燃料的混合特性对天然气发动机性能的影响

评价了各种供油条件下单缸火花点燃式发动机燃用天然气时的性能和燃烧特性。在同一台发动机上,采用激光诱导荧光法测定进气行程缸内燃油的分布,并分析了燃气状态。通过调整喷嘴在进气道的位置,控制混合气形成及其对发动机性能、尤其是热效率和氮氧化物排放的影响。     

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。     

EMD公司获美国环保局颁发的减排达标证书

EMD公司最近获美国环保局（EPA）颁发的减排套件达标证书。这些减排套件可使经过大修的柴油机达到EPA 40 CFR Part 1033排放法规的要求,该法规要求柴油机进一步减少NOx和颗粒物排放量。EMD公司开发的减排套件将使它的645和710两种系列柴油机的用户在对发动机实施大修时达到EPA排放标准的限值要求。EMD公司声称,排放达标不需要新的系统或未经验证的改进型技术。     

商用车柴油机技术的发展

为适应全球市场的需要,日本已确定了2009年之后的轻型车及重型车排放法规。日本的柴油机技术正是伴随排放法规及降低燃油耗要求的不断提高而取得进步的。描述了自然吸气发动机及增压发动机的技术发展动向,介绍了这类发动机采用的新技术和新装置。同时,对柴油机喷油系统及排气后处理装置的技术变迁作了介绍。     

消息报道

GE公司EMD柴油机的新发展为了改进二冲程柴油机的性能和降低排放以满足各种排放法规的要求,GM公司的电气动力部(EMD)在过去10年中加速了它的发动机开发计划。目前它生产的发动机符合美国环保局(EPA)Tier2标准、国际海运组织(IMD)标准和EPATier1和Tier2船舶排放标准。自1985年以     

Opel公司新型1．0L涡轮增压直接喷射汽油机

Opel公司开发了一种新型1．0L涡轮增斥直接喷射汽油机,其功率为85kw。当发动机转速为1800～4700r／min时,扭矩可达到166N·m。12气门的1．0L火花点燃直接喷射汽油机是1．6L以下排量的3缸、4缸汽油机型谱中首款模块化发动机。该发动机运用了火花点燃直接喷射技术、可变气门控制机构,以及铝合金机体。据研发人员称,新型发动机的运行噪声比同类3缸机的低,甚至比4缸机的低。     

氢发动机的最新研究动态

最近的研究成果已证明了氢燃料用于发展清洁高性能发动机的潜力。在节气门全开时展示了不同设计及运行参数条件下火花点燃氢发动机的功率和热效率。特别是在喷射和点火方式经优化的直接喷射方式下可以相比柴油机获得更高的发动机输出功率和热效率。     

Caterpillar公司推出超低排放发动机

目前的美国环保局固定式火花点火发动机新源性能标准（以下简称NSPS）排放标准规定NOx排放量为2g/英制马力-小时。     

Voith公司将进入机车市场

为了改进二冲程柴油机的性能和降低排放以满足各种排放法规的要求，GM公司的电气动力部（EMD）在过去10年中加速了它的发动机开发计划。目前它生产的发动机符合美国环保局（EPA）Tier2标准、国际海运组织（IMD）标准和EPATier1和Tier2船舶排放标准。     

为应对新排放法规而进行改造的新MTU4000系列柴油机

4000系列发动机自1996年投放市场以来,在世界铁路、矿山、海洋运输、发电以及油气各领域已可靠应用数百万小时,其以12V、16V和20V的结构形式实现了1 000～4 300 kW的功率覆盖面。为确保发动机排放值能够适应未来的需要,MTU对其4000系列发动机进行了全面升级改造。05型的开发重点是实现EU Stage IIIB、EPA Tier 4和IMO 3排放达标,与先前的适用标准相比,该排放法规要求NOx排放降低40%～90%,颗粒物排放降低80%～88%。MTU根据具体应用条件提供各种匹配的减排技术方案。针对船舶、铁路机车和发电应用,MTU提供排气后处理系统;此外,还针对油气和矿山的移动设备应用采取不同的技术措施。公司针对1600、2000和4000系列采用独特的发动机技术方案,可以不依赖任何排气后处理系统,这是在该性能等级内的一项独特的成果。除了排放达标,该发动机取得成功的关键因素还包括:优越的功率重量比、发动机尺寸、燃油经济性以及高可靠性。对于不采用排气后处理的发动机,在发动机结构方面,采用了大量的关键性减排技术。两级涡轮增压结合Miller燃烧以及排气再循环,有助于显著降低NOx排放量。公司的一种新型燃油喷射系统喷射压力可高达2 500 bar。新一代发动机使MTU的工程师们成功地解决了严格的减排法规要求与用户降低寿命期成本、改进发动机性能和固定发动机尺寸之间的矛盾。为每一种应用形式提供最佳的减排技术,其中包括加装和不加装排气后处理装置。     

PerkinsStafford子公司推出4000系列发动机

Ｐｅｒｋｉｎｓ发动机有限公司在１９９６年推出４０００系列发动机。该系列发动机以Ｄｏｒｍａｎ柴油机公司的ＳＥ系列柴油机和火花点火气体燃料发动机为基础。     

排放达标成本将增加

编者按：本文作者David E．Banager在美国EMD公司供职37年,自1991年以来一直从事机车减排达标工作,现任EMD公司机车排放达标经理。他代表EMD公司参与了美国环保局（EPA）机车排放法规的制定。文中介绍了EPA最近新颁布实施的CFR Part 1033机车排放法规,并与早先的CFRPart92机车排放法规进行了比较。作者预测了新的排放法规将会给机车制造商和铁路公司带来的重大影响,同时还给出了几种新开发并已得到EPA认可的节能减排型调车机车产品实例。     

运用换气技术降低发动机二氧化碳排放

2008年,欧洲汽车制造商联合会主动提出降低汽车燃油耗或二氧化碳（CO2）排放量,由此其成为各国排放政策和用户关注的焦点。BMW公司在高效动力学开发策略下已提前开发出降低CO2排放的新技术,因而新出厂汽车的废气排放水平已低于协议规定的排放限值。在增压发动机上,换气系统的设计也对降低CO2排放作出了贡献。     

面向未来的双燃料发动机技术进展

当前双燃料发动机正在大缸径发动机市场逐步觉醒。长期以来双燃料技术仅应用于电站发电领域,然而近十年来,由于纯天然气发动机性能的大幅度提高,以及采用大型中速发动机实现功率等级的延伸,电站市场显著萎缩。除了先前大量的陆用外,移动式应用也为大缸径双燃料发动机提供了更广阔的市场。上述应用包括船用主推进（例如液化天然气运输船,豪华游轮）和辅机应用（例如集装箱船）以及铁路牵引（例如,长途机车）。促使业界关注双燃料发动机的主要动力是,与使用昂贵的重油或柴油相比较低的燃料成本,以及降低以NOx为主的排放污染物进而满足未来的排放法规。另外,对于大量的移动式发动机的应用,天然气将很快成为一种潜在的低硫燃料。除天然气之外的典型液态替代燃料通常不利于在电站双燃料发动机的应用,然而对于移动式应用却是一种可靠的备用燃料。对于船舶应用可以在ECA（排放控制区）区域内外通过天然气和柴油模式切换,从而使双燃料发动机更容易满足IMO（国际海事组织）的排放法规。移动式应用的难点在于,频繁的转速工况变化、快速的负荷响应要求、天然气品质变化和复杂工况下,对发动机运转可靠性的考验。由于双燃料发动机具有两种典型运转模式（天然气工况和柴油工况）,在发动机设计时必须进行折中考虑（例如压缩比、活塞碗形状、气门正时等）,这就导致了目前效率和功率密度方面的缺陷。关于上述问题,奥地利AVL公司通过单缸中速发动机测试研究了双燃料发动机相关技术问题。对大量参数进行了评估并对工况边界条件进行了研究。基于获得的数据,将给出当前双燃料发动机技术的短期预测。AVL公司关于双燃料发动机技术的展望也将促进中期开发需求。     

铁路牵引排放标准

美国环保局(以下简称EPA)于1997年12月正式通过了铁路机车的第一个排放法规〔63FR18997-19084,1998,4,16〕。该法规推行了新造和改造的铁路机车和机车发动机关于NOx、HC、CO、PM(颗粒物质)和烟度的Tier0～2级排放标准。这些排放标准于2000年开始生效,对于1973年之后原造的机车,     

使用火花点燃式CNG的EMD GP38-2型调车机车的NMHC与NMNEHC排放测试

2016年10月,美国EPA修订了道路、非道路、船舶及机车用重载气体燃料发动机的排放测试方法,这意味着过去一直用于控制非甲烷碳氢(NMHC)的排放限值从此将仅用于控制非甲烷-非乙烷碳氢(NMNEHC)。文章检验了EPA所给出的多种可用的天然气发动机及双燃料发动机的碳氢化合物(HC)排放物测试及报告方法,对一台试验用压缩天然气(CNG)燃料调车机车的NMHC和NMNEHC排放测试结果进行研究。其中的NMHC测试根据EPA在2016年修订前的规定,采用了基于传统的离子火焰探测器(FID)的差值法;NMNEHC测试采用了傅里叶变换红外(FTIR)光谱添加法和FID-FTIR差值法,二者均符合当下的EPA测试规程。     

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。     

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。     

内燃动车环保评价系统

2005年2月发表的《京都议定书》规定了减少以二氧化碳为代表的温室气体排放量的目标值。日本《节能法》规定铁路企业也负有节能减排的义务。根据有关环境的法律体系,明确了环境法限制标准的主要动向。通过汽车行驶模拟测量法验证了《大气污染防治法》所规定的燃油消耗率的要求是合理可行的。尾气中的非甲烷碳氢化合物（NMHC）和氮氧化物会形成光化学烟雾,对大气造成污染,尾气排放规范指出了尾气排放容许值。新开发的内燃动车环保评价系统利用能量计算软件可计算出发动机瞬时耗油率、总耗油量及发动机负荷等数据,还可计算出二氧化碳排放量等数据。对铁路车辆排放只限制氮氧化物。     

1996年发动机技术综述

综述了１９９６年世界上若干主要的发动机生产厂家的产品和技术进展。介绍的发动机产品包括柴油机、双燃料和气体燃料发动机，其中柴油机有的可燃用重油，发动机应用领域包括船舶推进、船用辅机、机车牵引以及陆用发电等。在发动机技术方面，介绍了发动机的控制管理系统、燃烧系统以及排放系统的改进和可靠性、耐久性方面的改进情况等。