文献翻译-柴油发动机发展和耐久性

附录 A 柴油发动机发展和耐久性 先进的柴油发动机和后处理技术的发展 ， 2 级排放 。 底特律柴油机公司 底特律柴油机公司 底特律柴油机公司 底特律柴油机公司 底特律柴油机公司 【摘要】 先进的柴油发动机和后处理技术已经开发出来 并 用于多种发动机和 汽车 平台 。 2 级（ 2007 年及以后）排放 标准 已 说 明了轻型 载货汽车在 议 一次测试循环超过了 车辆底盘式功率机 。 柴油发动机 在 得到了这些低尾气排放水平 的 同时又保留了燃油经济性的优势特点。 通过 将 原型后处理系统 与 先进 的 燃烧 方式 （洁净燃烧） 结合， 性能和排放取得了不少成果 。 洁净燃烧 在综合处理之后 控制部分 种类废气 ， 同时达到 氮氧化物和 低 的目的 。 启用 引擎的分析工具能够使子系统发展和系统整合。实验技术的开发方法，利用各种设施，以简化开发的最终解决方案，包括利用稳态和暂态机的测试床，模拟底盘机的测试周期。 【 关键词 】 ： 柴油发动机， 2 级， 处理，排放， 燃烧 【引言】 在 20 世纪 90 年代后 期， 燃料的使用预测是为未来运输需求 而准备的。展望未来， 能源使用其中汽车被证明是相当稳定，前景从 2000 至 2020 年 ， 而第三类通过第 8 类车（重型 车辆）被预测 在这 20 年时间里将有微弱的增长。 然而，一个 明显 的 增长 主要出现在第 1 类至第 2 类车（皮卡，面包车和多功能车） 。 在某些情况下，这些都是用在商业上，但是增加的主要 部分 的来源被 认 为 是客车市场用于个人的运输。 随着这一类汽车使用的增加， 能源的使用 也会日益增长 ，从而抬高了能源的使用总量，每天会有数百万桶的原油消费 ，从 20 世纪 90 年代后期的 大约 800 万桶 增加至 2020 年的 1200桶 1,2 。如图 1 所示。 按照预测，到那时汽车的柴油机使用率 ， 其中 第一类及第二类轻型卡车 的柴油机使用率在美国的交通能源的使用中将有显著的减少。 然而 ，很多人质疑 柴油发动机的潜力，实行次级排放的能力是否会影响其可行性。而 那些认为 可以克服 排放的障碍 的人又 质疑所有的氮氧化物减排技术应用 和燃油效率得到降低之后 ，燃料经济 性的 改进将是 怎样 。 相对这个问题的回答 ，一系列 与 能源部 的合作项目已经开展 ，包括 及后来的 底特律柴油公司 的 划。 研究 达到次级排放标准的 技术可行性 及对 燃料 经济 性可能产生的影响是 这些 项目与 计划的目的 。底特律柴油公司所采用的方案是一套综合分析和实验方法，该方案利用这个项目早期阶段的模拟来发展发动机设计和策略发展需要的观念。 图 1 ： 柴油 汽车 的使用，使 美国运输能源使用 明显 减少 。 方法及结果 用适中 有效的方法 把 控制系统与 发动机 控制系统综合 在一起 ， 这种方法使得在保持柴油机对汽油机固有的经济优势的同时，发动机的总体排放特性也有明显的提升 。最初， 更多的 仿真 设计指引着人们去 设计一个清洁的 单缸 引擎。这个模型， 以实际 设计和生产 的发动机 以及 做好稳定状态模态的发展 ，并得到 了验证。这方面的努力 使该模型变得适用并且使得在稳定模式下的工作有质量保证。如果这种 实验得到 校准和 完善 ，引擎 工况 水平 稳定 ，它 将 被 用于预测 瞬时的引擎 工作性能 ，又仍处在稳定状态类型 中。 与分析工具结合在高度被控制的一种稳定的状态测试 ，然后再在一个稳定状态中测试运行。这就找到如何在进气系统 ， 统和提高发动机性能的燃烧系统之间找到平衡的关键答案。 随着 稳定状态 的 发展 ，这些数据 和理论 被暂态发动机测功计 验证， 这个测功机位于发动机能够进行暂态发动机类型工作的位置。 同时，车辆综合在预报和车辆喷射类型的的推动的周期， 例 如 联邦城市的驱车周期， 公路燃料经济测试方式 被编 入瞬时的引擎测力计。这些可以在一个非常控制设置 下 运行，从而允许为控制系统和校准得到改进。 随着马力 测力计系统的发展， 发动机被用来带动一系列商用轻型卡车 ：道奇杜兰戈，道奇 还有 世界第 1 类戴姆勒克莱斯勒霓虹客车，并 且 部分验证控制系统发展校准已制定。这种车辆综合后 ，再 往回到仿真领域中发展高保真控制系统和校准发展。这是一条线索，通过一个迭代网络的发动机和 后处理 的发展。至于第二，第三和第四次迭代 ， 通过这样的循环， 后处理 日益一体 化。 图 2 ： 型卡车平台 如图 2 所示，该计划中使用的平台为第 2 级示范的，是戴姆勒克莱 斯勒道奇型卡车平台。 这平台搭载的是一台加强 4 升 动机 3,4 。这种发动机采用可变几何涡轮充 增压 ，共轨燃油喷射，独特的高压力回路，冷却 统，创造了 235 马力 ， 4000 越性能表现 ，并在 2002 年 展示 ，并参加了 2002年在圣迭戈的乘坐和驾驶 展示。 在项目早期，一个综合性的减排路线被开发为轻型卡车和 平台，如图 3 所示。它是基于 75 废气排放性 ， 并它 在 两个领域 得 以体现 。第一个领域 是 利用引擎控制策略和 先进的 清洁燃烧 方式确认发动机的排放。这个项目专利性和先进性的燃烧技术 在显着减少发动机排 放的同时 ， 对 燃油经济性有重大的影响，事实上，对瞬态燃油经济性 有比较大 的影响。 图 3 ：轻型卡车 /越野车平台综合排放削减路线 如果 这个发动机 外排放 是 确 定的，那么第二个目标 就 确定 了 ： 这个先进发动机控制策略的综合性是通过 排气管排 放通过后处理显示出来的 。 发动机外排放的目标 是在第 2 级 10 个等级，然后逐年下降非常接近第 2 级 的 9 级 水平，这是有针对性的，其最终目标是达到 2 级 的 5 级 的最终的目标 。 在 2002议 5，初步的结果被显示 发动机 在第 2 级 的 10 水平 且没有后处理的外排放 。这 有重要意义 ，因为它 在 取得了非常低的发动机排 放的同时保持了非常高的燃油经济性，比以汽油机作动力的车高出 50%。 加入催化的烟尘过滤器，尿素为基础的可控硅技术和相关的管制措施，氮氧化物 和粉尘减少，并且在 任何氨滑移的情况下实现 第 2 级 6 水平的排放 。同汽油机相比，这种排放效益要高 45%。 自 2002 年 议以来 ，发动机 外 排 放有了很大的提高 ，如图 4 所示 。 非常接近第 2 级 9 水平 的排放，在没有活跃的氮氧化物后处理情况下实现。 氮氧化物的 每英里很低的微粒。这超过了在初期阶段的计划路线确立的目标。通过 以 术 为基础 添加到 发动机中， 现 了 第 2 类第 3 级 排放 ，同时 与汽油机相比，燃油效益高出 40%。再次，这些排放水平 是在 期 无任何氨 滑移的情况下取得的 。此外， 平也 是 第 2 级 排放 水平 在 利用催化的烟尘过滤 器 和 以汽油 为基础的 术的情况下取得的 。 图 4 ： 原经燃烧和后处理发展轻型卡车 /越野车平台 将氮氧化物减少原因的归类 ， 可分为由于燃烧 或者发动机不同，以及通过比较 种 方法 。在 入循环中，后处理效率通常在 80%对于低温的 环来说，这些是相当高水平的氮氧化物减少量。这个项目显示，去年，通过进一步利用清洁燃烧技术，提升检查和控制策略，发动机氮氧化物外排量有了显著的降低。发动机氮氧化物外排量减少了一半以上。而且， 环氮氧化物排放减少技术有意义的提高表现在从去年的 85%上升到今年的 90%。这 是通过充分开发控制系统和先进的复合模式燃烧的潜能实现的。这些充分表现了先进的发动机和后处理综合技术，这些是这些技术和项目内在的要求，尤其当你考虑从模拟反复开始，经过稳态，瞬态发动机，最终到达汽车使用阶段。我们经历的那种循环越多，我们就越能通过发动机设计，发动机控制和先进的潜能将后处理与发动机结合。 图 5 ： 原经燃烧和 后处理 的发展轻型卡车 /越野车平台 而实现第二级， 尤其当 破坏传统的 衷方案曲线 时 ，找出这种氮氧化物权衡曲线仍然停留在上述每个单独的 转折点显得很重要 。氮氧化物 /燃油经济性权衡曲线 仍然 以同样的方式 存在。 我们可以在曲线上标出氮氧化物从 7 级到 3级的变化情况，以显示出：当氮氧化物减少时 燃油经济性也减少到同样的水平。内在的燃油经济复苏潜力的确认是很重要的。在发展思路的每一步，燃油经济性下降的原因都被确认，并且记录在下面的循环中。 因此， 对于 2002 年第 2 级 6 级 水平， 75 的燃油经济性为：轻型卡车每加仑 行驶 20 英里 。在 2003 年， 虽 然 我们有燃油经济性和氮氧化物的综合 ， 但我们现在可 以在没加仑同样里程数的情况下达到第 2 类第 5 级的水平 。这表明 在同样的燃油经济性条件下，氮氧化 物的排放量比以前减少了 55%。反过来说，如果我们保持相同的氮氧化物， 以 2003 年确定的排放标准，燃油经济性可以增长到没加仑行驶 里。或者，我们可以将氮氧化物的排放量有效的减少到第2 类第 3 级标准，这相当于在燃油经济性减少最少的基础上将氮氧化物排放量减少了 70%以上。有这样一个信息：经过发动机不断的发展，燃油经济性不断的提高，因此进一步减少氮氧化物的排放量不会对燃油经济性产生多大不利的影响。如果我们把乘用车平台作比较，这些结果可以被进一步说明，前面的结果已经有所呈现。我们有和轻卡相类似的路线图，区分两种 体制：一种是发动机具有氮氧化物外排和 末的，另一种是与瞄准第 2 类第 5 级的后处理系统相结合的。在这种情况下，发动机外轮廓在没有后处理的情况下被提炼到一个更加清洁的水平：氮氧化物 过一个烟尘催化过滤器， 没有任何氮氧化物后处理的情况下实现了第 2 类第 8 级水平。以尿素为基础的 ，并且氮氧化物和微粒达到第 2 类第 3 级 水平 ，同时不存在氨滑移。这些结果显示在表 6 中。 随着发展思路的提升这个项目显示了燃油经济性产生的重大进步，同时在燃油经济性不受损 害的情况下氮氧化物排放量有初步降低。第 2 类第 5 级结果是在67混合经济，这是 高速路燃油经济的结合。这清晰的显示出当利用合成分析和实验方法时，燃油经济如何得以提高。 图 6 ：客运车平台的综合排放削减路线 总结和结论 总之， 这个项目利用综合柴油机和具有含 统的催化过滤器后处理及技术来说明轻卡 乘用车平台的第 2 类第 3 级排放。第 2 类用来说明超过 果。用同样的汽车做测试，这比轻型汽油机卡车高出 41%的燃油经济性。排放量的减少首先归功于先进的燃烧技 术，并且通过在没有活跃的氮氧化物后处理的情况下实现第 9 级氮氧化物排放和 平实现的。尿素喷射控制策略是取得良好排放的首要原因，它在最大程度减小氨滑移的同时最大程度的减小了氮氧化物排放量。 同时， 总的来说 ， 短时间内轻卡和乘用车实现第 2 类第 3 级排放的核心原因是综合测试和分析的发展策略。考虑到司机们都看重一项技术的商业潜能，要求发动机后处理综合来降低后处理系统的复杂性就必须使这项技术有更大范围的实用性。该项目发展的一个重大障碍是考虑到复合模式的燃烧策略，并且把尿素还原剂喷射策略和过滤器换代策略融合在一个 ，我们需要精密的控制技术。 这是我们需要一些必须的例如在 15们相信能在关键工作领域用尿素还原剂，而这又将为轻工作的发展奠定基础。我们需要重点考