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。     

一种同时降低直喷式柴油机碳烟和氮氧化物的新喷油策略的研究

直喷式柴油机燃烧时碳烟生成的一个主要来源是液态燃油或很浓的空燃混合气与火焰的相互作用,这种现象在现代直喷式发动机中尤为明显。由于噪声原因,这种发动机通常将喷油分为预喷油和主喷油。预喷的燃油着火后,由于主喷燃油直接喷向已经燃烧的气缸区域,部分主喷燃油会与仍处于液相的火焰相互作用,这就导致大量碳烟的生成。采用空间分离喷油来克服这一问题,一方面能减少燃烧早期的碳烟生成,另一方面能增加燃烧后期的碳烟氧化。特别是采用了一种能按照所述方法自由改变喷油的结构。因此,在一台重型单缸试验发动机的气缸盖上安装了一个辅助共轨喷油器。用辅助喷油器将预喷燃油喷入燃烧室中央,而主喷燃油则采用7孔喷油器按传统方式进行。在第一阶段,采用三维计算流体动力学的KIVA-3V程序模拟空间分离的预喷燃油和主喷燃油混合气形成,以获得混合气形成的第一印象。然后,用该单缸发动机研究新喷油策略对燃烧过程本身的影响,采用气缸压力显示、排气分析以及双色法来观察燃烧过程中燃烧室内的碳烟生成和碳烟氧化,并与传统发动机的运行作了比较,以评定发动机的运行特性,评估其降低排放的潜力。     

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。     

未来车用动力总成的发展动向

内燃机的发展史已证实：内燃机具有巨大的发展潜力,能持续不断地降低有害物排放、燃油耗和噪声。但是,立法者在不断收紧排放限值,并要求截至2020年逐步把二氧化碳排放限值降至95g／km。这与当今欧洲履行的义务相比,车队的平均燃油耗相当于要降低27％。FEV公司的Pisch—ingerS教授认为：不显著提高动力总成效率,这一目标是不可能达到的。     

Hyundai公司新一代1．8L汽油机

Hyundai公司开发出1款新型1．8L汽油机,以替代紧凑型及中型轿车上的老机型。该汽油机首次被配装在2011年亮相北美市场的Hyundai公司新款Elantra汽车上。通过应用双连续可变气门正时系统,以及能获得中、低速大扭矩和高速大功率的两级可变进气系统,这一新机型实现了高动力性能和低燃油耗。此外,优化了下部结构件和进气系统零部件,与此同时,也十分重视减轻部件质量,以降低噪声水平。该汽油机符合美国特超低排放车和欧5排放法规。简要介绍了新一代1．8L直列4缸汽油机（Nu汽油机）,以及为提高动力性能、减少燃油耗、降低排放和振动噪声而采取的各种相关技术。     

日产汽车公司新5．6L V8汽油机的开发

为了满足人们对更清洁汽车、更好燃油经济性和更佳发动机性能日益增长的需求,日产汽车公司开发了新VK56VD型汽油机。这款5.6LV8汽油机将被用于新InfinitiM56运动型豪华轿车。为了提高功率和效率,同时减少发动机对环境的影响,该汽油机采用气门动作和升程连续可变、汽油直接喷射等关键技术。介绍了VK56VD型汽油机的细节,以及所用技术的亮点和开发措施。     

创新的曲轴零件试验方法

曲轴是现代内燃机最重要的零件之一,它在运转中承受着复杂的机械负荷,曲轴轴颈的过渡圆角、润滑主轴颈和连杆轴颈的机油钻孔出口都是易引起振动断裂的危险部位。因此在制造过程中,对这些部位采取了成本较高的表面强化措施。为了能在尽可能接近实际负荷状况的运转强度试验中检验这些强化措施的效果,IABG公司已开发出一种新的曲轴试验方法。     

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。