满足未来排放法规要求的MTU解决方案

所有大型的柴油机制造商的开发重点都放在未来即将生效的废气排放法规上。国际海事组织Stage3标准将规定船用发动机在最大标定转速下的NOx排放限值为2g/kWh。针对机车的将从2012年开始生效的欧盟EUIIIB标准规定,NOx+HC的排放限值为4.0g/kWh,颗粒物排放量限值在0.025g/kWh以内。美国环保局规定,输出功率超过900kW发电机组的NOx排放限值为0.67g/kWh,颗粒物排放限值为0.10g/kWh。MTUFriedrichafen公司的柴油机产品遍布全球,应用领域十分广泛,因此需要考虑满足各种主流排放参数要求。最大限度地降低寿命周期成本的最佳技术理念已贯穿在每个应用领域的开发中。根据已生效的排放限值、再冷却条件、燃油经济性要求和燃油品质,可以采用不同技术组合,这些技术包括:燃油喷射、涡轮增压、气门定时、废气再循环和排气后处理。本文通过引用一些应用实例来阐述这些技术方案。     

环保和经济性兼顾的先进共轨系统

近年来，全球产业界都在致力于环境保护方面的研究。汽车行业也在付出极大的努力，以满足包括氮氧化物和颗粒限值在内的各项排放法规，同时，从防止全球气候变暖及节能的角度出发，还必须满足降低二氧化碳（CO2）排放的要求。有鉴于此，具有极大CO2减排潜力的柴油机受到了极大关注。为了提高柴油机降低CO2排放的能力，同时解决其本身仍存在的问题，即“缓慢、肮脏、噪声大”的问题，共轨燃油喷射系统已成为不可或缺的技术。电装公司开发了先进的第3代共轨燃油喷射系统，具有在每个燃烧循环中最多喷油9次的能力，且喷油压力达200MPa。介绍了这一先进共轨燃油喷射系统的性能和效果。     

Ford汽车公司新6．7L V8涡轮增压柴油机

针对皮卡和轻型商用车市场,Ford汽车公司开发出1款全新的6．7L Power Stroke V8涡轮增压柴油机,产品代码为“Scorpion”。为满足2010年度车型底盘测功器认证和发动机测功器认证的排放法规要求,该机采用了最新的设计技术,并可使用B20生物燃料。该机采用全新的90°V8设计,其特征为内侧排气、压电共轨燃油喷射、新型单涡双压涡轮增压器和双回路冷却系统。该6．7L柴油机是Ford汽车公司为北美皮卡和轻型商用车市场设计的第1款柴油机。     

Audi公司新一代3．0L V6 涡轮增压直喷式柴油机（第2部分）——热力学、使用性能和排气后处理

Audi公司新一代3．0L涡轮增压直喷式柴油机应用了4气门技术、压电共轨喷油系统、可变几何截面废气涡轮增压器、涡流控制,以及具有智能热管理和整体式废气再循环冷却器用的双回路冷却系统等,并根据不同的汽车用途,具有150～184kw功率和400～550N·m最大扭矩。新机型在二氧化碳排放非常低的同时,能满足欧5排放标准的要求。     

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。     

Audi公司新一代3．0L V6涡轮增压直喷式柴油机（第1部分）——设计与机械结构

2003年,第1代Audi 3．0L V6涡轮增压直喷式柴油机投入批量生产,2010年推出了第2代新机型。这种全新机型降低了燃油耗和排放,提高了动力性能,同时显著减轻了发动机质量。上述目标是在大量技术创新,尤其减小机械摩擦损失和轻量化结构设计的前提下得以实现的。经过热力学分析,Audi公司进一步改进了老机型的4气门燃烧方式,并采用了改进的串联压电式共轨系统,最大共轨喷射压力可达200MPa,而且,为了提供更好的瞬态响应,对涡轮增压器也进行了改进。     

Volkswagen公司商用车用新型2．0L柴油机

Volkswagen公司2．0L-4V-增压直喷式（TDI）共轨柴油机成功搭栽于众多轿车之后,其使用范围又进一步扩展到了商用车和旅游车。在T5轻型车系列中,用这种基本机型能够完全替代目前使用的4缸和5缸机型。同时,为了获得顶级的动力性能,应用了全新开发的可调式两级增压系统,在满足严格的欧5排放限值的同时,明显降低了燃油耗,并且还特别重视以牵引力为导向的扭矩特性曲线。     

综合利用多种方式降低直喷式中速柴油机NOx排放量

对一台配有米勒（Ｍｉｌｌｅｒ）系统、新开发的高压废气再循环系统（ＨＰＥＧＲ）、共轨燃油喷射系统（ＣＲ）及具有可变涡轮几何形状（ＶＴＧ）的增压器的中等尺寸中速直喷式柴油机的排放和性能参数进行了测定，并与标准发动机进行了对比。在功率、燃油消耗、烟度及其它排放指标保持不变的情况下，氮氧化物排放量可降低３０％～５０％。若允许燃油消耗增大１％～３％以及允许烟度略有提高的话，则根据负荷的不同，氮氧化物排放量电     

机车柴油机现代技术与发展

介绍了机车柴油机行程缸径比、平均有效压力、活塞平均速度、燃油喷射技术及增压技术等的现状,并论述了国外在降低燃油消耗率、降低废气排放、提高耐疲劳寿命、开发代用燃料等方面的发展趋势,同时找出我国机车柴油机在燃油喷射系统、增压系统等与国外的差距.     

具有共轨式燃油喷射系统的大型柴油机工作和燃烧过程听优化

瑞士苏黎世联邦技术大学内燃机及燃烧技术实验室和NSD（新苏尔寿内燃机公司）和ABB涡轮系统公司合作，对一台1420KW中速柴油机进行了优化，使其在发电运行时有害物排放量降到最低程度。采用了综合空气和燃油方面的各种措施，除了增压系统高压侧采用米勒方法和冷却的废气再循环外，还采用了共轨燃油喷射系统及可变涡轮几何形状的废气涡轮增压器。     

小型非道路用共轨直喷式柴油机的技术理念

近年来,由于对工业用发动机运行平顺性和低燃油耗方面的要求日益提高,因此,要求农业、园林及工程机械等非道路用发动机具有高功率、低燃油耗和低噪声的特点。此外,即使是小型发动机,其电子控制装置的发展趋势也需保持一致。基于这些背景,开发了采用共轨燃油喷射系统的新型非道路用直喷式柴油机,以满足上述要求。评述了在小排量非道路用柴油机上采用共轨燃油喷射系统,以及优化燃烧系统和喷油特性的技术。     

燃油温度对直喷式柴油机燃料喷射、燃烧和排放的影响

液体燃料进口温度对直喷式柴油机的影响是显著的。本文研究进口燃油温度对中速柴油机燃油喷射、缸内燃烧及对输出性能及排放的影响,介绍受进口燃油温度影响的主要喷油参数的变化,并开发了简化模型。研究指出：受影响的主要喷射参数包括喷油器喷射终点定时相对于喷油泵致动定时的变化量、喷油率、喷油持续期以及喷油油束的雾化。燃油温度对喷油参数的主要影响来自于燃油体积弹性模量和密度,而燃油黏度的影响不大。开发的模型可以预测由于进口燃油温度的变化引起的喷射参数的改变。预测结果指出,当进口燃油温度升高时,嘴端喷射始点定时相对滞后,喷油率降低,针阀开启持续期相对于基准状态有所延长。通过考察燃油温度对缸内燃烧过程的影响,分析了发动机输出和排放相对于燃油温度的变化趋势。预测指出,对于运行在全负荷下的普通柴油机,燃油温度的升高将会使CO、HC、PM以及烟排放值增高,而使NOx排放值降低,对燃油效率有不利影响。对一台中速四冲程柴油机进行试验得到的输出和排放值结果与趋势分析预测结果吻合。研究结果和开发的模型通常可以用于压燃直喷式液体燃料发动机。     

俄罗斯地铁车辆制造公司提供PA2型内燃动车组

德国MTU公司的低排放12V 4000R33型机车柴油机刚刚收到美国环保局发放的Tier2级排放标准证书。 这种2250英制马力（1678kW）柴油机专门针对铁路用途进行了优化，它装有MTU公司的第二代共轨式燃油喷射系统、水冷式排气系统和涡轮增压器以及先进的电子控制装置。     

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。     

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。     

清洁柴油车采用替代燃烧方式、进气流主导控制和排气后处理系统的试验研究

为了达到美国第2阶段（Tier2）第5级（Bin5）排放目标,在1台2．2L涡轮增压直喷式柴油机上采用由富油和接近富油燃烧的替代燃烧方式,以及用于精确燃烧控制的进气流主导控制系统和带稀氮氧化物捕集器（LNT）的四效催化系统组成的新型柴油机系统。还研究了催化器温度控制、带或不带后喷射的氮氧化物再生、脱硫和颗粒氧化。采用一种批量生产的稀燃汽油机,用LNT进行相当60000mile的老化。由US06和FTP75试验循环确认,在较好的噪声、振动和平顺性、较少燃油耗和平稳瞬态运行的情况下,车辆能符合Tier2 Bin5排放法规要求。     

环保型中速柴油机

在世界范围内对中速柴油机的减排法规趋于严格，因此，Caterpillar Motoren公司在2000年制定了所谓ACERT规划。通过缸内技术，降低了NOx和碳烟的排放量。本文将提供有关稳定状态或过渡工况下的减排结果。为改进排放性能，使用一台6M20型柴油机，对基本结构进行了调节，从而使排放值比现有的MARPOL73／78AnnexⅥ法规的NOx排放限值低30％。该柴油机配有可变的共轨喷射系统和一套可变的气门驱动机构，这可使燃油和空气系统的性能在很宽的范围内变化。开发目标是降低碳烟排放而又不延长加负荷时的加速时间。喷射系统的进油定时和供油规律对碳烟排放有很大影响。在这一方面，为产生更高的增压压力而对关闭Miller循环的时机选择和对喷油系统的调整起到很大作用。     

商用车发动机增压式共轨喷射系统

成功开发商用车柴油机燃烧过程的关键在于把握住高负荷运转工况,为此,Bosch公司开发了一种喷油特性曲线形状可变的共轨喷射系统,其中,第2个电磁阀激活集成在喷油器中的1个增压装置,通过优化电磁阀喷油嘴针阀控制时间的偏差,可使喷油开始时的喷油速率减半,从而限制氮氧化物的形成,这样有可能使发动机制造商在达到废气排放法规限值的同时,进一步降低燃油耗和发动机在空气系统方面的费用。     

柴油机燃油喷射装置的发展动向

燃油喷射系统是柴油机中最重要的子系统,为满足柴油机的多用途需求,必须开发出高性能的燃油喷射系统。以柱塞式燃油喷射装置和共轨燃油喷射装置的结构、特点及功能为着眼点,介绍柴油机燃油喷射装置的技术发展动向,并以电磁阀式喷油器为例,阐述了材料技术的发展为先进的共轨喷油系统实现高压喷射与多次喷射功能提供了有力的技术支持。     

新型直列3缸1．2L机械增压汽油机

介绍新型1．2I．3缸HRl2DDR型汽油机，其开发目标是达到欧洲B级车市场最低的二氧化碳排放，并通过优异的动力输出性能来满足用户的驾驶乐趣。同时，该汽油机的开发目的也是为了满足日趋收紧的法规要求，以及将来取代轿车柴油机。2011年，该汽油机已被应用在日产汽车欧洲市场的Micra车型上，达到了新欧洲行驶循环的二氧化碳排放限值95g／km。为了降低燃油消耗率，通过提高压缩比，最大限度地提高热效率，并尽可能降低机械摩擦损失。通过汽油直接喷射系统优化燃烧。选择带有旁通阀和电磁离合器的机械增压系统，在不牺牲动力性的前提下实现更好的燃油经济性。详细介绍了HRl2DDR型汽油机及其应用的技术亮点。