柴油清净剂的现状与发展趋势

柴油清净剂相对于汽油清净剂来说发展得较晚.柴油以及润滑油由于热裂解在喷嘴处容易形成积碳,这些沉积物能够使裸漏的喷嘴部分或完全地堵塞,影响喷嘴的正常工作,延迟燃烧,压力增长,导致发动机噪音增大,污染物排放恶化以及油耗增加.柴油清净剂可有效地清除喷嘴积碳,确保良好的雾化性能,并保持发动机性能以及排放水平.此外排放法规的日益科学合理使得柴油质量不断提高,重新配方的柴油一个重要性质就是它的清净性.随着对高品质燃油的需求,以及环保要求的日益严格,柴油清净剂正呈现出良好的潜在发展前景.     

大功率双燃料发动机用宽泛喷油器

与柴油发动机相比,双燃料发动机具有废气排放低、易于在不同燃料间转换,以及可用低价气体燃料、实用性高等特点。近年来,双燃料发动机越来越受到重视。最先进的柴油-天然气发动机的缺点是系统复杂性高,因为它们配备了两个喷油器(一个主喷油器用于柴油运行和一个引燃喷油器用于双燃料运行)或双喷嘴喷油器。此外,双喷油器性能会受到其引燃喷油器偏心位置的不良影响。因此,在发动机整个运行范围内仅采用一个位于中央的喷油器是首选解决方案。然而,以微量柴油特别是1%柴油分量实现所需的喷射精度,喷油系统在设计上极具挑战性。在发动机整个运行范围内柴油分量高达100%时调整喷嘴几何形状以获得良好的喷雾性能,也仍是一个重要的课题。文章对L’Orange(以下称罗润)公司先进的宽泛(wide range)喷油器与最先进的引燃喷油器的喷射性能进行比较。在喷油率测量及喷雾箱光学调查的基础上,评估两种喷油器的喷射特点。采用高速纹影技术和高速米氏散射可视化技术来描述喷雾汽相和液相的特点。调查的重点是少量柴油(柴油全负荷运行柴油用量的1%~10%)用于高速双燃料发动机。利用选择的单缸发动机试验结果对两种不同的喷油器进行再次对比。为避免喷油器安装位置对评估产生影响,两种喷油器均被安装在气缸盖的中心。通过试验测定维持稳定燃烧所需的最小柴油分量。此外,在发动机的不同工况下,对新型喷油器和最先进的柴油引燃喷油器对发动机整体性能的影响进行比较。     

用于北美铁路牵引的低排放发动机

简述了美国机车制造商及铁路运用部门为了满足日益严格的排放规要求而进行的铁路机车低排放发动机的研究开发活动。这些活动主要包括：对传统柴油机进行个性或优化设计，如加长行程，提高压缩比，采用电子燃料喷射等；开发气体燃料发动机，其中包括采用柴油引燃的双燃料发动机和纯烧天然气的发动机；开发能满足下一代高速铁路计划需要的燃气轮机车发动机。     

燃料性质的变化对重型车用发动机均质充量压燃的影响

均质充量压燃（HCCI）为显著改善效率和大幅削减排放提供了可能。然而，在实用负荷和转速下实现重型车用发动机的HCCI运行面临大量的技术挑战。必须把HCCI的运行范围成功地扩展到全部负荷和速度范围，同时要保持适当的燃烧相位，控制最高缸内压力和压力升高率，并限制氮氧化物和颗粒排放。Caterpillar和ExxoMobil公司的合作研究已在这方面取得重大进展。评估了燃料对HCCI发动机运行范围和排放的影响。测试燃料是在汽油和柴油的馏程范围内开发的，涵盖很大范围的着火性、燃料化学性质和挥发性。所有燃料均利用Caterpillar3401E单缸油料试验机、在HCCI条件下测评。测量了废气排放和性能等关键变量，以及发动机转速、废气再循环率、燃油喷射定时等参数。结果表明，燃料品质和发动机条件的适当组合可实现重型车用发动机在宽广负荷范围内的HCCI运行，同时显著削减排放。在发动机压缩比为12的条件下进行测试，发现某种着火性介于目前汽油和柴油之间的燃料可提供最大的高负荷运转能力。     

燃料的混合特性对天然气发动机性能的影响

评价了各种供油条件下单缸火花点燃式发动机燃用天然气时的性能和燃烧特性。在同一台发动机上,采用激光诱导荧光法测定进气行程缸内燃油的分布,并分析了燃气状态。通过调整喷嘴在进气道的位置,控制混合气形成及其对发动机性能、尤其是热效率和氮氧化物排放的影响。     

为达到欧3排放标准采用Taguchi技术优化重型柴油机的喷油参数

为了追求高功率密度、提高燃油经济性和达到排放标准,柴油机的性能在过去几十年中得到持续提高。燃烧技术、先进的电控喷油以及精确的发动机和喷油参数的开发帮助柴油机实现了环保方面的调整,同时降低了NOx和颗粒（PM）排放。了解发动机和喷油参数,以及它们对排放的影响对于生产更清洁的柴油机极其重要。研究的目的是优化一台重型直喷式柴油机的喷油参数,以尽可能降低法规限制的排放物,从而达到欧3排放标准。为了缩短开发周期,采用了仔细编制的试验设计和Taguchi技术。利用平均值分析、信一噪比分析和方差分析从L9正交排列的试验结果中筛选出最佳的参数。通过分析,保证这些参数能使各排放组分以确定的工程裕度达到欧3排放标准。对诸如凸轮转速、喷嘴流量、喷嘴头部在燃烧室中的凸出量和喷孔数等喷油参数的影响进行了试验研究。其中,凸轮转速会影响喷油速率,喷孔数会影响喷油压力和油束雾化,因而对降低NOx和PM排放起着直接作用。另外,喷嘴头部凸出量会影响到对油柬撞击燃烧室壁的位置,并对PM和HC排放产生中等的影响。就满足欧3排放标准而言,在已确定的试验工况范围内,喷嘴流量对柴油机排放的影响几乎可忽略不计。NOx、CO、HC和PM排放总体上能分别以11．5％、61．5％、76．5％和23％的裕度满足欧3排放标准的限值。此外,与原发动机性能相比,功率和扭矩提高了约30％,全负荷的燃油消耗率降低了10．6％,而且车辆的驾驶性和燃油经济性也得到了改善。     

HCCI技术应用于大型天然气发动机的潜力

在性能、燃料消耗和排放方面对大型天然气发动机提出了更高的要求。未来的排放限制将需要开发新的、在不降低发动机效率和功率的前提下显著降低排放的技术。达到此目的的一条途径就是使用催化剂（氧化催化剂、SCR催化剂）。这种方法的缺点是催化剂和为了减少氮化物的排放而使用的添加剂的成本较高。另一途径是采用新的燃烧技术达到减少排放的目的,例如均质充量压燃（HCCI）技术。本文将介绍采用天然气达到均质自燃目的的各种方法。采用非常高的压缩比、高废气再循环率以及很高的进气管温度,实现了纯天然气的HCCI技术。此外,亦研究了双燃料系统。采用了柴油作为第二种燃料用于内部混合以及采用了正庚烷、汽油、柴油用于外部混合等方式。所有的实验均是在一台排量约为6·2L的单缸试验机上进行的。研究结果显示出在采用HCCI技术的条件下不同参数（压缩比、进气管温度、废气再循环率）对燃烧过程的影响,以及发动机所能达到的效率和对排放性能的影响。     

Deutz公司在欧洲推出的“天然燃料”发动机

不久前，Deutz股份公司在欧洲农业机械展览会上展出其“天然燃料”发动机。这些发动机是在TCD2012和TCD2013系列发动机基础上开发出来的，可使用100％生物柴油。符合DINEN14214的菜籽油甲基酯燃料和DINV51605的菜籽油燃料的要求。Deutz宣称，这些使用生物柴油的发动机排放完全符合欧3标准，并承诺提供整车质量担保。Deutz天然燃料发动机采用德国DCR共轨技术，以及具有Deutz专利的燃料管理系统。该系统由集成控制系统、双油缸和燃料预热器组成。双油缸可进行柴油和菜籽油燃料间的自动切换，燃料预热器用以保证在低温下使用菜籽油时发动机正常工作。全面诊断功能可预测临界操作状态的出现，以防止燃油滤清器堵塞。     

未来柴油多样化的挑战和解决方法

排放控制、二氧化碳值、舒适性、驾驶性、可靠性和成本是未来所有动力装置开发的主要框架。为了在保持燃油耗优势、良好运行性能和可接受成本的同时,满足未来的欧洲排放法规和现行的美国排放法规,在这个框架内,无论是轿车,还是商用车的柴油动力装置都面临一些挑战。其中之一是不同国家柴油品质的差异,包括不同的十六烷值、挥发性、含硫量和分子成分。此外,由于经济和环境的原因,越来越多具有不同燃油品质和特性的代用燃油将被推向市场。目前,大多数柴油机采用的喷油系统控制算法是开环控制。采用这种控制方法时,燃油品质的变化会增加校准的难度和校准持续时间,同时还会降低燃烧强度和排放。控制不同燃油燃烧的一种可能解决方案是采用闭环燃烧控制。一旦这种设想被发动机试验证实,针对不同品质燃油的校准会变得更快、更容易。另外,车辆使用期间的在线校准修正还可以避免发动机故障,并确保适宜的驾驶性能和排放性能。介绍一种补偿燃油品质变化的创新方法。依据2种市售燃油（EN590欧洲柴油和低十六烷值美国柴油）的品质,通过燃烧分析研究了燃油对燃烧特性和排放的影响。基于这些数据和结果,介绍了一种能补偿燃油品质变化的创新闭环燃烧控制策略。     

面向未来的双燃料发动机技术进展

当前双燃料发动机正在大缸径发动机市场逐步觉醒。长期以来双燃料技术仅应用于电站发电领域,然而近十年来,由于纯天然气发动机性能的大幅度提高,以及采用大型中速发动机实现功率等级的延伸,电站市场显著萎缩。除了先前大量的陆用外,移动式应用也为大缸径双燃料发动机提供了更广阔的市场。上述应用包括船用主推进（例如液化天然气运输船,豪华游轮）和辅机应用（例如集装箱船）以及铁路牵引（例如,长途机车）。促使业界关注双燃料发动机的主要动力是,与使用昂贵的重油或柴油相比较低的燃料成本,以及降低以NOx为主的排放污染物进而满足未来的排放法规。另外,对于大量的移动式发动机的应用,天然气将很快成为一种潜在的低硫燃料。除天然气之外的典型液态替代燃料通常不利于在电站双燃料发动机的应用,然而对于移动式应用却是一种可靠的备用燃料。对于船舶应用可以在ECA（排放控制区）区域内外通过天然气和柴油模式切换,从而使双燃料发动机更容易满足IMO（国际海事组织）的排放法规。移动式应用的难点在于,频繁的转速工况变化、快速的负荷响应要求、天然气品质变化和复杂工况下,对发动机运转可靠性的考验。由于双燃料发动机具有两种典型运转模式（天然气工况和柴油工况）,在发动机设计时必须进行折中考虑（例如压缩比、活塞碗形状、气门正时等）,这就导致了目前效率和功率密度方面的缺陷。关于上述问题,奥地利AVL公司通过单缸中速发动机测试研究了双燃料发动机相关技术问题。对大量参数进行了评估并对工况边界条件进行了研究。基于获得的数据,将给出当前双燃料发动机技术的短期预测。AVL公司关于双燃料发动机技术的展望也将促进中期开发需求。     

BMW公司满足未来全球废气排放标准的柴油机排放技术

全球排放法规日趋收紧，而且美国、日本，以及欧洲各国的排放法规又有差异，因此，除进一步开发现有的系统外，还必须应用新技术，特别是在柴油机排气后处理方面。采用众所周知的、近发动机免维护柴油颗粒捕集器、氮氧化物存储催化器和选择性催化还原系统开发出1套排放组合装置，从而使BMW公司的柴油机动力总成继续保持高品质，并成功地进入美国和加拿大市场。     

对燃用植物系生物燃料的柴油机性能及排放性能的研究

部分国家采用从废弃食用油中制取的酯化燃料作为柴油机的代用燃料,但这种代用燃料会产生黑烟或白烟,同时还会影响发动机的起动性能。由于生物燃料属含氧燃料,因此也担心在批量使用时会产生醛类物质等含氧有害物质。探讨了在低温下燃料析出固态物质的原因,以及生物燃料生成醛类物质的趋势,并在1台柴油机上,用3种生物燃料和柴油进行试验研究,比较各自的排放性能,同时明确脂肪酸组成对排放性能的影响。当饱和脂肪酸的比例升高,浊点和析出点也会上升,同时浊点与析出点之间具有明显的相关性。采用油酸甲酯时,醛类排放物在400℃时开始增加,而在低温范围内其生成数量较少。相比柴油,燃用甲酯燃料时,氮氧化物的排放会有所增加,而未燃碳氢化合物、一氧化碳及烟度均呈下降趋势。     

水平对置柴油机的开发

水平对置发动机具备较高的动力性能,同时在配装车辆后,还能使车内空间更为舒适宽敞,同时,柴油机因排放二氧化碳更少而广受关注。为此,日本富士重工开发了配装量产乘用车的水平对置柴油机。该款发动机不仅具备优异的动力输出性能和响应性,而且在低噪声、低振动和低燃油耗方面都获得了不错的成绩。同时,由于配装了带氧化催化器和柴油颗粒滤清器的排气后处理装置及废气再循环冷却器,新发动机的排放水平达到了欧4标准。     

重型发动机喷油嘴结焦试验方法的开发

当今，柴油机仍是最常见、最高效的移动式能源转换设备。尽管如此，它还是受到许多问题的困扰，如喷油嘴的结焦。由于引入更先进的喷油系统和燃用更为多样的燃料（包括生物燃料），这个问题变得更加复杂。现在的喷孔尺寸比以前更为细小，因此对结焦更为敏感。已有2种经欧盟委员会批准的柴油机结焦试验方法，但还没有公认的适用于大型发动机的结焦试验方法。以大型发动机为基础，采用含锌量为1×10^-6的B10生物柴油，在单缸发动机上进行研究，目的是开发一种简单、快速的结焦试验方法。为了与实际应用情况相符，采用1台满足欧5排放标准的高功率发动机，在几个实际负荷工况点进行试验。研究了发动机在各种转速最大负荷点的结焦倾向，在此基础上确立一种重复性好、便捷的单一负荷点6h试验法，试验中途保温1h，以产生显著的结焦。用嵌装热电偶的啧油器测得喷嘴平均温度约为255℃。根据试验中测得的功率损耗评价结焦状况，并在流量试验台上予以验证。此时从喷油器上拆下喷嘴，在结焦试验前后单独测量流量，以判断喷嘴结焦产生的影响。由于试验的初始状态极为关键，因而发动机的运转工况十分重要。试验结果显示，发动机在50％负荷状态下运行不会对结焦产生显著影响，并且，整夜保温后功率输出平均升高1．2％，而缩短保温时间对积炭的形成没有显著影响。     

VMMotori公司新型R750发动机系列

针对非道路用车辆的排放法规要求,研究人员正重新审视发动机设计,并为零部件引入最新的技术和定制排气后处理系统。降低颗粒排放是影响发动机整体性能和价格的关键问题之一。目前,业界还没有一种统一的解决办法。部分制造商采用高压燃油喷射与高效的柴油氧化催化转化器组合的方式,而另一些制造商则依靠主动再生柴油机排气颗粒过滤器技术或单用选择性催化还原技术来达到欧盟第4阶段和美国第4f阶段排放标准。考虑到上述方法的利弊,VMMotori公司决定采用一种新技术,将柴油氧化催化转化器与分流式颗粒过滤器（PM—Metalitg）用于新型R750发动机系列。讨论这种方法的优点,同时介绍为达到排放限值所进行的应用性研究。介绍PM—Metalit技术无须维护保养就可降低颗粒排放的物理及化学机理。此外,还将讨论模拟实际运行条件得出的试验结果。     

多区喷雾模拟——优化重型柴油机喷射参数的有效方法

本研究的目的是考查喷射参数对重型柴油机性能和排放特性的影响.为对采用高压共轨喷射系统的柴油喷射和雾化特性进行分析,对于诸如喷射延迟期、喷射持续期以及喷油率和喷孔数之类的喷射特性,均采用一种准维模型进行研究.在本研究中,喷油率的改变是在各种不同的喷油参数下实现的,同时将对发动机性能和排放进行模拟.最后,将探讨适用于高效、...     

2008年柴油机排放控制回顾

扼要回顾了2008年柴油机排放法规、发动机技术,以及氮氧化物（NOx）、颗粒和碳氢化合物（HC）控制方面的典型进展。欧洲有意在技术上与美国协调一致,决定于2013年实施欧6重型车排放法规。一项新的颗粒数标准将被采纳。加利福尼亚州正在考虑将轻型车队平均排放值收紧到美国第2阶段（Tier2）第2级（Bin2）的排放水平;欧洲,以及美国拟分别针对轻型车和所有车辆出台二氧化碳（CO2）排放强制性标准。为了能通过增压和废气再循环来实现更低的CO2排放,轻型车发动机的技术重点是缩缸强化。发动机的技术目标是要达到美国Tier2Bin2排放水平。重型车发动机将能任意配装各种降Nox装置,以达到最严格的Nox排放标准,但这些降NOx装置必须达到更低的燃油耗水平才能被采用。NOx控制技术的侧重点是要使选择性催化还原技术适用于各种应用对象,重点是冷态运行、系统优化和催化器的耐久性。稀燃Nox捕集器的性能正在逐渐提高,责金属的用量不断降低,脱硫功能有所加强,提出了几种以氧化铝和二氧化铈为基础的材料成分。稀燃NOx催化器和HC选择性催化还原技术有所更新。柴油颗粒过滤器（DPF）技术处于优化和成本降低状态。介绍了几种DPF再生策略,以及有关碳烟／催化荆相互作用和DPF孔穴结构影响基本原理的新知识。提供了有关柴油氧化催化器方面的最新资料,着重介绍了几种先进的燃烧策略方案。     

Nissan公司车用汽油机的废气净化技术

为了改善大气环境,从20世纪60年代起,汽车废气排放法规日益严格。目前,废气污染物的浓度被要求降至大气中含量的水平。降低汽车废气排放的要点如下：（1）在冷态下降低发动机机外排放;（2）利用发动机起动阶段的高温排气预热催化器;（3）改进催化器性能;（4）改进发动机控制技术。介绍了上述四个方面的相关技术。     

柴油预喷着火增压燃气发动机中生物燃料的燃烧和排放特性

描述了柴油预喷着火的增压燃气发动机中生物燃料的燃烧和排放特性。认为，通过调整柴．油预喷的喷射量，即便使用生物燃料产生的热解气体，也能实现稳定的燃烧。     

采用新型混合动力系统改善中型载货车的燃油经济性——配置电动增压器的柴油机性能及排放特性研究

为了改善中型载货车在实际行驶工况下的燃油经济性,研究人员提出一种全新的混合动力车概念。该混合动力系统的关键技术是电动增压器。采用1台4缸柴油机并配置电动增压器,对发动机的性能和排放特性进行研究。在高增压压力与大流量废气再循环相结合的条件下进行发动机试验。研究结果证实,车辆的燃油经济性和排放性能同时得到改善。而且,在底盘测功器试验中还成功证实,车辆所用电动增压器消耗的电能可以由中型混合动力车在行驶过程中产生的制动再生能量提供。