實(shí)現(xiàn)歐IV和歐V排放法規(guī)的若干技術(shù)措施
歐IV和歐V法規(guī)的主要目標(biāo),就是要顯著降低微粒(PM)和氮氧化物(NOx)的排放量。無疑發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)更昂貴,但卻會(huì)更加省油。以沃爾沃、曼、戴—克、斯堪尼亞、依維柯和博世等商用車及系統(tǒng)制造商,在開發(fā)滿足未來歐IV和歐V排放法規(guī)的動(dòng)力總成中形成了競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì),不過根本的著眼點(diǎn)是相同的,即都把注意力集中在對(duì)燃油噴射技術(shù)的改進(jìn)與創(chuàng)新上面。具有代表性的,是康明斯/斯堪尼亞共同開發(fā)的HPI系統(tǒng)和博世等公司改進(jìn)的共軌式燃油噴射系統(tǒng)。同時(shí),通過發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)內(nèi)措施的改進(jìn)和利用廢氣后處理 系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)歐IV和歐V目標(biāo)。大多 數(shù)貨車制造商似乎已經(jīng)取得了共識(shí),并圍繞著這些技術(shù),構(gòu)思和推出歐IV和歐V的產(chǎn)品。例如今天以梅賽德斯·奔馳V型柴油機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的 Actros 貨車,其生產(chǎn)“正好進(jìn)入歐IV時(shí)代”。不過,體現(xiàn)未來技術(shù)的HCCI燃燒方法,或許讓發(fā)動(dòng)機(jī)在某一天可以在沒有廢氣后處理的情況下幾乎不存在微粒(PM)和NOx排放,這是避免有害物質(zhì)的新技術(shù)。
一、發(fā)動(dòng)機(jī)制造商在燃油噴射系統(tǒng)上的技術(shù)創(chuàng)新
首先,博世公司利用新式壓力放大共軌燃油系統(tǒng)以求在重型柴油機(jī)上謀出路。迄今曾貶低共軌技術(shù)而擁護(hù)在重型柴油機(jī)上采用單體泵(UIS)和泵噴嘴(UPS)燃油系統(tǒng)的人,似乎在改變自己調(diào)門。由博世公司通過把2.5:1的壓力放大器裝入每一個(gè)噴射器,使得在“蓄壓”式供油技術(shù)中出現(xiàn)了一大躍進(jìn),泵噴嘴最大噴嘴壓力達(dá)到2500巴。而通常的共軌技術(shù)最樂觀的預(yù)測(cè)大約為1800巴。
戴—克集團(tuán)所謂 “一個(gè)世界一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)”的Schittler計(jì)劃,就是對(duì)下一代重型柴油機(jī)裝這樣一個(gè)全新而創(chuàng)新的燃油系統(tǒng),稱之為APCRS(壓力放大活塞的共軌系統(tǒng)),作為其全球適用的全新直列六缸大型發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)劃的一個(gè)部分。APCRS以及裝備APCRS的戴—克發(fā)動(dòng)機(jī),預(yù)定于2007年在奔馳Actros貨車系列換代的時(shí)候初次登臺(tái)。該集團(tuán)商用車發(fā)動(dòng)機(jī)部最高決策人Michael Schittler教授說:“我們將不得不到2007年前后才能在所生產(chǎn)的貨車上看到這種創(chuàng)新的噴油技術(shù)。到那個(gè)時(shí)候,目前德國(guó)制造的梅賽德斯·奔馳500系列的V6和V8機(jī)型、在巴西制造的12L千口12.8L直歹IJOM457手口MBE4000系列以及底特律柴油機(jī)公司的60系列,將由一個(gè)優(yōu)化的全球戴一克發(fā)動(dòng)機(jī)系列所取代。”在為全新燃油系統(tǒng)進(jìn)入其未來全球最優(yōu)化柴油機(jī)范圍作出選擇中,戴—克希望在21世紀(jì)第一個(gè)10年末期達(dá)到全球最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),并在燃料經(jīng)濟(jì)性方面居市場(chǎng)領(lǐng)先地位。與此同時(shí),尋求在大西洋兩岸市場(chǎng)的可接受性。此外,還將贏得三菱重型車買主的心,戴—克集團(tuán)發(fā)動(dòng)機(jī)也將用在三菱重型貨車上。
Schittler表示,這種新的燃油系統(tǒng)將兼?zhèn)涞膯误w泵/泵噴嘴以及共軌系統(tǒng)的特性。高達(dá)2400巴的噴射壓力打開低微粒排放的通道。這超高系統(tǒng)壓力與高可變性“流量形成”相結(jié)合對(duì)降低NOx排放是很必要的。把最好的單體泵的最大噴射壓力(噴嘴處壓力達(dá)到2400巴)結(jié)合由共軌提供易變化的“rate shaping”(即通過微秒噴射行程的供油精確調(diào)節(jié))噴射過程,將被證明是無與倫比的。博世公司貨車燃油系統(tǒng)主任工程師Bernd Mahr說,APCRS系統(tǒng)能滿足2008年將實(shí)施的歐V排放標(biāo)準(zhǔn),而且具有盡可能好的燃料經(jīng)濟(jì)性和扭矩特性。據(jù)專家稱,貨車柴油機(jī)后一步的關(guān)鍵性發(fā)展,想必就是博世公司的這種壓力放大活塞式共軌系統(tǒng)(APCRS)。
APCRS的要點(diǎn),是先進(jìn)的階梯活塞式噴油器及性能的可變性。設(shè)在每個(gè)APCRS噴油器頂端內(nèi)的階梯活塞液力加壓器,能生成的噴嘴壓力堪與康明斯/斯堪尼亞HPI單體泵系統(tǒng)的2400巴壓力競(jìng)相匹敵。它能達(dá)到如此高的噴射壓力,是來自于一個(gè)其壓力不高于1000巴的最先進(jìn)的蓄壓器即"rail"力放大活塞式共軌系統(tǒng)(APCRS)提供的噴嘴壓力,比今天最好的共軌系統(tǒng)高50%。康明斯/斯堪尼,-fi7HPI和卡特彼勒/Navistar HEUI燃油系統(tǒng)(這兩種系統(tǒng)皆具有壓力放大階梯活塞式噴油器的特點(diǎn)),其非常高的噴射壓力都局限在加工公差嚴(yán)格并要求密封的噴油器下部靠近噴嘴位置。與之相比,裝備了APCRS,泵、共軌和一些元器件,在150萬km發(fā)動(dòng)機(jī)壽命期里,規(guī)定的壽命遠(yuǎn)低于今天基于1400-1 600巴最大共軌壓力的共軌安裝要求。
APCRS壓力放大器的功能不在于連續(xù)使用。在發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)的控制之下,當(dāng)系統(tǒng)在控制微粒(PM)和NOx排放的時(shí)候,燃料消耗不會(huì)受到不良影9向,因?yàn)閴毫Ψ糯笃麝P(guān)著時(shí),即它處于旁通狀態(tài),噴油器接收到的是最大壓力不到1000巴的壓力。燃油通過壓力放大器,僅僅是在傳感器(監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)速度/負(fù)荷條件)發(fā)出指令的時(shí)候。
在得到一個(gè)信息后,一個(gè)傳統(tǒng)安裝在每個(gè)噴油器上部?jī)?nèi)的線圈在共軌壓力下轉(zhuǎn)換油路,從正常的噴油器供油線路變換到壓力加大器。這里,它將一個(gè)向下推力施加于階梯活塞(兩種直徑)的上部大直徑斷面。活塞下部斷面則因?yàn)槠湫∮谏喜?0%橫截面積,而轉(zhuǎn)變成一個(gè)150%壓力放大率,例如活塞上部800巴壓力(11800psi),在下部就變成了2000巴(29400psi)。通過歐洲ETC(歐洲瞬態(tài)循環(huán)測(cè)試)試驗(yàn)表明,燃料經(jīng)濟(jì)性的提高得益于噴射壓力的提高。
在性能可變性方面,APCRS系統(tǒng)需要的存儲(chǔ)壓力只是共軌系統(tǒng)的60%,只需較小的泵能。在歐V之后,法規(guī)很可能將對(duì)碳煙微粒尺寸和(或者)微粒數(shù)量有嚴(yán)格規(guī)定,這時(shí)候,一種放大壓力的APCRS系統(tǒng)不用很高噴射壓力就能以“rateshaping”噴射。某些定制的單體泵和泵噴嘴和燃油系統(tǒng)(由主發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸驅(qū)動(dòng))的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商,已經(jīng)明確考慮把自己的發(fā)動(dòng)機(jī)變換到APCRS的可行性。
在滿足歐IV排放法規(guī)上,曼公司也采用共軌式柴油噴射系統(tǒng)。據(jù)曼公司研究與開發(fā)部負(fù)責(zé)GeorgPachta-Reyhofen稱,共軌式柴油噴射和廢氣再循環(huán)將會(huì)讓曼公司進(jìn)入低油耗的歐IV時(shí)代。曼公司仍然在其動(dòng)力總成上堅(jiān)持采用原有的直列噴射泵,雖然Georg Pachta-Reyhofen聲稱曼即將改變這種情況。2002年開發(fā)一改進(jìn)的D28發(fā)動(dòng)機(jī),其采用高科技的博世共軌式燃油噴射泵。這位負(fù)責(zé)人認(rèn)為,共軌技術(shù)給予我們?cè)S多好處:首先,它易于與現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)裝成一體;其次它為控制完全燃燒過程提供了最好的基礎(chǔ)。利用共軌技術(shù),可以在所有轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下提供高噴射壓力。而且,可以把噴射分成幾個(gè)階段,即預(yù)噴射(pilot)主噴射(main)和后噴射(post)。后者對(duì)燃燒微粒(PM)具有更重大的意義。
在歐IV的曼公司發(fā)動(dòng)機(jī)上,將會(huì)提高噴油壓力25%左右,這要求對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)做重大的改型設(shè)計(jì)。目前,曼公司正在考慮其關(guān)鍵的鑄件采用致密的石墨鑄鐵制造。低油耗仍然是曼公司未來發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)的關(guān)鍵。為了保持低油耗,為了滿足歐IV排放的D28發(fā)動(dòng)機(jī)將裝備幾個(gè)順序渦輪增壓器,進(jìn)行連續(xù)渦輪增壓。對(duì)共軌系統(tǒng)和順序廢氣渦輪增壓(串接的一小、一大渦輪增壓器)結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)。據(jù)Pachta—Reyhofen稱,第一個(gè)增壓器確保快速反應(yīng),第二個(gè)(即稍大的那個(gè))在轉(zhuǎn)速表的其它范圍控制大的供氣量。Pachta-Reyhofen聲稱,“在過去一段時(shí)間里,已經(jīng)對(duì)某些面向未來的結(jié)構(gòu)在貨車上進(jìn)行了試驗(yàn),試驗(yàn)是在極其坎坷不平的路面條件下進(jìn)行的。這是曼公司對(duì)其他發(fā)動(dòng)機(jī)制造商采用可變幾何形狀渦輪增壓器或者廢氣渦輪復(fù)合增壓技術(shù)的回應(yīng)。”
D28發(fā)動(dòng)機(jī)曼公司保留的最重要的機(jī)型,生產(chǎn)計(jì)劃仍然包括本系列大小兩種發(fā)動(dòng)機(jī),均早已被批準(zhǔn)符合歐III排放法規(guī)。公司宣稱,4.6L和6.8L兩種發(fā)動(dòng)機(jī)以及大V10機(jī)型都將作進(jìn)一步發(fā)展,以符合歐IV法規(guī)要求。可以將第一和第二種發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生的開發(fā)費(fèi)用分?jǐn)偟皆S多發(fā)動(dòng)機(jī)上。這些新增產(chǎn)品將銷售到非貨車行業(yè)的客戶,例如農(nóng)業(yè)機(jī)械、船舶工業(yè)和其它行業(yè),還要銷售到曼公司和尼奧普蘭大客車產(chǎn)品上。
在朝向歐IV和歐V目標(biāo)沖鋒的另一陣營(yíng)中,斯堪尼亞公司(Scania)依賴的是高壓噴射系統(tǒng)(HPl),也是他們?yōu)閲?guó)際汽車展所準(zhǔn)備新禮品。斯堪尼亞公司的高壓噴射系統(tǒng)(HPl),是該公司與康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)公司合資的成果。這使得這兩個(gè)生產(chǎn)高技術(shù)設(shè)備的公司在美國(guó)擁有一個(gè)共同的工廠。
康明斯公司把該系統(tǒng)用在自己的頂級(jí)系列的Signature和15L ISX發(fā)動(dòng)機(jī)上。而斯堪尼亞公司把推出高壓噴射系統(tǒng)(HPI)裝備在所有12L發(fā)動(dòng)機(jī)系列,立即代替了迄今在313.4kW發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的博世公司的系統(tǒng),意味著有更大的扭矩(利用斯堪尼亞公司-HPI系統(tǒng)增大扭矩100Nm)和倍增的維修保養(yǎng)間隔期(從60000km增加到120000km)。斯堪尼亞公司12L直列6缸發(fā)動(dòng)機(jī)系列每年大約1萬臺(tái)的銷售量,其中313.4kW發(fā)動(dòng)機(jī)成為該公司最暢銷的發(fā)動(dòng)機(jī),HPI系統(tǒng)結(jié)合廢氣渦輪復(fù)合式結(jié)構(gòu),已經(jīng)用在12L 350.7kW機(jī)型上長(zhǎng)達(dá)18個(gè)月以上,支配著歐洲大功率6缸發(fā)動(dòng)機(jī)(335.8kW以上)市場(chǎng)高于10%。據(jù)斯堪尼亞公司稱,所選用的12L (350.7kW和328.4kW)廢氣渦輪復(fù)合式結(jié)構(gòu),每年在歐洲市場(chǎng)占有大約4500臺(tái)。
整個(gè)系列的1 2缸發(fā)動(dòng)機(jī)裝備新的HPI系統(tǒng),直列6缸以及批量生產(chǎn)不久的新5缸機(jī)型,博世泵—噴嘴系統(tǒng)讓位于斯堪尼亞公司HPI高壓噴射系統(tǒng),或許也僅僅是一個(gè)時(shí)間問題。到目前為止,只是在V8發(fā)動(dòng)機(jī)上顯得HPI不太協(xié)調(diào),它們目前尚與“斯堪尼亞公司人想把它與康明斯公司合作開發(fā)的系統(tǒng)轉(zhuǎn)到所有發(fā)動(dòng)機(jī)上”的雄心勃勃計(jì)劃相對(duì)立。
HPI系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用,以及對(duì)燃油不敏感,發(fā)動(dòng)機(jī)的性能還能以低硫燃油得到改善;裝新的高壓噴射系統(tǒng)(HPI)發(fā)動(dòng)機(jī)的另一主要特性是噪聲低,從而提高了行駛舒適性。采用HPI系統(tǒng),將給貨車經(jīng)營(yíng)業(yè)主帶來改善性能的好處,增大了扭矩,有更好的操縱性,更長(zhǎng)的換油間隔期。
HPI是一種電控單件泵噴射系統(tǒng),它與泵噴嘴系統(tǒng)不同之處在于,該系統(tǒng)有一個(gè)單獨(dú)的油流用于控制噴油器。斯堪尼亞公司的HPI系統(tǒng)當(dāng)裝備在6缸發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),使用兩排設(shè)施:汽缸1.2和3組合成前排,而汽缸4.5和6構(gòu)成后排。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式為開式噴嘴噴油器,通過發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸機(jī)械作動(dòng),并借助于正時(shí)燃油液壓作動(dòng)。
高的噴射壓力是一種接近所要求低微粒排放值歐IV排放標(biāo)準(zhǔn)最有前途的手段。要降低排放微粒,需要很高的噴射壓力。利用HPI可以把目前實(shí)際應(yīng)用1 500巴提高到2400巴。與之相比,博世公司提出為2004年的共軌系統(tǒng)方案是1 800巴,以取代常用的1600巴。泵噴嘴系統(tǒng)工作壓力最大2050巴,但從2003年起已達(dá)到至少2200巴。斯堪尼亞公司公司在噴油上采取雙軌制,一方面采用HPI,另一方面采用傳統(tǒng)的泵—噴嘴系統(tǒng)。
斯堪尼亞公司不僅開發(fā)了自己的噴油系統(tǒng),而且開發(fā)了自己的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng),那么博世系統(tǒng)呢?對(duì)此,斯堪尼亞公司人士稱:我們從來不回避自己開發(fā)產(chǎn)品,因?yàn)槲磥淼囊磺芯?jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制。這里所指僅僅是車載診斷技術(shù)/行車服務(wù)信息。軟件是未來關(guān)鍵策略,歐IV和歐V在各個(gè)方面都很復(fù)雜的,人們必須具有通過軟件控制的技術(shù)。我們的發(fā)動(dòng)機(jī)專家在開發(fā)軟件方面要把握好時(shí)間。
與博世公司相抗衡的還有德爾福汽車系統(tǒng)公司(Delphi)。據(jù)稱.其“雙氣閥”E3整體式噴油器,目前已經(jīng)裝用在沃爾沃D12發(fā)動(dòng)機(jī),用于北美市場(chǎng)。它的可變性特點(diǎn)與博世公司的APCRS系統(tǒng)的這種性能相類似。一個(gè)“雙氣閥”的EUI系統(tǒng)揭開了多重噴射的可能性。作為這種策略的一個(gè)組成部分,是將NOx排放達(dá)到歐V所要求的低極限值。在短期里,比如對(duì)歐IV,雙閥EUI系統(tǒng)提供了合理折衷的NOx與PM關(guān)系曲線。最大燃燒溫度降低,在不生成炭煙微粒的情況下減少NOx的生成條件。依維柯(1veco)在采用博世公司電子噴射系統(tǒng)(EUIs)的同時(shí),準(zhǔn)備為未來而采用這種“雙氣閥”EUI系統(tǒng)。
依維柯發(fā)動(dòng)機(jī)研究中心是一個(gè)集聚了來自世界各地近200名工程師的戰(zhàn)斗隊(duì)伍,在其負(fù)責(zé)人Walter Knecht的領(lǐng)導(dǎo)下,正在加大未來貨車發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)力度。Knecht預(yù)料在未來10年里貨車柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)會(huì)有重大變革。他說:“今天用在8L,10L和13L的Cursor發(fā)動(dòng)機(jī)上博世公司電子噴射系統(tǒng)([UIs]在滿足現(xiàn)有排放法規(guī)上方面表現(xiàn)出色,在較小的4缸和6缸機(jī)上還裝有共軌系統(tǒng)”。他強(qiáng)調(diào),“裝有第二個(gè)電磁閥的德爾福(Delphi)的E3 EUI噴油系統(tǒng),獨(dú)立控制噴油器的打開和關(guān)閉,不依賴于噴油器內(nèi)燃油壓力的升高和降低,僅僅由EUI主溢流閥調(diào)節(jié)。”
他說,”隨同共軌系統(tǒng)應(yīng)用的,可能首先是有西門子(Slemens)公司研制并已提供于標(biāo)致-雪鐵龍轎車柴油機(jī)上的壓電式執(zhí)行元件。半導(dǎo)體壓電式執(zhí)行元件可以比電磁閥獲得更多和更精確的噴油過程,例如在燃油噴射周期開始和停止供油階段。此外,壓電執(zhí)行元件的行程可以壓縮到小于其全行程,噴油量和噴射特性曲線的調(diào)節(jié),都優(yōu)于利用電磁閥按發(fā)動(dòng)機(jī)管理信號(hào)進(jìn)行的調(diào)節(jié)。在未來NOx和PM極限值的約束范圍內(nèi),這種裝壓電執(zhí)行元件的噴油器所提供高噴油控制精度,能夠得到更大的燃料經(jīng)濟(jì)性效果。”
在發(fā)動(dòng)機(jī)創(chuàng)新方面,依維柯公司除了正在為2005年歐IV款的Cursor和Tector兩種車型采用選擇還原系統(tǒng)(SCR)之外,可能還對(duì)Cursor和Tector這兩種車型采取其它方面的創(chuàng)新,顯示柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展。可變幾何形狀渦輪增壓器(VGT)已經(jīng)在靈活的輸出功率與扭矩上帶來很大的性能效應(yīng)。它們正在研究未來空氣控制策略,這包括雙聯(lián)順序渦輪增壓器,其進(jìn)氣按兩級(jí)壓縮,比較理想的是采用中間冷卻。這種組合可能比較昂貴,但仍在可以接受的范圍內(nèi),而且很大程度上能省油。
渦輪增壓器由一個(gè)能在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速下給予壓縮機(jī)葉輪的驅(qū)動(dòng).在增壓滯后和壓縮空氣增壓不充分的情況下,作為對(duì)VGT的一種可替用方案。但是,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高時(shí),主渦輪機(jī)開始提供相當(dāng)大的壓縮空氣驅(qū)動(dòng)能。
可變氣門執(zhí)行器(VVA)已經(jīng)用于轎車發(fā)動(dòng)機(jī),據(jù)Knecht稱,它似乎最終不可避免地應(yīng)用在貨車柴油機(jī)上。這就具有在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速下減少渦輪增壓滯后,并增大扭矩達(dá)到30%。
二、實(shí)現(xiàn)歐IV和歐V的廢氣后處理系統(tǒng)
目前,在如何最好地滿足未來的廢氣排放法規(guī)上,廢氣后處理系統(tǒng)是不可缺少的,似乎大多數(shù)貨車制造商已經(jīng)取得了共識(shí)。不過在廢氣后處理系統(tǒng)方面,仍出現(xiàn)一方以SCR選擇性催化還原器為方向,另一方傾向廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EG日)。但是,也許有朝一日,新的均質(zhì)壓燃燒方法HCCI(㈠omo-geneous Charge Compres-sion lgnition)或許將會(huì)讓全部后處理系統(tǒng)變得多余。后處理系統(tǒng)所面臨的一系列利與弊的問題,專家們各有評(píng)說。
在歐洲排放法規(guī)與廢氣后處理系統(tǒng)技術(shù)這個(gè)領(lǐng)域里,斯堪尼亞公司動(dòng)力傳動(dòng)系負(fù)責(zé)人Urban Johansson是很具影響力的人物,他肯定了歐III的經(jīng)驗(yàn),但針對(duì)2000年來歐川標(biāo)準(zhǔn)極限值的機(jī)內(nèi)措施,用于歐V標(biāo)準(zhǔn)無疑已經(jīng)過時(shí)。不過他認(rèn)為,實(shí)現(xiàn)歐V大概仍然只有采取機(jī)內(nèi)措施才能做到。然而從經(jīng)濟(jì)上講這是否是一種值得贊賞的方法,卻還完全不能預(yù)料。對(duì)于歐IV和歐V,開發(fā)者面臨的挑戰(zhàn)也不一樣大。從歐IV到歐III,微粒允許值降低大約33%,但從歐III跨到歐IV這一步,微粒允許值降低達(dá)到80%。歐IV和歐V一樣,這個(gè)微粒排放極限值為0.02g/kW.h。然而,2008年生效的歐V標(biāo)準(zhǔn),還規(guī)定NOx排放比歐,V降低43%,而歐當(dāng)IV相對(duì)歐川業(yè)已降低了30%。顯然,這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)總共降低NOx排放達(dá)到73%。表1表2和表3分別描述了廢氣后處理系統(tǒng)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)排放極限值和歐洲瞬態(tài)循環(huán)(ETC)測(cè)試參數(shù)值。
給發(fā)動(dòng)機(jī)制造商增加的困難,是不斷精細(xì)的試驗(yàn)方法正在考驗(yàn)著他們的設(shè)備能力:自有了歐III以來,出現(xiàn)了歐洲加載煙度循環(huán)試驗(yàn)(EL日:European LoadResponse Test)。在這種試驗(yàn)中,都是在猛然油門全開情況下涉及到的煙度排放問題。歐IV的要求更高,進(jìn)行所謂的歐洲瞬態(tài)循環(huán)(ETC:EuropeanTransient Cycle)試驗(yàn),試驗(yàn)步驟應(yīng)該是模擬在市內(nèi)交通,農(nóng)村土路和高速公路的廣闊范圍里的行駛情況,分別為10分鐘時(shí)間。
發(fā)動(dòng)機(jī)將其開發(fā)者置于更加艱難的境地。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)減少微粒卻會(huì)增加NOx的生成;而反過來優(yōu)化NOx含量盡可能降低NOx排放,卻會(huì)導(dǎo)致廢氣中微粒的增加。其背景是,燃燒溫度越高,則燃燒更有效,生成的NOx就越多;然而,如果降低燃燒溫度(例如通過推遲點(diǎn)火或者冷卻廢氣再循環(huán)),那么柴油就不再能完全燃燒,廢氣中會(huì)出現(xiàn)微粒的增加。
為達(dá)到歐IV限值而選擇微粒捕集器,然而這項(xiàng)技術(shù)卻潛伏著危險(xiǎn):一方面燃料中的硫是本系統(tǒng)中的毒害,另一方面廢氣中含有的灰分會(huì)逐漸地堵塞捕集器,從而必須按不確定的時(shí)間間隔清洗捕集器。這種解決方案的其它缺陷,是它以NOx排放少作為前提。按今天的技術(shù)狀況,這樣的燃燒只有采用冷卻廢氣再循環(huán)系統(tǒng)才能達(dá)到。而且相對(duì)歐III,油耗提高1—2個(gè)百分點(diǎn),而為達(dá)到歐IV采用選擇性催化還原系統(tǒng)(SCR),油耗可降低3~6%。
大多數(shù)制造商已經(jīng)開始堅(jiān)信采用SCR技術(shù)來實(shí)現(xiàn)歐IV和歐V標(biāo)準(zhǔn)。例如戴一克集團(tuán)商用車發(fā)動(dòng)機(jī)部負(fù)責(zé)人Mic㈠aeISchittler說,“我們將在所有裝備梅賽德斯·奔馳500和900系列發(fā)動(dòng)機(jī)的車型上,通過SCR deNOx后處理系統(tǒng),最大限度地改善燃料經(jīng)濟(jì)性。采用這種DeNOx后處理系統(tǒng),利用尿素作為還原劑的選擇性還原催化轉(zhuǎn)化器(SCR)技術(shù),能滿足歐V排放法規(guī)要求。”由于具有比今天歐III發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗特性曲線改善5%或6%的前景,戴-克集團(tuán)同依維柯公司一樣,已經(jīng)把握住SCR高初始成本(遠(yuǎn)高于EGR的初始成本)的煩惱。伴隨產(chǎn)生的更大挑戰(zhàn),是提供具認(rèn)證級(jí)(按DIN70070標(biāo)準(zhǔn))AdBlue品牌含水尿素的基地。Schittler指出,在歐盟80%的汽車柴油機(jī)燃料,是以散裝方式直接提供給運(yùn)輸車,而且對(duì)提供AdBlue散裝燃料供貨商也還在討論之中。預(yù)料,尿素的消耗大約為燃料消耗的5%。
達(dá)夫、依維柯、梅塞德斯·奔馳和沃爾沃公司決定采用比較昂貴的SCR系統(tǒng)。但由于油耗較低,應(yīng)能夠在1.5—2.5年內(nèi)于長(zhǎng)途運(yùn)輸車上補(bǔ)償SCR系統(tǒng)的昂貴投資額。
只有曼公司和斯堪尼亞公司兩家對(duì)廢氣再循環(huán)(EGR)保留選擇的余地。曼公司將對(duì)年行駛里程較少的歐IV汽車提供廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和一種命名為PM-Kat無須維護(hù)的分離系統(tǒng);而對(duì)于長(zhǎng)途運(yùn)輸車則大力推廣無廢氣再循環(huán)的SCR技術(shù)。斯堪尼亞公司公司目前也似乎推行這樣一種策略,讓自己在各個(gè)方面留有余地。
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