通过动态停缸以减少柴油机排放和燃油耗

减少燃油耗和废气排放一直是柴油机开发的重点。基于“动态停缸(DSF)”系统可以同时实现这2个目标。为了证明该项技术的优势,Tula公司和FEV公司针对不同发动机类型和试验循环进行了大量仿真研究,并基于完整的动力总成平台开发了相应的计算模型。     

Daimler-Benz公司预燃室式载重汽车柴油机问世75年

75a前，苯茨（曼海姆）公司研制了世界上第一台采用预燃室式柴油机的载重卡车。被命名为OB2的4缸发动机功率为30kw～37kw，卡车型号为5K3，载重量5t。在预燃室式发动机的研制过程中，ProsperL'Orangs起到了关键性的作用。1908年他是苯茨公司负责试验的领导人，他接到的任务是强化柴油机的功率，将该柴油机用作汽车的驱动装置。于是，他于1909年研制了布置在喷嘴和燃烧室之间的预燃室。在预燃室内每一个压缩行程都有一小部分供给的燃油燃烧，所产生的压力导致其余燃油细密的雾化，目的在于有利于着火和改善燃烧。1924年，戴姆勒发动机公司…     

IFA公司新型柴油机系列

<正>最近东德IEA公司生产一种排量为9升的新型柴油机,该机在2300r/min时,标定功率为132kW。这种发动机适用于高速公路载重卡车以及越野车辆的动力和其它工业用途。 6VD13.5/12SRF柴油机是一种新系列发动机,它有4缸、5缸和6缸,设计有自然进气和涡轮增压两种机型。 设计的主要目标是降低油耗、减少有害排放、提高工作可靠性以及良好的冷起动性能和维修性。     

小型非道路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。     

通过控制活塞振动降低柴油机燃烧噪声

现在,乘用车柴油机需要满足各种不同的要求,如低噪声、低燃油耗、低排放,以及高输出功率。改善噪声的关键是降低燃烧噪声,也就是降低柴油机敲缸噪声。降低柴油机敲缸的传统方法是减少由燃油预喷射引起的燃烧激振力、附加发动机机体加强筋或利用隔声罩改善噪声传递特性。然而,这些方法都有负面影响,如燃油经济性恶化、成本/质量增加。因此,需要依靠改进发动机结构来降低噪声。通过发动机试验分析了从活塞、连杆、曲轴到发动机机体的噪声传递路径和振动特性,认定活塞共振是噪声源。为了吸收活塞垂直运动产生的共振能量,设计了带有动态阻尼器的新型活塞销结构,它能产生与活塞反向的共振。验证了采用这一新技术降低柴油机敲缸的效果。     

通过缸压力进行柴油机燃烧控制参数优化的研究

燃油耗、排放物和燃烧噪声一直是柴油机降低振动噪声的主要开发目标,以达到良好的燃油经济性、低排放要求。这些目标可以通过先进的发动机技术实现。随着电子执行系统广泛应用于柴油机,已经可以进行精准控制。由于主要开发目标极大地受到发动机控制参数的影响,因此,对燃烧控制参数的优化改进成为最具挑战性的任务之一。作为一种高效的方法,试验设计方法已经应用于发动机标定。为了开发出一种数学模型,必须测量输入和输出值。在发动机试验中,应用来自缸内压力信号的噪声指标,并与燃油经济性和排放物的互动关系进行了探索和分析。并用1.6L的乘用车柴油机对燃油耗和排放物对燃烧噪声的敏感度进行了量化。这一分析有关于发动机燃烧控制参数的极端的参数优化。避免这一极端参数优化可制订更均衡的发动机控制策略。     

通过缸内压力进行柴油机燃烧控制参数优化的研究

燃油耗、排放物和燃烧噪声一直是柴油机降低振动噪声的主要开发目标,以达到良好的燃油经济性、低排放要求。这些目标可以通过先进的发动机技术实现。随着电子执行系统广泛应用于柴油机,已经可以进行精准控制。由于主要开发目标极大地受到发动机控制参数的影响,因此,对燃烧控制参数的优化改进成为最具挑战性的任务之一。作为一种高效的方法,试验设计方法已经应用于发动机标定。为了开发出一种数学模型,必须测量输入和输出值。在发动机试验中,应用来自缸内压力信号的噪声指标,并与燃油经济性和排放物的互动关系进行了探索和分析。并用1.6L的乘用车柴油机对燃油耗和排放物对燃烧噪声的敏感度进行了量化。这一分析有关于发动机燃烧控制参数的极端的参数优化。避免这一极端参数优化可制订更均衡的发动机控制策略。     

Daimler公司重型商用车柴油机废气涡轮增压器的开发

将增压系统与整机燃油耗及废气排放等方面的特殊要求进行匹配是发动机开发工作的核心部分之一,其中必须考虑增压系统的耐久性和效率。因此,在开发新一代重型商用车柴油机系列的同时,Daimler公司开始着手废气涡轮增压器的开发,目标是开发出能在燃油耗、废气排放和经济性等方面与整机实现完美匹配的废气涡轮增压系统。     

采用闭环控制方法监控和改善柴油机燃烧噪声

利用两种闭环控制方法监控和改善两台4缸柴油机的燃烧过程和燃烧噪声,采用缸内压力和加速度传感器监控柴油机,以满足越来越严格的排放法规和燃油耗法规。燃烧过程受到多种因素的影响,如发动机耐久性、行驶条件、环境影响,以及燃油品质。     

进气预热对柴油机起动过程动力性能影响的试验分析

为了改善某柴油机的起动特性,自行设计了柴油机进气火焰预热系统。利用基于时间的瞬时数据采集系统,测量了瞬时转速和缸内燃烧压力的变化规律,对不进气预热和进气预热条件下柴油机的起动特性进行了试验研究。试验结果表明:采用进气预热系统后,进气温度升高了18.5℃,柴油机起动过程中转速升高率增大,起动时间明显缩短;输出扭矩增大且波动明显减小;各个循环的最大燃烧压力升高且波动减小,燃油的着火滞燃期明显缩短,其着火过程中发生后燃、循环失火的概率明显减小,燃烧过程进行得更加充分,极大地改善了柴油机的起动性能。     

新一代进气道喷射自然吸气汽油机开发

为了降低油耗,满足动力性和排放法规要求,上汽开发了新一代进气道燃油喷射(PFI)自然吸气汽油机,应用稳态计算流体力学(CFD)数值分析方法和气道稳流试验方法开发了遮挡式进气道,利用缸内瞬态CFD方法优化开发了燃烧系统,提高了燃烧热效率。采用阿特金森循环并提高压缩比技术,降低了部分负荷油耗。通过1D整机性能分析优化了气体交换,提升了扭矩和功率。通过优化水套,缩短了暖机时间,改善了发动机热管理。新一代发动机采用了大量的降摩擦损失的措施,进一步降低了燃油耗。通过优化正时链和机油泵传动设计,改善了振动噪声。试验结果表明,新一代发动机在原机的基础上降低了5%的新欧洲行驶工况(NEDC)油耗,动力性能提升5%左右,排放满足欧6c法规。新一代汽油机的综合性能在同类机型中处于领先水平。     

适用于汽油机和柴油机的同心可调式凸轮轴

BorgWarner公司与ThyssenKrupp Presta公司共同合作,成功开发出一种汽油机和柴油机都适用的同心可调式凸轮轴,借助于广泛的模拟计算和发动机试验台架的试验研究,已证实其在降低燃油耗和废气排放方面具有巨大的潜力。     

Volkswagen公司商用车用欧6发动机

Volkswagen公司基于模块化柴油机标准部件(MDB)开发的新型2.0LTDI发动机,搭载在Multivan车型和Transporter车系上,并首次投放市场。采用满足商用车特殊要求的统一基础动力,逐步替换原4缸机型,使功率范围更大、燃油耗更低。该高功率版动力总成采用新开发的可调两级涡轮增压系统。     

满足日本后新长期排放法规的重型柴油机技术

自2009年起,日本实施的后新长期排放法规针对重型车制定了更严格的排放限值。此前,已于2006年制定了严格的重型车辆用燃油耗标准,规定在2015年前,要在满足排放法规要求的同时,达到燃油耗标准。根据这一背景,描述了新E13C型重型柴油机的发展概况,以及采用的设计理念和主要技术规格。着重介绍了如何同时兼顾到改善排放性能与提高燃油经济性,为满足后新长期排放法规要求的新型E13C柴油机所采用的先进技术及其新装备。探讨了新高压共轨燃油喷射系统、新型燃烧室、大容量废气再循环系统、柴油颗粒捕集器和尿素选择性催化还原系统的实际应用与效果。     

汽油机智能可变气门升程系统的开发

中国燃油耗法规与排放法规的不断发展,对汽车发动机的燃油耗和排放都提出了更高的要求。可变气门升程技术可以有效降低发动机的燃油耗和排放。介绍了1种由上汽集团技术中心自主研发的两级智能可变气门升程(I-VVL)系统。结合计算机辅助工程(CAE)的仿真分析,设计了该系统的核心结构。开发了一整套适用于该系统的零件加工工艺,并完成了配气机构性能试验和耐久试验验证。结果表明,该I-VVL系统结构紧凑,对周边零部件影响小,功能性和可靠性满足设计要求。     

利用微凹状网纹处理降低气缸孔-活塞环间的摩擦

活塞环外侧圆周面与气缸孔工作表面之间的滑动摩擦力占发动机总摩擦力的25% ～50%,降低活塞环与气缸孔内圆面之间的摩擦可以明显改善燃油耗。从改善发动机燃油经济性出发,着重介绍日本活塞环有限公司为优化气缸内圆面进行微凹处理以降低气缸孔摩擦的新技术、新工艺的基本原理和具体应用方法,评价了上述技术措施对降低燃油耗及CO2 排放的效果。     

保护气缸套工作表面的SUMEBore涂层解决方案

燃油价格不断上升和日趋严格的车辆排放要求迫使发动机制造商采用各种技术来减少发动机的燃油耗和排放。因此,近年来,人们对气缸套涂层的关注度明显增加,Sulzer Metco公司提出了SUMEBore~涂层解决方案。SUMEBore~涂层是采用空气等离子喷涂工艺将粉末状材料涂覆在气缸表面。这种空气等离子喷涂工艺非常灵活,能对各种不同的涂层材料进行处理,尤其是复合材料和纯陶瓷,而这在采用线状材料时是无法做到的。利用不同的涂层材料成分可以应对发动机的特定挑战,例如,由含杂质燃油或高废气再循环率引起的严重磨料磨损、咬缸和腐蚀。近年来,卡车、铁路机车和船用发动机,以及气体燃料发动机、电站发动机、气体压缩机的气缸套工作表面已开始采用这种空气等离子喷涂涂层材料,并在某些发动机上获得了成功的经验。试验发动机大多机油耗明显降低(部分机油耗的降幅甚至超过70%),燃油耗减少,并且磨损量非常小,缸套工作表面的耐腐蚀性也极好。给出了美国西南研究院1台EMD 16-710 G3A机车发动机的实机试验结果。这种空气等离子喷涂涂层解决方案已在不同的发动机市场实现商业化应用,被证明既适用于新型发动机机体和气缸套的批量生产,也适用于磨损气缸套的修复。这种涂层将会在减少发动机排放方面发挥重要作用。     

BMW公司采用新一代标准部件的柴油机系列

随着当前高效率发动机系列产品的陆续开发,德国BMW 公司对各种车型在行驶性能、燃油消耗及排放值之间的良好折中格外重视。目前,BMW 公司已推出改进型3缸和4缸柴油机。其下一步开发目标是进一步降低燃油耗和提升产品质量,同时改善发动机动力性能和声学性能。     

以同时降低燃油耗和排放为目的的两级涡轮增压系统的研究

为降低重型柴油机的实际燃油耗和排放,对采用不同低压涡轮流量和进气控制策略的2种两级增压系统进行对比研究。结果表明,所选择的增压系统可在发动机宽广转速及负荷范围内获得更高的增压压力,如再结合较高的压缩比,就能在改善车辆实际行驶工况排放性能的同时,降低燃油消耗率。     

进气门延迟关闭对小型商用车柴油机性能的影响

为满足严格的排放法规和燃油经济性要求,乘用车柴油机呈现出低压缩比的趋势。较低的压缩比在降低排放方面具有优势。但是,较高的压缩比对获得更高的理论热效率有益。米勒循环的进气门延迟关闭策略可使压缩比低于膨胀比,这样可以降低压缩行程终点的温度。将米勒循环应用于轻型商用车柴油机,并对其降低排放和燃油耗的效果进行了验证。通过应用米勒循环,降低了日本排放测试循环JE05运行工况下的发动机燃油耗和碳烟排放,并且对氮氧化物排放没有产生负面影响。