发动机排放控制策略

发动机排放及控制策略简介,销售公司培训整理,欧盟道路用柴油机系列排放法规,道路用柴油机欧排放技术路线,1、8090MPa燃油喷射压力，机械调速器2、可以采用2气门缸盖结构3、优化的燃烧系统参数（包括燃烧室、进气涡流、油束分布）4、控制机油消耗,道路用柴油机欧排放技术路线,1、120MPa燃油喷射压力，机械或电子控制2、可以采用2气门缸盖结构3、优化的燃烧系统参数（包括燃烧室、进气涡流、油束分布）4、控制机油消耗（机油燃烧剩余物占颗粒总量10%）5、采用涡轮增压技术（带旁通阀）6、采用中冷技术,道路用柴油机欧排放技术路线,1、柴油机电控喷油技术2、150MPa燃油喷射压力3、共轨、电控分配泵、单体泵、泵喷嘴4、控制供油规律，多次喷射的应用5、控制机油消耗6、采用涡轮增压技术7、采用中冷技术8、10L以上均采用4气门缸盖结构，10L以下也可采用,道路用柴油机欧排放技术路线（续）,9、可变几何截面增压器（VGT）用以控制空燃比10、轻度EGR11、无需排气后处理,控制供油规律，每循环多次喷射,1）1次、2次预喷射以提高起动性能，降低噪音为目的2）3次主喷射，解决燃烧优化问题3）4次加强缸内紊流水平，保证燃烧的充分性4）5次主要用来形成还原剂,道路用柴油机欧排放技术路线,1、采用欧排放技术路线2、180200MPa燃油喷射压力3、冷却EGR4、排气后处理（Nox催化装置、颗粒捕捉器）5、燃油品质控制6、控制曲轴箱排放,对于已经达到国排放的柴油机来说，达到国排放的技术路线有两种：SCR技术：SCR喷射+SCR后处理器通过燃油喷射系统优化（高压共轨、单体泵）和喷油提前正时以降低颗粒物（在机内减少PM优化发动机功率），再使用SCR技术降低因燃烧优化而产生的NQx排放（在排气中添加尿素处理降低NOx）。EGR技术：EGR+DPF/POC技术通过EGR废气再循环技术降低排放中NOx（在发动机机内处理降低NQx），再用颗粒捕集器（DPF/POC后处理技术）捕集因使用EGR而略有增加的颗粒物，从而达到同时降低NOx和PM的效果。,柴油机排放技术路线,以下是EGR和SCR系统的区别,NOx和PM的折衷趋势,实现国的技术措施之一SCR,实现国的技术措施之一SCR,实现国的技术措施之一SCR,欧3标准的发动机设计,需要尿素计量系统,需要高压燃油喷射系统,需要添加尿素基础设施,不需要很高的燃油质量,相对欧3，燃油消耗有所改进,SCR耐久性通常较好,SCR集成在消声器中,技术方面,实用方面,实现国的技术措施之二EGR,EGR阀,EGR冷却器,POC后处理器,实现国的技术措施之二EGR,EGR冷却器,EGR阀,氧化催化器/开环控制的DPF,冷却的EGR控制策略可以是开环DPF不是必须的选择,EGR与SCR技术路线对比,EGR技术路线,对油品（含硫量）要求不高；发动机本体改动小，技术升级连续性好，但整车改动较大，需要加装AdBlue；需定期添加尿素水溶液，维护成本高。,对柴油机强度要求高，技术升级连续性差；整车改装小；维护成本低。,从经济性的角度来说，SCR比EGR技术路线的经济性略好。整车配套布置情况EGR较SCR方便，整车改动小。从柴油机的强化程度看，EGR较SCR高，需进行较大的优化设计。,SCR技术路线,该系统具有1400bar的高喷射压力及柔性控制喷油正时特性,它通过高速电磁阀实现高精度时间控制喷油正时与喷油量。该系统适应了中国部分用户群体所希望的价格低廉、可靠、耐用，对油品没有特殊规定的要求，同时具有电控系统给整车带来的机械泵无法实现的驾驶功能。2009年来我厂共销售了5000多台的单体泵国柴油机，市场反馈单体泵的故障率与机械直列泵处于相当水平。,集成单体泵,单体泵技术路线产品优势,共轨系统目前在国际发动机轿车、轻型车领域被认为是最领先的主流技术、最成熟的技术平台和最可靠的产品。它实现了喷射压力、喷油正时、喷油量的柔性控制和更大自由度的多参数标定，而且喷射压力与喷油正时的控制不受发动机的转速与负荷的限制，使发动机的燃烧控制更加容易，柴油机具有更好的燃油经济性。,共轨技术路线,CB18高压油泵,高压油轨CRI2.0油嘴,电控单体泵发动机,高压共轨发动机,天然气发动机的分类,天然气汽车按照天然气贮存状态可以分为：压缩天然气汽车(cNGVCompfessedNatumlG嚣Vellicle)、液化天然气汽车(uqGVjqucfiedNatl瑚】GasVellicle)和吸附天然气汽车(ANGV_AdsorbedNaturalG鲢Vellicle)。,天然气发动机的分类,按照发动机燃料的使用方式cNG汽车可以分为三类：(1)cNG单燃料汽车：根据天然气的燃料特性对发动机进行重新设计制造，可以充分发挥天然气燃料的优势，达到较高的动力性和较低的排放。但CNG单燃料汽车要有充足的天然气气源，适用于油田或固定路线的城市公交车辆。(2)CNG一汽油两用燃料汽车：可以使用天然气或汽油两种燃料，由汽油机改装的汽油天然气双燃料发动机，保留原机的供油系统和点火系统，增加天然气供给系统和油气转换装置，可以方便地在天然气和汽油之间进行切换，但是同一时间只使用一种燃料。这种汽车使用方便，对加气站的依赖性相对较小，具有一定的灵活性。(3)cNG一柴油双燃料汽车：这种发动机是在柴油机基础上进行改造，由原来的机械喷油泵控制引燃油量，增加一套天然气供气和气量控制系统就可实现双燃料工作，同时使用天然气和柴油两种燃料。其中大部分燃料是天然气，少量的柴油先期喷入缸内，在压缩行程被压燃，用来点燃替代柴油的天然气，完成发动机的工作循环。可以根据供油系统和供气系统调节天然气的替代率。,天然气发动机的分类,按天然气发动机的供气方式分，可分为缸外供气技术和目前比较先进的缸内直接喷气技术：(1)对于缸外供气式发动机：天然气在进气管或进气阀口与空气混合，在进气行程进入气缸，在火花点火或喷射引燃油之前，气缸内基本上形成比较均匀的或浓或稀的天然气与空气的可燃混合气。火花点火或引燃油料着火形成稳定的火核之后，混合气以火核为中心，以火焰传播的形式进行燃烧。因而，缸外供气式天然气发动机的性能特点类似于常规汽油，属于均质预混合式燃烧。由于天然气缸外供给，在火花点火或引燃油喷射之前形成均质混合气，燃烧主要依靠火焰传播进行，因而混合气比较浓，降低了燃料的经济性，还导致了天然气发动机较大的容积效率损失，降低了输出功率，而为抑制爆燃采用较低的压缩比，使发动机全工况热效率降低。因此，缸外混合发动机还有许多技术问题，需要进一步地开发研究。(2)缸内直接喷射天然气发动机：采用缸内直喷技术的天然气发动机燃料供给方式分为低压喷射和高压喷射两种。前者是在进气阀关闭后，用比较低的压力将天然气喷入缸内，在着火之前形成均质混合气，并采用电火花点火或喷入少量引燃油式混合气燃烧。低压缸内喷射天然气发动机仍然属于均质预混合燃烧型，优点是避免了容积效率损失。,天然气发动机的分类,理论空燃比控制与稀燃技术；点燃式天然气发动机的工作方式有两种：一种是采用理论空然比的方式，另一种是稀燃方式。理论空然比控制和稀燃技术有各自的优点和不足。,气体发动机技术及工作原理,气体发动机的分类按燃料分：LPG、CNG、LNG、沼气、煤层气按燃烧方式分：双燃料、两用燃料、单燃料按燃料混合方式分：预混合、进气歧管喷射、缸内直喷基本工作原理双燃料：使用柴油启动发动机后，继续使用少量柴油引燃代用燃料两用燃料：可以单独使用汽油或LPG、CNG，但不能同时用单燃料：跟汽油机相似，燃料和空气混合后进入气缸，火花塞点燃气体发动机技术发展趋势车用机：自然吸气、预混合增压中冷、电控喷射、闭环控制发电机：自然吸气、预混合增压中冷、电控混合,一、国产品技术路线选择,根据国家环保总局和国家质量监督检验检疫总局于2005年5月30日联合发布的国家标准GB17691-2005车用压燃式、气体点燃式发动机及汽车排气污染物排放限值及测量方法（中国、阶段）中对气体点燃式发动机排放限值及检测方法的有关要求,天然气发动机国、国、国污染物排放限值对比,目前国内的国五排放要求COg/(kWh)4.0NMHCg/(kWh)0.55NOXg/(kWh)2.0CH4g/(kWh)1.1,根据排放法规GB17691对于各控制排放污染物的排放限值指标方面看，天然气发动机从国排放升级到国排放限值仅将Nox（氮氧化合物）排放从国排放限值的3.5g/KW.h降低到了2.0g/KW.h，其他污染物的排放限值指标均维持了国排放限值指标。基于对排放法规的认真解读并通过技术分析，我们共准备了三种技术路线进行有关的技术研发：,一、稀薄燃烧+尾气催化器+OBD系统,优点：可以最大限度的控制成本，发动机外形与国产品基本可以保持不变；缺点：控制精度较国高，需要更加精密的执行器和更加有效的尾气催化技术；,二、当量燃烧+EGR+尾气催化器+OBD系统,优点：可以选用与国产品相同或相似的尾气催化器、可以有效降低缸内燃烧温度；缺点：新增EGR阀及相应的控制元件将增加发动机制造成本，燃气发动机排温远远高于柴油发动机，燃气EGR的可靠性有待验证；,三、稀薄燃烧+SCR+尾气催化器+OBD,优点：基本可以维持原机按照国技术路线不作变更，发动机外形基本不变；缺点：SCR成本增加较多，且需要增加排放附件较多，日常需要添加尿素，增加使用成本。,采用稀燃和空燃比电控闭环控制策略降低气耗，外特性最低气耗194g/kW.h。,单点喷射,闭环稀燃,独立点火,天然气发动机工作原理,天然气发动机工作原理：LNG从气瓶体通过管路进入汽化器加热汽化，经过稳压罐稳压后由燃气滤清器滤清，之后通过电磁切断阀控制通断进入稳压器稳压，稳压后的燃气进入热交换器。CNG从压缩气瓶通过管路进入减压器减压至7-8bar后，经过滤清器进入热交换器。燃气经过热交换器加热后通过节温器进入FMV，由FMV控制喷射入混合器中与增压后的空气混合。电子节气门控制混合气进入发动机气缸内燃烧做功。,液化天然气和压缩天然气系统的区别,一升柴油低热值为：38,720KJ，一立方米天然气由于不同地区气质略有不同，但统计均值为：38,400KJ。虽说二者差别不大，但由于气体机与柴油机工作模式不同，气体机工作时燃料与空气在缸外混合后吸入，而混合气的热值则较柴油低得较多，这样由于混合气的热值较低同时加之天然气会挤占一部分进气空间（减少吸入空气量），从目前的使用情况来看，燃烧一升柴油和1.2m3天然气热值相当。按目前的均价来计算，燃烧天然气相对每升柴油可节约2元左右，燃料成本降低非常可观。,46,CNG、LNG车型对比,1、液化天然气术语及定义（Liquefiednaturalgas）一种液态状况下的无色液体，对金属没有腐蚀性；不溶解于水，但在许多有机化合物以及氢气和氧气中是溶解的。主要由甲烷组成，组分可能含有少量的乙烷、丙烷、氮气或通常存在于天然气中的其他组分，品质符合GB/T19204的要求，简称（缩略语）LNG。2、液化天然气特性依据GB/T19204-2003液化天然气的一般特性可知：液化天然气，简称LNG（Liquefiednaturalgas），理论上以液态存在，绝大部分为甲烷。LNG的温度极低，其沸点在大气压力下约为-160，沸腾温度随蒸汽压力的变化梯度约为，天然气在常温下不能通过加压液化，必须将温度降到约-80以下才能在一定压力下液化。此外，LNG还有如下特点：,（1）CNG是将天燃气以高压的形式储存于气瓶中，仍呈气态存在。LNG是天然气-162度底温下由气态变为液体，便于运输和储存。LNG体积仅为气态的1/625，液体密度约0.42kg/L。（2）LNG车载气瓶蒸发率不大于2%，一次加气量能满足正常营运行驶一天的要求，具有超压自动泄压安全装置。（3）LNG发动机运行平稳，经济可靠，动力性能达到同类燃油机型90%以上。（4）根据测试，一台LNG公交车的燃料费用比同类型燃油公交车要节省2333%，具有良好的经济性。（5）试验表明，液化天然气汽车与燃油的汽车相比。CO2下降20%，CO下降90%，HC降低70%，NOX下降30%，天然气汽车的推广和使用可大幅减少汽车废气的排放污染。,（6）LNG的燃点为650度，比柴油和LPG的燃点高，安全性能高。LG的爆炸极限为5-15%（空气中含量），LNG气化后密度很低，只有空气的一半左右，易向高空挥发扩散。（7）LNG与CNG发动机系统简介LNG低温罐-气化调节器-低压供气系统-发动机CNG气瓶组-减压调节器-低压供气系统-发动机（8）LNG由于其密度是CNG的1/625，因而一辆12米公交车充一次气运行一天，只需一个LNG液化气瓶，同样长度的CNG公交车如冲一次气要运行一天，侧需要80L的钢瓶8个以上。所以LNG公交车自重要比CNG公交车自重轻。（9）LNG生产工艺比CNG复杂，其物理特性也存在一些弱点：A、大气状态下气化，气体天然气易燃，可令人窒息，LNG温度极低（-162度），一旦发生泄漏，极易冻伤接触者。B、如果车辆加气后长时间存放不用，则会使排空量增加，造成LNG断续流失，并增加了温室气体的排放。,1、电控系统主要构成欧V气体发动机电控系统统主要包括：电控单元(PCM-HD)、燃料计量阀(FMV)、节气门、废弃控制阀、点火模块、点火线圈、传感器、中压切断阀、燃气滤清器、高压油管、低压油管以及线束等组件构成。其中传感器包括：凸轮轴相位传感器、进气温度和压力传感器、水温传感器、氧传感器、机油温度压力传感器、湿度传感器等。2、电控系统主要控制策略2、1由各种传感器将收集到的有关发动机状态的物理参数转换成电子信号，并反馈给电控单元。2、2电控单元通过特定的计算方式把从传感器反馈的信号处理成电子输出信号。2、3执行机构将电控单元的电子输出信号转换成机械参数。,53,电能是二次能源（一次能源是指自然界现成存在的能源或从自然界取得未经任何改变或转换的能源，如煤炭、石油、天然气等，而由一次能源经过加工转换得到的能源称为二次能源），单纯从电动汽车对大气污染看是零排放；但是从电能生产和消费的全过程分析，电动汽车并不是零排放。按照2010年的统计数据和有关资料计算，电厂生产1度（千瓦时）电，平均消耗0.335千克煤，同时排放0.835千克二氧化碳（CO2）、0.251千克二氧化硫（SO2）、0.013千克氮氧化物（NOX）。一辆10-12米的纯电动公交车，每公里耗电约1度，按日行驶250公里、年运营330天计算，年用电约8.25万度。1万辆公交车年用电8.25亿度，按照用电量80%为火力发电计算，其中煤炭发电按95%计算，为6.27亿度。相应消耗21.00万吨煤，排放52.35万吨二氧化碳（CO2）、1.57万吨二氧化硫（SO2）和0.82万吨氮氧化合物（NOX）。,电动汽车是不是零排放？,为什么要用混合动力?传统内燃机有害排放和温室气体排放噪声不可再生能源纯电动续驶里程能源补充燃料电池成本高,混合动力电动汽车的确切定义是什么？根据国际机电委员会下属的电力机动车技术委员会的建议，混合动力电动汽车是指由两种和两种以上的储能器、能源或转换器作驱动能源，其中至少有一种能提供电能的车辆称为混合动力电动汽车。一般认为混合动力电动汽车就是既有内燃机又有电动机驱动的车辆。,混合驱动汽车的能量转换：（燃料化学能）发动机转动动能全部或部分直接转换为车辆动能发动机转动动能全部或部分转换为电能充电电能转换为蓄电池电势能制动回馈蓄电池电势能转换为车辆动能电机助力应牢记的基本法则任何能量转换总会导致损失部分负荷运行的能量效率总是较差的任何瞬态工况运行的效率总是较差的将动能储藏为其它能量的效率总是较差的，特别是储藏于蓄电池,混合驱动并不能产生能量燃油经济性的提高只能依靠效率的提高,57,混合动力节油途径内燃机运行在高效率区在“开-停”工况时关闭内燃机（Stop-and-go）减小发动机排量（Downsize）制动能量回收减少附件耗功（AC、转向助力、冷却风扇）运行策略发动机本身性能的优化外接充电（Plugin）,基本的混合动力驱动方式,串联式混合驱动并联式混合驱动混联式混合驱动,目前最为流行、成熟、效率最高的混合动力系统（ISG强混系统）：,63,多种混合动力功能：ISG强混系统可实现起动发动机、纯电动行驶、制动能量回馈、加速助力等混合动力功能；其中纯电动行驶能力能够满足短暂行驶或慢起步的要求,公路行驶的大型柴油发动机车辆在下长坡或减速行驶时，使用发动机排气制动作为辅助制动装置，一般是通过操纵驾驶室内的排气制动开关，通过气压控制发动机排气蝶阀，进而控制发动机的排气实现的。排气辅助制动装置的工作原理是利用排气阻力增加发动机进、排气和压缩等行程的功率损失来使汽车减速的，因此发动机必须与传动系统处于动力传递状态中。当踩下离合器(发动机与变速器分离)或变速器在空档位时，排气辅助制动装置不能起降低车速的作用。,采用压缩制动,电涡流缓速器结构如上图所示，电涡流缓速器由转动的圆盘和固定的磁极、线圈组成。线圈在通电后产生磁场，由于圆盘在这一磁场中转动，因此有电涡流流过，电涡流和磁场间相互作用产生制动力矩。其中随电涡流而产生的热量由装设在圆盘上的散热片散发到大气中。电涡流缓速器常用于大型客车上。,1、装在变速器输出端缓速器定子固定在变速器后端盖上，转子通过过渡法兰与变速器的输出端和传动轴的前端相连。结构紧凑，但对变速器的后端结构改动较大，同时对其后端轴承承载能力和油封的密封性要求较高。适合于发动机后置的客车和短轴牵引车。2、装在传动轴中间适合于传动轴较长的车型，缓速器定子固定在车架大梁上，转子通过连接凸缘与前后传动轴相连。这种安装方式特点是只改变传动轴的长短，安装比较方便。同时缓速器对传动轴还可起到中间支承作用。3、装在主减速器输入端适合于发动机后置的客车和短轴牵引车，缓速器定子固定在主减速器外壳上，转子通过连接环与主减速器的输入端相连。这种安装方式比较紧凑，但对主减速器前端的密封圈和输入轴轴承的使用寿命以及使用效果影响较大。通常采用前两种安装方式。,优点电涡流缓速器具有以下显著优点：结构简