匹配EGR和二级增压系统的柴油机性能仿真

为满足未来日益严格的排放法规要求,采用EGR和带有中冷的二级增压相结合的技术可有效降低NOx的排放.针对某6缸柴油机设计了两种不同的二级增压方案,第1种压比分配为高压级∶低压级为4∶6,第2种为高压级∶低压级为6∶4,并在各工况点对两种方案进行了EGR率和放气阀开度优化仿真计算.计算结果表明,采用EGR的二级增压系统较...     

高功率低燃油耗的新一代蜗壳式增压器

德国HandtmannSystemtechnik公司重新启用蜗壳式增压器的理念,以期通过增压提高汽油机的功率,并对其进行了全面的改进。这一项目的合作伙伴Bertrandt公司对发动机工作过程进行仿真,证实了蜗壳式增压器相比其他增压系统所具有的优越性。介绍了HandtmannSystemtech—nik公司的蜗壳式增压器在发动机缩缸强化理念中的应用。单级和两级蜗壳式增压器适用于汽油机和低排放柴油机。     

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。     

减小摩擦降低汽油机的燃油耗和排放

为了降低燃油耗和排放,减小发动机的内部摩擦和摩擦学影响的研究已成为未来发动机发展的主攻方向之一。为了针对现有和未来产品的摩擦进行更深入的优化研究,Mahle集团投入了大量研发经费。在此研发工作的大背景下,除了对逐个零件直接进行优化外,还专门围绕组件优化对发动机整机摩擦特性的影响进行了研究。这一研究在一台2L轿车增压直接喷射汽油机上进行。     

BMW740d轿车用新型两级涡轮增压直列6缸柴油机

2004年,BMW公司首先在3．0L直列6缸轿车柴油机产品中批量运用两级涡轮增压技术。现在,在2008年上市的新型3．0L直列6缸柴油机的基础上,开发了下一代可调两级涡轮增压柴油机。很高的功率输出、很宽的可用转速范围,以及很低的燃油消耗率等核心性能得到进一步改善。用这款新发动机的BMW740d轿车与以往用功率最大的V8发动机的轿车相比,燃油耗下降209／6以上,同时改善了行驶加速性和动态响应。     

通过喷入压缩空气改善涡轮增压柴油机的扭矩特性

近年来,Knorr-Bremse制动器公司通过对汽车工业、商用车柴油机领域电控喷油（如共轨）,以及商用车制动装置领域高动态电控压缩空气元器件的开发整合,成功开发出一种主要基于量产元器件且达到初期开发状态的系统。该系统易于集成到进气管上,且能极大改善发动机及车辆的动态响应性和加速性能。     

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。     

道路用中重型增压柴油机动力总成的瞬态行驶循环建模

用传统方法分析行驶循环燃油经济性时,运动学模型无法采集到增压空气处理系统中的瞬态差异。建立一维动力学性能仿真模型预测行驶循环燃油经济性,它包含了发动机和车辆模型的所有瞬态元素。令人感兴趣的瞬态技术是机械增压,其优点在于可改善增压响应,缩短达到最大扭矩的时间。评价了机械增压器离合器带来的好处。当前的美国6～8级商用车市场只采用涡轮增压柴油机。根据对车辆销售和二手卡车市场进行调查的结果,选择了3辆车和基本型动力总成。行驶循环的燃油经济性是仿真工作的主要输出。所有动力总成都符合美国环保署2010年排放法规要求。同时包括2种降低氮氧化物的方法：（1）仅采用高比例废气再循环,（2）采用低比例废气再循环＋选择性催化还原装置的后处理系统。在工作过程中开发了2种采用GT—Suite的新型建模方法。高水准的动力学模型对中央处理器性能强度的要求更高,但提供的输出不能用更快运行的稳态或运动学模型加以解释。机械增压配置对增压响应的改进体现在车辆性能的提高,而又不增加额定的功率／扭矩比。与基本型涡轮增压动力总成相比,机械增压应用不同水平的降速,既可提高车辆性能或燃油经济性,也可使两者同时得以改进。还评价了机械增压器的尺寸和布置方式（在串联增压配置中放在压气机之前或之后）,以及废气再循环回路的布置方式。在3辆车的应用中,均实现了燃油经济性的改善。     

利用进气流控制降低燃油耗和排放的研究

近年来，车用发动机不断追求高功率和低燃油耗，所以对能二者兼顾的可变进气流技术进行了模拟计算（流体动力学计算）和实机试验。通过部分阻挡进气歧管，使进气流偏向，从而改善燃烧和燃油耗，并用实车道路试验来验证改善燃油耗的效果。关于排放，以减少冷起动HC排放为目标，进行配组试验。特别是通过测量燃烧辉光，从表示油滴燃烧状况的后辉光分布与HC的关系着手进行分析。部分阻挡进气歧管后强化了空气流动，使燃油液滴分布明显偏向，致使HC排放增加，但形成能抑制油滴壁面附着的进气流时，发现后辉光和HC有所减少。     

柴油机增压系统的改进

调车内燃机车由于工况不稳定，不仅使排放的有害物质比干线内燃机车多出好几倍，而且由于燃烧不完全，使气缸活塞组的动负荷和热负荷也大为增加。为了解决这一问题，提出一种向柴油机增压集流管中供送压缩空气的辅助供气系统，并在чмэ3型调车内燃机车上使用。结果表明：不仅有害物质减少了30％－40％，而且燃油消耗率也降低了9％。     

3MW公司装用3个涡轮增压器的新型6缸两级增压柴油机（第1部分）——曲柄连杆机构和增压系统

BMW公司为运动型汽车开发的装用3个涡轮增压器的新型TwinPowerTurbo-3．0L-6缸两级增压柴油机是柴油机发展史的又一个里程碑。新机型进一步拓宽了BMW公司发动机的标准部件,并以93kw的升功率和247N·m的升扭矩成为轿车柴油机中的顶级机型,其动力性能超过了更大排量和更多缸数的机型,而燃油耗并不高。第1部分介绍基本型发动机的设计、增压方案、热力学和喷油系统。     

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。     

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％。     

BMW公司装用3个涡轮增压器的新型6缸两级增压柴油机（第2部分）——进气系统、冷却系统和废气系统

BMW公司为运动型汽车开发的装用3个涡轮增压器的新型T、winPower Turbo-3．0 L-6缸两级增压柴油机是柴油机发展史上的又一个里程碑。新机型进一步拓宽了BMw公司的标准部件,并以93kw的升功率和247N·m的升扭矩成为轿车柴油机中的顶级机型。仅依靠创新的增压系统与能承受高负荷的基础发动机的结合并不足以达到这样的动力性能指标,因此,必须专门为优化高增压度而设计进气系统、冷却系统和废气装置．以获得高效的增压空气冷却。第2部分介绍零部件的开发及其在汽车上达到的效果。     

Opel公司采用两级增压空气冷却的2．0L双涡轮增压柴油机

Opel公司运用两级增压空气冷却和压电喷油技术开发了2．0L双涡轮增压柴油机。采用闭环燃烧调节技术,降低了排放和燃油耗,并首次将上述技术措施与两级增压空气冷却相结合,进而获得了最大的功率和扭矩值,并进一步改善了加速响应性能。     

可调二级增压系统调节能力的计算和试验研究

针对可调二级增压系统的调节能力进行了计算和试验研究.研究表明利用可调二级增压系统可以在循环喷油量不变的条件下使增压系统总压比在调节能力的转速范围内基本维持不变;可调二级增压系统可以通过改变等效涡轮当量喷嘴面积来控制总压比;每一个速度工况点对应一个涡轮调节阀的最佳开度来实现目标增压比,而且最佳开度随着转速的增加而增大.     

铁路柴油机的排放优化、废气再循环和废气后处理

MTU公司一直密切关注着日益严格的铁路柴油机排放限值,并成功开发出可保证其能够在未来提供经济而有吸引力的铁路柴油机的若干技术方案。本文侧重介绍MTU公司为实现铁路柴油机排放优化而采取的废气再循环和废气后处理两种措施。     

利用机械增压器降低柴油机瞬态工况排放的研究

一般来说,涡轮增压发动机有增压延迟,而机械增压发动机则不存在这个问题。为了满足日本新长期排放法规,在1台柴油机上安装了机械增压器,由此改善了柴油机瞬态工况和低速扭矩工况的增压特性。在瞬态工况应用更高的废气再循环率,降低了排放。介绍了柴油机使用机械增压的优缺点。     

高增压点燃式发动机早燃的研究

介绍了高增压点燃式发动机产生早燃原因的研究结果。研究中,首先将早燃涉及的现象,按照工作的物理原理,构建到决策树中。然后,利用决策树,推断出所有能想到的被认为是早燃原因的单一机理。进行了试验研究和数值仿真,用以判断每种机理在试验发动机上促进早燃的能力。改变特定参数进行试验,以核实发动机运行工况与早燃频率之间的相互依赖关系。此外,使用紫外光光敏高速摄影机进行光学测量,以获得早燃源的空间分布及其进展信息。数值仿真应用详尽的化学反应动力学,分析了空一燃混合气在不同热力学条件、混合气成分及其他因素下的总体自燃性能。此外,还进行了三维计算流体动力学仿真,以确定燃烧室内的主要工作条件。综合试验和数值研究的结果认定,很多可能机理可被排除,只有气缸套甩出的润滑油滴,是产生早燃的最合理解释。已识别影响油滴的甩出量,也就是影响早燃频率的主要因素之一,与侧向布置喷油器造成的喷雾撞击所引起的润滑油稀释有关。     

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。