多用途中速柴油机排放达标策略

中速柴油机正面临着激动人心的发展时期。世界范围内的排放法规成为大型柴油机开发计划的推动力。对于同样的基准柴油机,不同的应用类型和市场技术条件要求采用不同的成套技术,以满足新的排放法规要求。在某些情况下,内部减排措施将不得不全面采用并发挥相互协同作用,才能达到新的目标。而在另外的一些情况下,则不得不遵循新的途径,例如采用废气再循环、燃用代用燃料或排气后处理,以帮助实现对排放的控制。工作在约1000r/min下的大型柴油机处在中速机和高速大型柴油机的中间地带,它们的特点是适应多用途,例如机车、船舶和电站。本文从该种柴油机的市场分析入手,指出未来各种应用领域在废气排放法规方面提出的各自不同的要求。这就为接踵而来的各种减排技术提供了条件,并最终为试验性的排放达标途径组合方案的出现提供了可能。大量的单缸机试验是排放达标工作的主要内容。深入的分析工作、热动力循环计算、燃烧和燃油系统计算流体动力学(CFD)研究促成了试验计划的顺利进行。在翔实的单缸机试验结果的基础上,对多方面的减排手段进行了分析。多缸柴油机性能则以计算为基础进行预测。最终,对应于柴油机的应用类型,对各种废气排放达标途径组合进行了对比。     

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。     

Audi公司新一代3．0L V6 涡轮增压直喷式柴油机（第2部分）——热力学、使用性能和排气后处理

Audi公司新一代3．0L涡轮增压直喷式柴油机应用了4气门技术、压电共轨喷油系统、可变几何截面废气涡轮增压器、涡流控制,以及具有智能热管理和整体式废气再循环冷却器用的双回路冷却系统等,并根据不同的汽车用途,具有150～184kw功率和400～550N·m最大扭矩。新机型在二氧化碳排放非常低的同时,能满足欧5排放标准的要求。     

混合废气再循环在直接喷射汽油机上的应用

混合废气再循环系统是指将高压-废气再循环与低压-废气再循环组合在一起。正如Borg-Warner公司所指出的那样,这种众所周知的柴油机技术也能应用于汽油机,以降低整个特性曲线范围内的燃油耗和废气排放。     

船舶和机车用高速柴油机废气再循环试验

通过将被冷却的废气混合到增压空气中,可以明显地降低柴油机燃烧时的最高温度和NOx排放量。这项技术在小汽车和载重卡车领域中早已大量应用。本文以MTU公司的2台经改造的柴油机为例,说明废气再循环(AGR)作为一项众所周知的降低NOx排放,从而经济地满足未来排放标准的技术,亦可以应用于非公路车辆领域。     

MAN公司为减少NOx排放试验废气再循环技术

多年以来，废气再循环（EGR）系统一直是为卡车和公共汽车提供发动机的高速柴油机制造商广为采用的技术。这种NOx减排技术所依据的前提是：通过改变氧／氮比来影响氧和氮反应物的分压。通过使废气返回到进气系统，这种氧／氮比值就会改变。15％的废气再循环会使进气空气的氧浓度约由21％减小到18％，从而使NOx的形成量显著减少。     

重型柴油机达到欧4和欧5标准的排放控制方案

现代柴油机是最通用的车辆动力之一。柴油机因较高的燃油经济性和扭矩得以长期用于全球重型车辆。此外,如今的涡轮增压小型高速柴油机有很高的动力性,以及优异的驱动性,加上很低的CO2排放,使得柴油机驱动的轻型车也越来越多。然而,只有当柴油车的废气排放满足日益严格的排放法规,它才可能被接受。在美国,重型柴油车和轻型柴油车要满足2007年开始生效的严格的排放法规,必须加装颗粒过滤器。从2010年起,排放法规将进一步收紧,这些车辆还必须加装NOx控制系统。欧洲与美国相似,先是欧4、欧5,最终将实施欧6排放法规。实际上,这样的目标意味着NOx和颗粒排放要比之前降低多达90％。评述了世界范围内重型柴油车为满足现行以及即将实施的欧6排放法规所使用的废气排放控制装置,以及控制策略的发展,探讨了有助于满足重型车法规要求的柴油机氧化催化器、通流式颗粒过滤器以及NOx控制催化器（选择性催化还原系统）的应用,并给出了不同控制方案的比较分析。     

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。     

低压废气再循环柴油机对废气涡轮增压器的挑战

行驶动力性好和燃油耗低的柴油机已成为交通运输领域极具吸引力的动力装置。除了成本高外,压燃式柴油机还存在机理性的高氮氧化物和颗粒排放问题。为满足未来排放法规,柴油机面临技术上的挑战。Borg—Warner Turbo＆Emission System公司进行了试验研究和计算,已掌握低压废气再循环（EGR）影响废气涡轮增压器的相关参数,并开发出保护流通零部件的有效措施,从而使可进一步降低柴油机有害物排放的低压EGR系统得到批量使用。     

柴油机研发中运用的模拟技术

介绍了在柴油机研发中应用的计算机模拟技术。模拟技术不仅对于基本燃烧过程来说是至关重要的，而且由于各种参数优化的复杂性，以及有限的研发时间和成本，它对整个研发过程而言都是极为关键的技术。零维和（或）一维发动机系统模拟技术已被广泛应用，以应对不断增加的各种装置及其运行参数的要求，诸如整个发动机系统、涡轮增压器、废气再循环管路及电控喷油系统的设计，以及这些装置运行参数的设定。介绍了2种发动机系统模拟器的实例：（1）一种用于评价发动机进气空气流的模型预测控制逻辑；（2）一种高效率且精确的缸内燃烧模型，被用于分析瞬态燃烧模式的转换现象。     

试验性的废气再循环系统在EMD 12-645E3型机车柴油机上的应用

本文研究在一台EMD公司的1715kW、二冲程、12-645E3型柴油机上采用废气再循环（EGR）、独立回路后冷却器和延迟喷油定时在减少排放和降低燃油消耗方面的优点,该型柴油机在北美广泛应用于船舶和机车。试验结果表明,采用EGR、4°静态喷油定时延迟和最低进气歧管温度,使得在US-EPA（美国环保局）干线牵引工作循环下...     

新一代MTU 4000系列柴油机

日益严格的废气排放标准和不断提高功率的要求是德国MTU公司进一步开发4000系列柴油机的动因。这种非公路车辆用高速柴油机特别适用于建筑机械、发电机组、铁路和船舶。文中介绍了MTU 4000系列柴油机的结构特点、技术参数及排放指标等。     

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。     

V8柴油机加入Scania公司欧6发动机系列型谱

为完善欧6发动机型谱,Scania公司开发了1款能满足欧6排放标准要求的V8柴油机,其功率为730hp（537kw）。 2013年初,功率为520hp和580hp的机型上市销售。基于2010年上市的16．4L发动机,开发了上述3款V8柴油机。新欧6机型通过将水冷废气再循环、选择性催化还原,以及可变涡轮截面技术相结合,达到排放法规的要求。据Scania公司称,V8柴油机采用的消声器装置相比安装于欧6直列式发动机上的略大,但仍为燃油箱和AdBlue尿素箱留下了足够的空间。     

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。     

具有共轨式燃油喷射系统的大型柴油机工作和燃烧过程听优化

瑞士苏黎世联邦技术大学内燃机及燃烧技术实验室和NSD（新苏尔寿内燃机公司）和ABB涡轮系统公司合作，对一台1420KW中速柴油机进行了优化，使其在发电运行时有害物排放量降到最低程度。采用了综合空气和燃油方面的各种措施，除了增压系统高压侧采用米勒方法和冷却的废气再循环外，还采用了共轨燃油喷射系统及可变涡轮几何形状的废气涡轮增压器。     

MTU公司已准备好应对欧3B排放标准

随着欧3B（Euro III B）排放标准将于2012年1月1日开始生效,MTU公司在2010年柏林国际轨道交通技术博览会上展示了它的下一代4000系列柴油机。已获得德国联邦公路运输局认证的新系列柴油机装有颗粒过滤器和废气再循环装置,     

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。     

Deutz公司采用螺旋滑动珩磨技术降低柴油机的磨损和机油耗

Deutz发动机公司进一步开发2012型4L和6L柴油机,在满足美国第3阶段排放标准要求的同时,提出了在2100r／min时最大功率达到178kW,以及采用冷却的废气再循环（EGR）达到更高EGR率的新任务。在不改变结构设计的情况下,这些边界条件将会导致气缸组件较严重的磨损。Nagel公司与Deutz公司共同合作,在现有基础上为气缸组件提出了一种解决方案,不仅能解决气缸组件的磨损问题,而且还有望获得降低机油耗并延长维修周期的经济效果。     

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