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。     

全球铁路运输市场的快速复苏

介绍德国SCI Verkehr咨询公司对全球铁路运输形势的评估结果。分析指出,全球铁路运输市场作为一个整体正在以较快速度复苏,其中占据市场较大份额的国家有中国、美国和俄罗斯,作为另一个主要竞争国,印度的货运量到2020年将增大70%。对铁路客运形势作了评估。指出推动铁路运量增长的三大因素是:经济增长、气候变化、能源缺乏和公共投资。     

工业运输用内燃机车的选型

根据俄罗斯工业运输用内燃机车车队的现状以及机车的运行条件和工作特点,提出应对车队进行选型。通过分析机车价格、燃油消耗等一系列因素总结出适合工业运输用的内燃机车车型,并对其经济性进行了分析。     

GE公司投资2．31亿美元用于生产设施升级改造和建新厂

GE运输装备公司（以下简称GE公司）2011年10月18日宣布,为了满足正在快速增长的本国和全球需要,它将投资2．31亿美元用于对其位于宾夕法尼亚州伊利工厂‘的生产设施进行升级改造和在得克萨斯州沃斯堡建一个新厂。GE公司总裁兼首席执行官Lorenzo Simonelli称：“增加投资反映了GE公司不断增长的全球势力和不断增长的国内外市场的产品需求,     

灰铸铁摩擦楔整体表面淬火强化法

介绍了将货车转向架减振器的SCh25灰铸铁摩擦楔的使用寿命延长至50万km的研究结果。试验表明采用整体表面淬火可提高斜楔耐磨性,改进斜楔设计能降低斜楔倾斜面的最高当量载荷以及消除斜楔在运行过程中形成裂纹的风险。     

新型多功能绝缘材料

文章介绍了俄罗斯专家研制出的一种多功能材料。文章从材料的隔热、隔音、防火、绝缘和生态环保等几个方面阐述了其很好的使用性能。这种材料不仅可以应用于机车车辆制造业,也可广泛应用于建筑、汽车等行业。     

不落轮状态下的空心车轴的裂纹探伤

新干线车辆的车轴采用中心镗孔的空心车轴。在交替检查时,列车在不落轮状态下进行车轴的超声波探伤检查。由于车辆的质量,且车轴上作用着弯曲载荷,裂纹的反射波高度可能会发生变化。本文叙述空心车轴在不落轮状态下的超声波探伤特征。另外,作为确认反射高度变化的方法。介绍了采用实体轮轴进行超声波探伤的试验及其结果。     

高燃烧压力柴油机的气缸盖衬垫

柴油机内的燃气压力比汽油机的高,密封燃烧室的气缸盖衬垫工作环境很严酷。衬垫的密封性不仅受衬垫规格的影响,而且受气缸盖、杌体和紧固它们的缸盖螺栓的影响。所以,为了提高衬垫的性能,必须增强其材料的特性。衬垫材料的必要特性是高强度和高疲劳强度,对增强这些特性的方法进行了研究,并开发了一种新材料。已经证明,使用新材料制造的衬垫能承受很高的燃烧压力,并已用于一种高性能柴油机。     

以氢为补充燃料的直喷式柴油机的燃烧和碳烟排放

已证实,在乙烯和乙炔与空气的层流扩散火焰中添加氢气（H2）可以大大减少碳烟的生成。将H2雾化喷入单缸自然吸气直喷式柴油机,对燃烧和碳烟排放进行研究。随着H2的加入,特别是H2能量分数增加到15％以上时,发现与以往报道相反,滞燃期明显缩短,压力升高率峰值很高,烟度增加,燃料效率下降。当H2能量分数占30％左右时,滞燃期降到0～1℃A,最大压力升高半上升到2．5～3．0MPa／℃A。当H2比例较低时,碳烟排放稍有减少,但在H2能量分数高于15％～20％时,碳烟急剧增加。H2与空气混合,有效地参与燃前反应,导致滞燃期缩短,随之对燃烧压力一时间历程、碳烟排放和效率产生影响。有必要通过进气加入H2或往发动机气缸内直喷H2进行燃烧控制,以评估H2减少碳烟排放的潜力。     

喷孔几何形状对降低柴油机排放的影响

在一台采用高压共轨喷射系统的多缸柴油机上对3种喷嘴形状各异的喷油器进行了试验。试验采用多种喷射压力,并结合使用废气再循环技术,以获得低的NOx和碳烟排放。研究中采用的喷油器包括6孔喷嘴的、10孔喷嘴的和K系数为3的6孔收敛形喷嘴的。所有3种喷油器具有相同的流量值。所试的所有3种喷油器在各自适当的条件下均有NOx和碳烟减排效果。研究发现,低温燃烧可通过采用高的废气再循环率与晚喷相结合来实现。在传统的喷油定时下,高喷射压力明显减少了碳烟的排放。在推迟的喷射定时（即上止点后5°曲轴转角）下,喷射压力的影响不明显。研究发现,在相同的喷射条件下,与直孔喷嘴相比,收敛形喷嘴会产生更高的碳烟排放量。收敛形喷嘴对NOx排放和燃油消耗率的影响不明显。10孔喷油器中的小喷孔喷嘴可产生较小的燃油滴从而导致更好的雾化。10孔喷油器在宽广的运行条件下似乎具有更好的空气利用率从而有显著的NOx和碳烟减排作用。