Cummins公司推出新型铁路柴油机

新的Cummins QSK50型机车柴油机在成功获得其排放达标证书之后,将于2010年初投入运用。该型发动机最近获得美国环保局（U．S．EPA）40CFR Part 1033 Tier 2排放标准和欧盟（EU）Stage 3a排放标准达标证书,并且被美国加利福尼亚州大气资源局认可为一种超低排放的机车（ULEL）发动机。     

调车机车加装柴油机颗粒过滤器

美国环保局(EPA)的Tier4机车排放标准将于2015年开始实施,机车制造商和运营商正在率先开始确定采取何种途径来达标。可供选择的排放达标途径有:选择性催化还原(SCR)、废气再循环(EGR)、柴油机氧化催化器(DOC)、柴油机颗粒     

排放标准再次升级

2011年1月出台了针对功率最大为560kW发动机的Euro IIIB排放标准,该标准从2012年开始适用于更大功率的发动机。与此同时,美国环保局(EPA)也开始将它的Tier3排放标准应用于机车,而它的Tier4排放标准将于2015年出台。文中简要介绍了几家发动机制造商为满足日益严格的排放标准限值要求而正在进行的开发努力。     

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。     

EMD公司继续开发710系列柴油机

美国EMD公司最近宣布,它已生产了第7500台710系列柴油机。在过去的24个月中,EMD公司共取得37项有关其710系列发动机减少排放和改善燃油效率新技术的专利。710系列发动机达到美国环保局（EPA）Tier2排放标准,其中的12—710G3B．T2型和16-710G3B-T2型柴油机已于2006年获得欧盟Directive97／68EC排放法规的Stage3a限值达标认可。EMD公司期望下一步能在不需要采用尿素后处理措施来减少NOx排放的情况下达到Stage3b级排放标准的限值要求。     

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。     

Cummins公司将展出新型机车发动机

Cummins公司将在出符合Stage3A和Tier车发动机。InnoTrans展览会上首次展2排放标准的QSK60-L型机     

MTU发动机系列产品

在2013年4月15日至21日的Bauma专业展上，Tognum集团展出了其MTU发动机系列。新型发动机系列的功率范围为100～3000kW，满足欧4排放标准和美国环境保护署（EPA）第4阶段（Tier4）末期排放标准的要求。     

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,     

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。     

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。     

柴油机选择性催化还原催化器的最佳布置方法

随着美国2007年第2阶段（Tier2）第5级（Bin5）排放法规的出台,大多数新型柴油车都要求安装氮氧化物（NOx）后处理装置。一种有可能降低NOx排放的技术就是尿素选择性催化还原（SCR）,该技术现已成为柴油机普遍可以接受的选择。尿素SCR是能够达到NOx法规限值的首选技术,并正在进行引入重型客车的研发,以满足美国Tier 2 Bin 5排放限值的要求。还介绍了包括柴油氧化催化器、催化型柴油颗粒过滤器和SCR催化器在内的SCR系统的要求,讨论了如何合理布置SCR催化器的方法。在研究中,由SCR系统总成和发动机台架的试验研究结果显示,候选的几种SCR布置方案可以与传统的SCR系统布置一比高低。     

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     

新的铁路用柴油机排气颗粒滤清器

美国GTE Industries公司和NREC（国家铁路设备公司）正在联合双方的力量进一步推进机车减排。早先的EPA（美国环保局）排放标准已经要求机车减少NOx和其他排放物的排放量,但是未来的将于2015年开始生效的Tier4排放标准还将要求机车的颗粒物（PM）排放量有明显减少。     

GE公司Tier3机车柴油机的设计与开发

为了应对美国环保局（EPA）1998年发布的机车排放标准（2000年生效），GE公司开始着手GEVO发动机的开发。开发这种新的发动机平台是为了满足美国环保局和其他立法机构未来的排放法规要求，以及满足客户所需要的高可靠性、低运行成本的要求。创新系列机车自2005年开始投放市场以来，已有超过2000台Tier2达标机车交货...     

进一步提高喷射压力对大功率中速柴油机烟排放的影响

有很多措施能够将NOx排放调整到规定值,诸如冷却排气再循环(EGR)、选择性催化还原(SCR)等。然而,使用捕集器降低烟度值却不一样,由于成本、安装控件以及维修方面的原因,其可行性受到质疑。碳烟形成及氧化过程极其复杂,使得烟排放目标的实现比NOx的控制要困难许多。在原理上,碳烟的控制需要配给足够的空气,并需要与蒸发的燃油形成良好的混合。最有效的途径是优化喷油系统,亦即增大喷油压力、实施多级喷射、优化喷嘴几何形状。为了解非常高的喷射压力对烟度的影响,在格拉茨大功率柴油机技术中心(LEC)安装了一套先进的轨压可高达3 000 bar的喷射系统,并配有Bosch喷油器。为定量研究喷射对烟排放的影响,在试验台上以固定转速按螺旋桨运行规律考察了全负荷和部分负荷各工况的运行。试验中,在改变喷射定时和空燃比的情况下,采用了SCR和EGR方法。另外,试验规划法的采用有助于减少试验次数。喷雾和燃烧过程的研究采用了光学设备。为更清晰地了解碳烟的起源以及为了能够对喷射压力高达3 000bar的3D CFD FIRE喷雾模型进行核准,获取了用两色法表示的碳烟浓度曲线。用很高的压力喷射可以获取非常低的烟排放值,其中包括使用EGR的条件。采用试验规划法获取的结果清晰地表达了各参数之间的关系,从而可用来优化整个转速和负荷范围内的数值。可靠的油束碎裂模型可用于进一步的3D CFD FIRE仿真,以探索如何进一步降低碳烟的排放。     

满足未来排放标准的MTU解决方案

文章分析了欧盟和美国针对非公路柴油机制定的排放限值标准,列出并比较了MTU公司为达到Tier3、Tier4i以及Tier4排放标准所采用的机内措施和排气后处理措施,探讨了未来降低燃油消耗并同时减少排放的多种潜在途径。     

Hyundai—Kia运动型多功能车用V6—3L柴油机的研发

为了满足高级运动型多功能车的要求,新开发了一款V6—3L柴油机。该发动机的有效功率提供了良好的行驶舒适性,并达到欧4排放标准。通过燃烧和排气后处理方案的优化,该发动机的基本设计方案可成为未来达到欧5排放标准的基础。同时,为了满足美国Tier 2 Bin 5排放标准的要求,正在开发采用尿素喷射的氮氧化物排气后处理系统。     

Tier 4机车投入运用

目前所有美国主要内燃机车制造商都按照于2015年1月实施的EPA Tier4排放标准开发产品,但是实现该标准并不轻松。     

重型柴油机部分预混合燃烧的燃烧特性研究

部分顸混合燃烧（PPC）在燃烧可控性高和排放特性方面接近于均质充量压燃发动机。为了实现PPC,滞燃期必须足够长,以使燃油在燃烧前与空气充分混合。喷油需足够早,同时采用高废气再循环（EGR）率,以获得较长的滞燃期。为了明确PPC的原理,创建了燃烧特性随喷油定时、EGR率变化的脉谱图。在一台6缸重型柴油机上进行燃烧特性的研究,喷油始点由早到晚变化,EGR率的范围也很大。在参数扫描期间监控发动机的排放情况,在低排放、高效率的最佳区域内,研究了喷油压力和发动机转速对燃烧的影响,以获得对燃烧更全面的了解。