法规的挑战

能够满足EPA Tier 4最终版排放标准要求的大功率柴油机刚刚投放市场。EPA劣化系数测试和现场验证进展顺利。目前尚无有关其坚固性、可靠性和耐久性的统计结果。据文献报道,目前市场上解决排放问题的方案有:CRS1 800 bar+SCR和CRS 2 200 bar+EGR和DOC。随着燃烧进一步优化,不久将出现共轨系统1 600 bar+SCR+DOC。与EPA Tier 2发动机相比,上述方案均将显著提高成本。EGR和SCR的成本以及冷却和配套要求均使得Tier 4方案的采样变得十分复杂并提高成本。虽然对EPA Tier 4系统的了解还不全面,新的排放标准已经在讨论之中。已经发布了EU Stage 5的提案,其将对PM和NOx的限制更加严格。文章对喷油系统和排气后处理系统的要求进行了概述。大功率发动机用2 200 bar CRS能够达到的怎样的排放标准?这种方案能否满足未来的排放法规要求?文章介绍了喷油系统及其在排放相关负荷点的性能,以及排放与燃油消耗的关联。详细分析了喷油率、喷雾特性以及喷油孔出口的喷雾速度。对一台配有单级和两级涡轮增压器的高速大功率单缸机进行了试验研究。基于重载公路和非公路柴油机的经验,针对未来排放法规,对高速大功率发动机的喷射系统和排气后处理需要达到的条件进行了预测。目前的EU Stage 4和EPA Tier 4重载非公路应用(560 k W)所能达到的标准接近于未来的LE(560 kW)EU Stage 5限值。EU Stage 4为0.4 g/(kWh)NOx和0.02 g/(kWh)PM。当前的公路排放标准处于类似的水平,但附加有PM限值,并已在进行运行测试。现有的重载方案和现有的大功率发动机的业绩为LE EU Stage 5排放达标所可能采取的技术提供了依据。在成本、配套性和结构复杂性方面影响较小的方案是可取的。所有方案必须具有坚固性、可靠性和耐久性。     

一种通流量较大的废气再循环阀

为了能进一步降低商用车的有害物排放,BorgWarner公司的供应商Turbo＆EmissionSystem公司开发出一种新型废气循环阀。根据其新结构,这种电动阀可使废气通流率大幅提高,且更精确。自2010年起,在美国,将首次向主导商用车制造商提供带节流的EGR阀。该EGR阀的优点是具有一个大功率执行机构,即使在不干净的废气环境条件下也能工作,换言之,它对污物反映不敏感。此外,EGR冷却器可以与冷却器旁通阀组合已得以证实。该EGR阀具有一个无刷直流电机、传动机构和传感机构,在废气涡轮增压器运用过程中已证实其可靠、耐用。由于电动马达输出的转矩要经两级传动机构转换,并打开节流阀,因而,在吸气行程可让所需的废气量流过。无刷电机无需维护,能承受的负荷比传统电机的大,并且具有较理想的功率质量比。为了     

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。     

重型柴油机部分预混合燃烧的燃烧特性研究

部分顸混合燃烧（PPC）在燃烧可控性高和排放特性方面接近于均质充量压燃发动机。为了实现PPC,滞燃期必须足够长,以使燃油在燃烧前与空气充分混合。喷油需足够早,同时采用高废气再循环（EGR）率,以获得较长的滞燃期。为了明确PPC的原理,创建了燃烧特性随喷油定时、EGR率变化的脉谱图。在一台6缸重型柴油机上进行燃烧特性的研究,喷油始点由早到晚变化,EGR率的范围也很大。在参数扫描期间监控发动机的排放情况,在低排放、高效率的最佳区域内,研究了喷油压力和发动机转速对燃烧的影响,以获得对燃烧更全面的了解。     

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。     

未来清洁柴油机的可用部件

现今,柴油机需满足严格的排放标准,这制约了燃油经济性的进一步改善。为了以一种“成本效益”的方法满足未来的排放法规,需要高水平的废气再循环（EGR）。一种以现代增压系统技术提高EGR水平的有效方法是采用低压闭环EGR。讨论了低压闭环EGR的优点及其存在的问题。介绍了可解决这些问题的新部件。此外,还介绍了一些压气机叶轮当前的工艺改进措施,以避免压气机叶轮被吸入的排气损坏。     

柴油机机油的新进展

柴油机燃油成本的增加,以及预计未来会出台商用车二氧化碳排放法规,使得人们对有助于提高燃油经济性的新一代柴油机润滑剂技术的需求正在增加。这种技术还必须确保现代发动机和排气后处理系统,达到整车制造商为符合欧5和欧6排放法规而提出的耐久性要求。     

降低汽车燃油耗的摩擦学技术

降低发动机燃油耗和减少二氧化碳排放是满足日趋严格的排放法规要求的必经之路。针对降低发动机燃油耗的课题,以发动机周边零部件为中心,着重介绍丰田汽车公司开展的摩擦学相关研究。就利用摩擦学技术降低燃油耗的具体方法,阐述了在优化气缸内圆面（工作表面）、改进活塞组件、优化气门机构及曲轴轴承等方面采用的新技术和新工艺,评价了上述技术措施对降低燃油耗及二氧化碳排放的效果。同时指出,即便是当代先进的内燃机。在利用摩擦学技术与手段优化其内部摩擦及降低燃油耗方面．仍具有很大的发展潜力。     

欧5载重车发动机用的冷却系统及其零部件

近年来，Behr公司竭力开发冷却的废气再循环（EGR）和间接中冷技术，现已能为载重车制造商提供成熟而又可靠的降低NOx排放的方案。将EGR和间接中冷加以组合使用，可在不进行特殊排气后处理的情况下（例如不用选择性催化还原系统），以新的冷却系统达到欧5排放标准要求。