采取使用措施降低废气排放中的颗粒数

日益收紧的轿车废气排放限值对发动机的开发不断提出新的挑战。欧5排放标准首次对汽油机实施颗粒质量排放限值,紧接着从欧6排放标准起,在颗粒质量排放限值的基础上,又首次实施颗粒数排放限值。AVL公司已研究了降低机内原始颗粒排放的可能性,开发了未来的减排方案,并证实采取使用措施能够降低颗粒排放。     

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。     

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。     

欧6直喷汽油机的挑战及对可行性解决方案的评价

2011年末颁布的欧6排放法规明确了未来几年的需求框架。6．0×10^11km^-1的颗粒数限值对直喷汽油机来说是真正的挑战。通过可视化单缸发动机的研究,讨论颗粒形成的因果关系,这可以为降低颗粒排放提出系统需求及功能定义。在1款欧5汽油机上进行的可再现性研究成功降低了发动机的原始排放,为喷油器中央布置的汽油机达到欧6颗粒数限值确定了方向。     

Audi公司新一代1．8L增压燃油分层喷射汽油机（第1部分）——基础发动机及其热管理

Audi公司已成功将EA888型4缸汽油机系列的第3代机型,即1．8L增压燃油分层喷射汽油机投放市场。鉴于日趋严格的二氧化碳排放限值和未来的欧6排放标准,对该机型进行了全面改进,应用了众多的创新技术（例如,集成在气缸盖中的整体式废气冷却）,使用了缸内直接喷射和进气道喷射的双重喷油系统,以及采用双凸轮轴相位调节器的可变气门机构（Audi可变气门升程机构）。同时,运用新颖的全电动冷却液调节,使实施创新的热管理成为可能。介绍了这种新一代汽油机的基础发动机及其热管理。     

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。     

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。     

汽油机技术的10年回顾

在过去的10年中，汽油机的动力性能、燃油经济性及排放性能都得到了稳步发展。尤其是汽油机的燃油耗每年降低的幅度超过2％，这为降低二氧化碳排放作出了极大贡献。实现这些进步的关键技术是直接喷射的燃油喷射系统、可变气门配气机构，以及高效率的催化装置。预计汽油机技术今后将进一步得到稳步发展。     

Audi公司新一代1．8L增压燃油分层喷射汽油机（第2部分）——混合气形成、燃烧过程和增压

Audi公司已将卓有成效的EA888型4缸汽油机系列的第3代机型——1．8L增压燃油分层喷射汽油机投放市场。这种汽油机经不断地降低摩擦功率、优化燃烧过程,以及采用单涡道涡轮增压器和电动废气放气阀等新的增压技术,进一步提高了有效功率和燃油。效率,并能满足全球未来最严格的废气排放标准要求。介绍了新机型的混合气形成、燃烧过程和增压。     

通过朗肯循环充分利用载货车柴油机的废气能量

全球排放法规限值收紧、不断提高的燃料价格和未来对二氧化碳排放的调控，都要求载货车柴油机进一步降低燃油耗，例如通过优化热管理。Behr公司与AVL公司和ZF公司合作开发了一种废气余热回收系统，能使燃油耗下降约5％。     

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。     

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。     

小型高效的内燃机

全球日益增长的能源需求和化石燃料的资源紧缺,迫使人们进一步研究一些在汽车和动力装置方面降低能源消耗的措施。现行的欧盟决议规定,新车二氧化碳（CO2）排放到2015年为止要逐步降至120g／kin,这就导致势必要开发更小、更高效的内燃机。2020年之前,排放法规还会不断收紧。超过CO2排放限值将被高额罚款,进而使动力装置的电气化程度不断提高。     

高增压汽油机的两级增压方案

汽油机缩缸强化降低CO2排放已成为一种发展趋势,并有可能通过开发汽油缸内直接喷射而使其成为可投产的成熟产品,同时建立起增压汽油机喷油定时和充量更换的新自由度。因此,FEV发动机技术公司在当前的开发周期中,正在讨论以排量明显减小的发动机方案替代现有的汽油机结构系列。     

降低直接喷射汽油机未燃排放物的研究

通过一种独特的混合气形成方法,使直接喷射火花点火汽油机在低负荷分层燃烧时的效率得到改善。使用扇形燃油喷雾,使混合气中的燃油分配更均匀。并通过一个局部隔热的活塞和高温废气再循环（EGR）进一步降低了未燃排放物。为了达到局部隔热的目的,使用钛合金隔热板,从而使该区域因喷雾撞击提高了表面温度,并消除了湿壁现象。即使在利用高EGR率降低NOx排放的情况下,高温EGR也阻止了火焰传播的衰减。     

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。     

满足EU ⅢB排放标准的下一代MTU4000系列机车柴油机

自2012年起,机车柴油机将必须满足更加严格的排放标准——EU非公路97/68/EGStageⅢB的要求。与StageⅢA相比,新标准规定的NOx排放限值降低了39%,PM限值降低了88%。新一代MTU4000系列R44发动机满足StageⅢB排放标准。首先,2012年之后将提供V形12缸和16缸发动机,而8缸和20缸V形机将紧随其后。新一代4000系列发动机功率范围将为1000～3000kW,用于电传动或液力传动干线机车和调车机车。MTU4000系列发动机作为在世界范围内运行的内燃机车的牵引动力装置已超过10年。从一开始起,MTU4000系列发动机就以其优异的经济效率、可靠性和功率-重量比而出类拔萃。新一代MTU4000系列R44发动机是目前MTU4000系列R43发动机的升级产品,后者是在2009年投放市场的。开发R44发动机的原则是,要尽可能地保留R43发动机久经考验的技术,对客户界面和发动机尺寸仅进行了略微修改,而且对所有技术都进行了数年的深入细致的试验和验证。到2012年标准系列发动机批量生产时,其样机在试验台和现场将积累数千小时的运行时间。EUⅢBNOx排放限值(NOx+HC4g/kWh)仅通过发动机内部技术(不带SCR催化器)即可达到,而采用柴油机颗粒过滤器(DPF)将可以使PM排放控制在限值以内(PM0.025g/kWh)。除了冷却的废气再循环和优化的气门定时(Miller循环)外,最新一代的LEAD共轨喷射系统(L'Orange公司制造)和MTU二级涡轮增压系统也是新发动机设计的突出特点。基于这些先进的发动机内部技术,可能实现很低的原始颗粒排放值,而发动机的结构可以兼容更高的背压(来自加载的颗粒过滤器)。按此原则,设计的柴油机颗粒过滤器与所开发的再生技术相结合,可满足用户对结构紧凑性、运行安全性、维修方便性和效率的要求。尽管R44发动机的废气排放量大幅度减少,但其仍保持了R43发动机优良的燃油经济性。MTU公司凭借其新的发动机,将继续为安装在干线机车和调车机车上的柴油机树立标准。     

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。     

小型4缸汽油机系列的设计和升级改进（第1部分）

在BMW公司的主持下，BMW公司和PSA公司合作开发了一种小型汽油机系列，这一系列具有进气道喷射自然吸气和缸内直接喷射增压2种机型。这是合作双方在降低二氧化碳排放方面迈出的关键一步。这种先进的小型汽油机系列在同等级排量的汽油机上首次应用了全可变气门机构（配气相位和气门升程调节）、体积流量可调的机油泵和可脱开的机械传动冷却水泵，并将双涡道增压器与缸内直接喷射相结合，同时充分挖掘了减少摩擦损失的潜力，以降低摩擦功率，使得所有机型的扭矩特性曲线更为丰满，燃油耗显著降低。自2006年起，这一技术被应用于BMW公司的Mini轿车，以及PSA集团Peugeot和Citroen的所有车型，2010年又进行了升级改进设计，在改善动力性能的同时，燃油耗和排放大幅度降低，令世人所瞩目。这种集成了当代最先进技术的汽油机系列堪称同类型汽油机的典范，其在设计和升级改进方面的成功经验值得国内同行借鉴。     

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。