柴油機(jī)引擎發(fā)展和耐久性

1、 黃石理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 外文文獻(xiàn)翻譯柴油機(jī)引擎發(fā)展和耐久性摘要先進(jìn)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和后處理技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出來，用于多種發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛平臺(tái)。第2級(jí)（ 2007年及以后）的排放水平已證明了輕型貨車車輛超過ftp協(xié)議的75個(gè)試驗(yàn)周期對(duì)車輛底盤式功率機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在得到了這些低尾氣排放水平的 同時(shí)又保留了燃油經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。通過將原型后處理系統(tǒng)與先進(jìn)的燃燒方式（潔凈燃燒）結(jié)合，性能和排放取得了不少成果。潔凈燃燒在綜合處理之后控制部分種類廢氣，同時(shí)達(dá)到氮氧化物和pm降低的目的。啟用引擎的分析工具能夠使子系統(tǒng)發(fā)展和系統(tǒng)整合。實(shí)驗(yàn)技術(shù)的開發(fā)方法，利用各種設(shè)施，以簡(jiǎn)化開發(fā)的最終解決方案，包括利用穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)

2、機(jī)的測(cè)試床，模擬底盤機(jī)的測(cè)試周期。關(guān)鍵詞：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，第2級(jí)，可控硅，后處理，排放，燃燒導(dǎo)言在20世紀(jì)90年代后期，燃料的使用規(guī)劃已對(duì)未來的運(yùn)輸要求作好準(zhǔn)備。展望未來，從2000至2020年汽車能源的使用是相對(duì)穩(wěn)定的，而第三至第八類卡車（重型機(jī)器類型車輛）卻被認(rèn)為在這20年時(shí)間里將有微弱的增長(zhǎng)。然而，一個(gè)顯著的上升主要出現(xiàn)在第1類至第2類車（皮卡，面包車和多功能車）。在某些情況下，這些都是用在商業(yè)上，但是增加的主要的來源被視為是客車市場(chǎng)用于個(gè)人的運(yùn)輸?shù)娜找嬖鲩L(zhǎng)的一部分。汽車使用的增加后來將主要增加能源的使用，從而帶動(dòng)每天數(shù)百萬桶的原油消費(fèi)，從20世紀(jì)90年代后期的大約800萬桶增加至2020年

3、的12.5-13萬桶 1,2 。有人預(yù)測(cè)，到那時(shí)，汽車的柴油機(jī)使用率，開始主要是第一類及第二類輕型卡車的柴油機(jī)使用率在美國(guó)的交通能源的使用中將有顯著的減少。 不過，很多人質(zhì)疑柴油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)行次級(jí)排放的能力是否會(huì)影響其可行性。而那些認(rèn)為可以掃除排放的障礙的人又質(zhì)疑所有的氮氧化物減排技術(shù)應(yīng)用和燃油效率降低之后，燃料經(jīng)濟(jì)的改進(jìn)將是怎樣。為應(yīng)對(duì)這個(gè)問題，一系列的同能源部的合作項(xiàng)目已經(jīng)開展，包括三角洲計(jì)劃以及后來的底特律柴油公司的“領(lǐng)導(dǎo)者”計(jì)劃。這些計(jì)劃的目的是研究達(dá)到次級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)可行性以及對(duì)燃料經(jīng)濟(jì)性可能產(chǎn)生的影響。底特律柴油公司所采用的方案是一套綜合分析和應(yīng)用的方案，該方案利用這個(gè)項(xiàng)目早期階段的

4、模擬來發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和策略發(fā)展需要的觀念。圖1 ： 柴油的汽車的使用，使美國(guó)運(yùn)輸能源使用顯著減少。方法及結(jié)果控制系統(tǒng)與引擎控制系統(tǒng)用適中有效的方法綜合在一起，這種方法使得在保持柴油機(jī)對(duì)汽油機(jī)固有的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的總體排放特性也有明顯的提升。最初，廣泛的仿真指引著人們?nèi)ピO(shè)計(jì)一個(gè)清潔的單缸引擎。這個(gè)模型，以實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)以及做好穩(wěn)定狀態(tài)模態(tài)的發(fā)展得到了驗(yàn)證。這方面的努力使該模型變得適用并且使得在穩(wěn)定模式下的工作有質(zhì)量保證。一旦這種實(shí)驗(yàn)得到校準(zhǔn)和完善，引擎工況水平穩(wěn)定，它將被用于預(yù)測(cè)瞬時(shí)的引擎工作性能，又仍處在穩(wěn)定狀態(tài)類型中。與分析的工具結(jié)合在高度被控制的一種穩(wěn)定的狀態(tài)測(cè)試，然后再在

5、一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)中測(cè)試運(yùn)行。這就回答了如何在空氣系統(tǒng)，egr系統(tǒng)和提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的燃燒系統(tǒng)間找到平衡的問題。 伴隨穩(wěn)定狀態(tài)的發(fā)展，這些工作和理論被暫態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功計(jì)驗(yàn)證，這個(gè)測(cè)功機(jī)位于發(fā)動(dòng)機(jī)能夠進(jìn)行暫態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)類型工作的位置。同時(shí)，車輛綜合在預(yù)報(bào)和車輛噴射類型的的推動(dòng)的周期，諸如聯(lián)邦城市的驅(qū)車周期，ftp-75，us06，而公路燃料經(jīng)濟(jì)測(cè)試方式被編入瞬時(shí)的引擎測(cè)力計(jì)。這些可以在一個(gè)非?？刂圃O(shè)置下運(yùn)行，從而允許為控制系統(tǒng)和校準(zhǔn)得到改進(jìn)。 伴隨著馬力測(cè)力計(jì)系統(tǒng)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)被用來帶動(dòng)一系列商用輕型卡車：道奇杜蘭戈，道奇dakota ，也是世界第1類戴姆勒克萊斯勒霓虹客車車輛，并且部分驗(yàn)證控制系統(tǒng)發(fā)展校準(zhǔn)已

6、制定。這種車輛綜合后，再往回到仿真領(lǐng)域中發(fā)展高保真控制系統(tǒng)和校準(zhǔn)發(fā)展。這是一條線索，通過一個(gè)迭代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)動(dòng)機(jī)和后處理的發(fā)展。至于第二，第三和第四次迭代，通過這樣的循環(huán)，后處理日益一體化。圖2 ：達(dá)科他輕型卡車平臺(tái)如圖2所示，該平臺(tái)也可用于該計(jì)劃中，為第2級(jí)示范的是戴姆勒克萊斯勒道奇dakota輕型卡車平臺(tái)。搭載的是一臺(tái)加強(qiáng)4升v6發(fā)動(dòng)機(jī) 3,4 。這種發(fā)動(dòng)機(jī)采用可變幾何渦輪充電時(shí)，共軌燃油噴射，獨(dú)特的高壓力回路，冷卻egr系統(tǒng)，創(chuàng)造了235馬力， 4000 rpm優(yōu)越性能表現(xiàn)，并在2002年展示，并參加了2002年在圣迭戈的乘坐和駕駛展示。在項(xiàng)目早期，一個(gè)綜合性的減排路線被開發(fā)為輕型卡車和su

7、v的平臺(tái)，如圖3所示。它是基于與ftp - 75廢氣排放性，并它在兩個(gè)領(lǐng)域得以體現(xiàn)。第一個(gè)領(lǐng)域是利用清潔燃燒的引擎控制策略和進(jìn)步來確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放。這個(gè)項(xiàng)目專利性和先進(jìn)性的燃燒技術(shù)在顯著減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放的同時(shí)，對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性沒有重大的影響，事實(shí)上，對(duì)瞬態(tài)燃油經(jīng)濟(jì)性沒有任何切實(shí)的影響。圖3 ：輕型卡車/越野車平臺(tái)綜合排放削減路線 一旦這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)外排放是既定的，那么第二個(gè)目標(biāo)就確定了：排氣管排放通過后處理顯示這個(gè)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略的綜合性。發(fā)動(dòng)機(jī)外排放的目標(biāo)是在第2級(jí)10個(gè)等級(jí)，然后逐年下降非常接近第2級(jí)的9級(jí)水平，這是有針對(duì)性的，其最終目標(biāo)是達(dá)到2級(jí)的5級(jí)的最終的目標(biāo)。 在2002deer會(huì)議，初步

8、的結(jié)果被顯示發(fā)動(dòng)機(jī)在第2級(jí)的10水平且沒有后處理5的外排放 。這有重要意義，因?yàn)樗谌〉昧朔浅５偷陌l(fā)動(dòng)機(jī)排放的同時(shí)保持了非常高的燃油經(jīng)濟(jì)性，比以汽油機(jī)作動(dòng)力的車高出50%。加入催化的煙塵過濾器，尿素為基礎(chǔ)的可控硅技術(shù)和相關(guān)的管制措施，氮氧化物和粉塵減少，并且在ftp-75無任何氨滑移的情況下實(shí)現(xiàn)第2級(jí)6水平的排放。同汽油機(jī)相比，這種排放效益要高45%。自2002年deer會(huì)議以來，發(fā)動(dòng)機(jī)外排放有了很大的提高，如圖4所示。非常接近第2級(jí)9水平的排放，在沒有活躍的氮氧化物后處理情況下實(shí)現(xiàn)。氮氧化物的 0.3克每英里很低的微粒。這超過了在初期階段的計(jì)劃路線確立的目標(biāo)。通過把以尿素為基礎(chǔ)的scr技術(shù)添

9、加到發(fā)動(dòng)機(jī)中，ftp-75實(shí)現(xiàn)了第2類第3級(jí)排放 ，同時(shí)與汽油機(jī)相比，燃油效益高出40%。再次，這些排放水平是在fpt-5周期無任何氨滑移的情況下取得的。此外， us06水平也是第2級(jí)排放水平在利用催化的煙塵過濾器和以尿素為基礎(chǔ)的scr技術(shù)的情況下取得的圖4 ： nox還原經(jīng)燃燒和后處理發(fā)展輕型卡車/越野車平臺(tái)用以顯示這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的好處的一種方法是將氮氧化物減少原因的歸類，可分為由于燃燒或者發(fā)動(dòng)機(jī)不同，以及通過比較ftp-75汽車的外氮氧化物排放量和ftp-75發(fā)動(dòng)機(jī)的外排放量對(duì)后處理綜合性能的影響。在ftp-75放入循環(huán)中，后處理效率通常在80%-95%。對(duì)于低溫的ftp-75循環(huán)來說，這些

10、是相當(dāng)高水平的氮氧化物減少量。這個(gè)項(xiàng)目顯示，去年，通過進(jìn)一步利用清潔燃燒技術(shù)，提升檢查和控制策略，發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化物外排量有了顯著的降低。發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化物外排量減少了一半以上。而且，ftp-75循環(huán)氮氧化物排放減少技術(shù)有意義的提高表現(xiàn)在從去年的85%上升到今年的90%。這是通過充分開發(fā)控制系統(tǒng)和先進(jìn)的復(fù)合模式燃燒的潛能實(shí)現(xiàn)的。這些充分表現(xiàn)了先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)和后處理綜合技術(shù)，這些是這些技術(shù)和項(xiàng)目?jī)?nèi)在的要求，尤其當(dāng)你考慮從模擬反復(fù)開始，經(jīng)過穩(wěn)態(tài)，瞬態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)，最終到達(dá)汽車使用階段。我們經(jīng)歷的那種循環(huán)越多，我們就越能通過發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制和先進(jìn)的潛能將后處理與發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合。圖5 ： nox還原經(jīng)燃燒和后處理的

11、發(fā)展輕型卡車/越野車平臺(tái)而實(shí)現(xiàn)第二級(jí)，尤其當(dāng)破壞傳統(tǒng)的nox折衷方案曲線時(shí)，找出這種氮氧化物權(quán)衡曲線仍然停留在上述每個(gè)單獨(dú)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)顯得很重要。氮氧化物/燃油經(jīng)濟(jì)性權(quán)衡曲線仍然以同樣的方式存在。我們可以在曲線上標(biāo)出氮氧化物從7級(jí)到3級(jí)的變化情況，以顯示出：當(dāng)?shù)趸餃p少時(shí)ftp-75的燃油經(jīng)濟(jì)性也減少到同樣的水平。內(nèi)在的燃油經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇潛力的確認(rèn)是很重要的。在發(fā)展思路的每一步，燃油經(jīng)濟(jì)性下降的原因都被確認(rèn)，并且記錄在下面的循環(huán)中。因此，對(duì)于2002年第2級(jí)6級(jí)水平，ftp - 75 的燃油經(jīng)濟(jì)性為：輕型卡車每加侖行駛20英里。在2003年，雖然我們有燃油經(jīng)濟(jì)性和氮氧化物的綜合，但我們現(xiàn)在可以在沒加侖

12、同樣里程數(shù)的情況下達(dá)到第2類第5級(jí)的水平。這表明在同樣的燃油經(jīng)濟(jì)性條件下，氮氧化物的排放量比以前減少了55%。反過來說，如果我們保持相同的氮氧化物，以2003年確定的排放標(biāo)準(zhǔn)，燃油經(jīng)濟(jì)性可以增長(zhǎng)到?jīng)]加侖行駛20.5英里?；蛘?，我們可以將氮氧化物的排放量有效的減少到第2類第3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，這相當(dāng)于在燃油經(jīng)濟(jì)性減少最少的基礎(chǔ)上將氮氧化物排放量減少了70%以上。有這樣一個(gè)信息：經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)不斷的發(fā)展，燃油經(jīng)濟(jì)性不斷的提高，因此進(jìn)一步減少氮氧化物的排放量不會(huì)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生多大不利的影響。如果我們把乘用車平臺(tái)作比較，這些結(jié)果可以被進(jìn)一步說明，前面的結(jié)果已經(jīng)有所呈現(xiàn)。我們有和輕卡相類似的路線圖，區(qū)分兩種體制：一

13、種是發(fā)動(dòng)機(jī)具有氮氧化物外排和ftp-75粉末的，另一種是與瞄準(zhǔn)第2類第5級(jí)的后處理系統(tǒng)相結(jié)合的。在這種情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)外輪廓在沒有后處理的情況下被提煉到一個(gè)更加清潔的水平：氮氧化物0.4g/mi和0.5g/mi。通過一個(gè)煙塵催化過濾器，fpt-75在沒有任何氮氧化物后處理的情況下實(shí)現(xiàn)了第2類第8級(jí)水平。以尿素為基礎(chǔ)的scr技術(shù)的應(yīng)用減少了v，并且氮氧化物和微粒達(dá)到第2類第3級(jí)水平，同時(shí)不存在氨滑移。這些結(jié)果顯示在表6中。這個(gè)項(xiàng)目顯示了燃油經(jīng)濟(jì)性隨著發(fā)展思路的提升而產(chǎn)生的重大進(jìn)步，同時(shí)在燃油經(jīng)濟(jì)性不受損害的情況下氮氧化物排放量有初步降低。第2類第5級(jí)結(jié)果是在67mpg的混合經(jīng)濟(jì)，這是ftp-75和

14、高速路燃油經(jīng)濟(jì)的結(jié)合。這清晰的顯示出當(dāng)利用合成分析和實(shí)驗(yàn)方法時(shí)，燃油經(jīng)濟(jì)如何得以提高。圖6 ：客運(yùn)車平臺(tái)的綜合排放削減路線總結(jié)和結(jié)論總之，這個(gè)項(xiàng)目利用綜合柴油機(jī)和具有含scr系統(tǒng)的催化過濾器后處理及技術(shù)來說明輕卡suv和乘用車平臺(tái)的第2類第3級(jí)排放。第2類用來說明超過us06循環(huán)的輕卡平臺(tái)和ftp-75結(jié)果。用同樣的汽車做測(cè)試，這比輕型汽油機(jī)卡車高出41%的燃油經(jīng)濟(jì)性。排放量的減少首先歸功于先進(jìn)的燃燒技術(shù)，并且通過在沒有活躍的氮氧化物后處理的情況下實(shí)現(xiàn)第9級(jí)氮氧化物排放和pm水平實(shí)現(xiàn)的。尿素噴射控制策略是取得良好排放的首要原因，它在最大程度減小氨滑移的同時(shí)最大程度的減小了氮氧化物排放量。同時(shí)，

15、概括地說，強(qiáng)調(diào)綜合測(cè)試和分析的發(fā)展策略是短時(shí)間內(nèi)輕卡和乘用車實(shí)現(xiàn)第2類第3級(jí)排放的核心原因?？紤]到司機(jī)們都看重一項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)潛能，要過發(fā)動(dòng)機(jī)后處理綜合來降低后處理系統(tǒng)的復(fù)雜性就必須使這項(xiàng)技術(shù)有更大范圍的實(shí)用性?？紤]到復(fù)合模式的燃燒策略，并且把尿素還原劑噴射策略和過濾器換代策略融合在一個(gè)ecu中，我們需要精密的控制技術(shù)。這是該項(xiàng)目發(fā)展的一個(gè)重大障礙。我們需要一些諸如在15ppm水平以下的必需的低硫燃料和scr尿素還原劑。我們相信尿素還原劑將被用于重工作領(lǐng)域，而這又將為輕工作的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。測(cè)量技術(shù)和第2類水平的排放多樣性是需要重點(diǎn)考慮的。后處理的有效壽命和設(shè)備多樣性，以及這兩者的結(jié)合在預(yù)言長(zhǎng)期排

16、放中起著重要作用。處理低排放發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)果時(shí)數(shù)據(jù)分析是很必要的。最后，由于資源有限，短期性和高風(fēng)險(xiǎn)，綜合分析和實(shí)驗(yàn)方法是很有用，也是絕對(duì)必要的?；A(chǔ)的動(dòng)力數(shù)據(jù)也是很關(guān)鍵的，因?yàn)樗鼘⑦@些工具與理論結(jié)合，并且將發(fā)動(dòng)機(jī)與后處理技術(shù)結(jié)合。因此，暫態(tài)時(shí)的后處理設(shè)備對(duì)整合設(shè)備和進(jìn)一步簡(jiǎn)化它們起著重要作用。認(rèn)知我們真誠(chéng)地感謝freedomcar汽車技術(shù)辦公室，以及ddc輕卡項(xiàng)目主任john fairbanks和ddc后處理項(xiàng)目主任ken howden的支持。參考文獻(xiàn)1 、環(huán)評(píng)年度能源展望2000年， doe/eia-0383 （ 2000 ） ， 1999年12月。2 、運(yùn)輸能源資料書： 19版， doe/o

17、rnl-6958 ， 1999年9月。3 、哈基姆， 12月31日，弗里茲，丙，和米勒，美國(guó)， 底特律柴油發(fā)動(dòng)機(jī)三角洲為輕型卡車和運(yùn)動(dòng)休旅車-到2 000年更新 ， s ae的文件2 000-1-2197， s ae的政府/工業(yè)界會(huì)議上，華盛頓哥倫比亞特區(qū)， 2000年6月。4 、哈基姆， 12月31日，和博爾頓，乙， sae的文件2001-01-2062 ，底特律柴油發(fā)動(dòng)機(jī)三角洲-最新的科技成就 ， 2 001年的s ae政府/工業(yè)會(huì)議上，華盛頓特區(qū)， 2 001年5月。5 、阿尼婭，傳譯，博爾頓，乙，哈基姆， 12月31日，帕夫洛娃-輕松種 ，達(dá)到2級(jí)排放柴油機(jī)和后處理一體化-戰(zhàn)略與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ，第8次柴油機(jī)排放量減少（鹿）車間，加利福尼亞 州科羅納多， 2002年8月。6 、zhang, h. and bolton,，是采用