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。     

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。     

商用车用机电一体化控制的废气再循环阀

全球的排放法规限值日益收紧,为了降低商用车、公路和非公路车辆用发动机的排放,要求采取一些更有效的技术措施。除发动机下游的排气后处理措施外,在轿车柴油机中采用了外部废气再循环（EGR）技术,这对于降低发动机原始排放具有巨大的潜力。因此,Pierburg公司开发出一种重型商用车用的、全电子控制的EGR系统。     

发动机制造商对非公路移动式机械排放立法的研究与考虑

排放法规成为目前发动机发展的一个主要驱动力。尤其是那些提供非公路移动式机械的发动机制造商,由于其发动机在全球的广泛应用和需要遵守各种排放法规,所以其面临的挑战也是独特的。因此,全球立法一致性对于全球市场的繁荣至关重要。对于代表非公路移动式机械发动机制造商的欧洲内燃机制造商协会来说,协调全球非公路移动式机械的立法始终是其最重要的工作之一。本文将对当前全球重要排放法规的修订情况进行概述,其中涉及对非公路移动式机械欧洲法规97/68/EC的技术评述审查及其修订条款(包括铁路应用领域和内河船舶)、国际海事组织针对海洋船舶规定的NOx技术标准修订和针对固定式发动机的哥德堡协议的修订情况,重点介绍对参与修订过程的非公路移动式机械发动机制造商的特殊要求,以保证向全球市场提供高效而又环保的发动机。     

乘用车发动机技术的发展

回顾了近20年来乘用车汽油机和柴油机的发展概况,介绍了乘用车发动机采用的新技术,以及燃油喷射装置、排放控制系统等技术的发展动向。     

MaK C系列发动机的运用经验和新开发的M20系列发动机

概述了ＭａＫ公司Ｃ系列发动机的主要结构特点和取得的运用经验，介绍了在此基础上新开发的Ｍ２０系列发动机。Ｍ２０系列发动机包括Ｖ型１２缸，１６缸机和直立６缸，８缸和９缸机５种机型。它的缸径为２００ｍｍ，行程为３００ｍｍ，标定转速为９００－１１００ｒ／ｍｉｎ，是ＭａＫ公司目前柴油机型谱中尺寸和功率等级最小的中速发动机。 Ｍ２０系列发动机不但吸取了现有Ｃ系列发动机的全部成熟的经验，而且在燃油经济性，可靠性     

电子发动机管理:智能化发动机控制的关键技术

现代发动机的大脑是电子控制单元,它监测和控制发动机及排气后处理系统的全部主要功能。同时,控制单元也可作为与车辆自动控制系统连接的接口。整个驱动系统的最佳配合是发动机在全寿命期内降低排放和油耗以及提高输出功率的关键。MTU公司自主研发这种关键技术,并生产这种控制装置。     

MTU4000系列柴油机的开发

德国ＭＴＵ４０００系列柴油机是在“高可靠性”、“高适修性”的指导思想下开发的。为此，一方面借鉴了已经验证的设计原理（例如可调涡轮增压），另一方面采取了一些重要的发展措施（例如喷射技术），并把用户的要求纳入新产品的开发中。在美国底特律柴油机公司（ＤＤＣ）的合作下，采用同一种发动机设计原理，开发出８缸、１２缸和１６缸发动机。它们可满足船舶动力装置、铁路、非公路用重型车辆和发电机组等所有的要求，并使柴油     

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。     

Isotta Fraschini公司研制出内燃动车用发动机

意大利发动机制造商Isotta Fraschini公司最近宣布其著名的1300系列发动机不久将投放铁路牵引市场，而在这之前该系列发动机广泛应用于船舶、工业发电和公路车辆。     

开发一种更好的发动机

针对铁路用户的需要,供应商正在努力设计建造更理想的发动机。文中简要介绍EMD、GE、John Deere动力系统和MTU底特律柴油机四家公司根据自身的特点在研究开发低排放、高燃油效率、高可靠性和耐久性、低维修成本发动机方面所采取的对策以及所取得的成果。     

VMMotori公司新型R750发动机系列

针对非道路用车辆的排放法规要求,研究人员正重新审视发动机设计,并为零部件引入最新的技术和定制排气后处理系统。降低颗粒排放是影响发动机整体性能和价格的关键问题之一。目前,业界还没有一种统一的解决办法。部分制造商采用高压燃油喷射与高效的柴油氧化催化转化器组合的方式,而另一些制造商则依靠主动再生柴油机排气颗粒过滤器技术或单用选择性催化还原技术来达到欧盟第4阶段和美国第4f阶段排放标准。考虑到上述方法的利弊,VMMotori公司决定采用一种新技术,将柴油氧化催化转化器与分流式颗粒过滤器（PM—Metalitg）用于新型R750发动机系列。讨论这种方法的优点,同时介绍为达到排放限值所进行的应用性研究。介绍PM—Metalit技术无须维护保养就可降低颗粒排放的物理及化学机理。此外,还将讨论模拟实际运行条件得出的试验结果。     

用于北美铁路牵引的低排放发动机

简述了美国机车制造商及铁路运用部门为了满足日益严格的排放规要求而进行的铁路机车低排放发动机的研究开发活动。这些活动主要包括：对传统柴油机进行个性或优化设计，如加长行程，提高压缩比，采用电子燃料喷射等；开发气体燃料发动机，其中包括采用柴油引燃的双燃料发动机和纯烧天然气的发动机；开发能满足下一代高速铁路计划需要的燃气轮机车发动机。     

2005年发动机技术发展概述

简要介绍世界上主要发动机制造商在2005年的发展情况,重点介绍机车柴油机及功率等级与机车柴油机相近的柴油机和气体燃料发动机的研究开发、结构特点、主要技术参数等。     

大缸径燃气发动机燃烧系统的开发

由于环保以及经济原因,大缸径燃气发动机,尤其是中速机正在引起越来越多的关注。除了发电用途外,这种发动机也在海运和铁路运输领域发挥了很大的作用。除了必须满足严格的排放法规外,发动机可达到的燃料经济性水平也是客户考虑的关键因素。文章分析了大缸径燃气发动机特定的应用要求。由于其独特的应用要求,发动机燃烧系统的设计更具挑战性。与客车和商用车发动机不同,大缸径燃气发动机需要一种截然不同的设计理念。文章重点描述了FEV公司预燃室燃烧系统的开发。为开发该燃烧系统,在单缸发动机上将既有的CMD方法与试验进行了有机结合。依据CMD所进行的预燃室设计,开发进程因测试变量数量的减少而明显缩短。经系统优化后,较好的燃烧稳定性可将BMEP值控制在30 bar范围内。通过参数的调整,仿真和试验结果之间建立了良好的相关性,而且还明确了预燃室结构改变对试验结果的影响。     

Caterpillar发动机打入德国机车市场

随着原民主德国铁路内燃机车的老龄化，美国卡特匹勒公司（Caterpillar Inc）的3400系列和3600系列发动机正越来越多地被选用来替换这些旧机车的原装发动机。文中简要介绍了这两种发动机的主要结构、技术参数及装车情况。     

中速柴油机,燃气发动机的活塞及活塞环技术

介绍了中速柴油机、燃气发动机活塞的类型、所用锻铝合金材料的拉伸－压缩试验及冷却系统，／防止磨缸的节省环、气环和油环的结构和设计思想、母体材料、镀层种类、环对油耗和其动态性能的影响、目前环组的发展结果以及其它主要的开发领域。     

控制颗粒物排放的燃烧室设计

本文概述中速柴油机制造商所面对的满足排放法规要求的可能性(主要考虑采用缸内技术),重点论述在保持低的NOx排放水平的前提下颗粒物减排的潜力。具体介绍里卡多(Ricardo)公司借助于3DCFD分析对一种缸径为170～230mm的发动机燃烧进行的开发,开发过程中采用了基于Ricardo发动机的CFD软件——VECTIS。所开发的这种低碳烟燃烧系统除了能够减少发动机的颗粒物(PM)排放外,还有助于降低发动机初始成本、整个寿命期成本以及提高发动机和后处理装置的耐久性和可靠性。     

柴油机发动机异常声音的判断

柴油机发动机工作时,由于燃料燃烧膨胀作用,废气排出时气流波动及运动部件之间发出很大响声.当出现运动部件严重磨损、配合间隙增大、零件松动、断裂损坏或装配调整不当时,便会发出各种异常声音(以下简称异音).     

ABC发动机公司为新市场开发新产品

简述了比利时ＡＢＣ发动机公司为满足铁路机车、拖船、发电等市场需要而开发的ＤＺ系列中速柴油机的主要结构特点和技术参数，同时还介绍了该公司目前正在进行及今后将进行的发动机新产品开发活动。