高性能燃烧室合金对燃油效率的影响

内燃机已有120多年的发展历史,是1项非常成熟的技术成果。通过设计、工艺和材料性能的改进,内燃机的功率密度和制动热效率显著提高。随着计算机仿真能力的巨大进步,针对这2个领域的探索和开发得以大幅提升。目前,材料技术已成为内燃机效率进一步提高的关键。总结了为活塞、活塞环、连杆和衬套应用开发的一系列替代材料的设计优势。选择福特Ecoboost2.3LRS发动机作为基准发动机,利用这些材料的改进特性,对往复运动件进行了重新设计。活塞、活塞销、活塞环、连杆和衬套在往复质量、机械效率和狭缝容积方面都有了改善。基于一系列稳态基准点,设计了1个测功机试验测试程序,对经过一系列改进后的发动机运行的净效率进行评估。通过将基准发动机和改装后的发动机进行比较,用于进行将来的发动机测试。

超低氮氧化物排放的乘用车柴油机

为解决实验室测试与实际使用柴油车排放之间的差距问题,汽车行业引入实际行驶排放(RDE)要求。现代柴油机技术证明,可以在宽泛行驶工况下实现车辆在道路上的低排放。研究进一步表明,通过综合采用一体化的排放控制技术,可以在超过欧六dRDE要求的宽泛行驶工况下实现持续的低氮氧化物(NOx)排放和低颗粒数量(PN)排放。采用稀薄氮氧化物捕集技术(LNT)与双剂量尿素喷射选择性催化还原(SCR)系统相结合,通过综合采用LNT和SCR催化剂涂覆柴油机颗粒物捕集器(SDPF)上的紧密耦合SCR系统,可以实现低负荷NOx控制。另一方面,通过装有AdBlue􀅺喷射器的下置SCR系统涵盖了高负荷工况的NOx控制。采用P048V轻度混合动力系统也可以辅助NOx控制,以确保良好的驾驶性能和燃油效率。采用先进的控制策略,确保在所有排放控制功能之间实现最佳交互。该系统在1辆C级试验样车上进行验证。在道路上和实验室中进行了一系列综合测试,以涵盖宽泛的行驶工况。特别关注了市区和高速公路行驶工况下排放性能的稳定性。结果显示,在所有行驶工况下,每种后处理组件都有助于实现持续的低NOx排放。研究表明,SDPF可有效控制颗粒排放。

跨越升功率100kW:进一步优化柴油机性能(下)

介绍了乘用车用100 kW以上高功率密度新型柴油燃烧系统开发面临的挑战和取得的成果。为在意大利国家研究中心、伊斯坦布尔汽车研究所用0.5 L单缸柴油机试验设施实现这一成果,参与项目的3个合作伙伴提供了最先进的高质量零部件、系统集成和燃烧开发技术专长。为确定优化的关键设计参数,进行了广泛的对标分析,选择了大陆公司能够实现300 MPa最大喷射压力的先进压电喷射系统,并与通用汽车公司开发的采用先进燃烧室和进气道的基本发动机相结合。对低压缩比宽口燃烧室、高密度充量运动和高效喷油器喷嘴之间的匹配进行了彻底检验和参数化处理,从而使最终的喷油器喷嘴规格在标定功率、CO_2和污染物排放要求之间进行了平衡。这些试验证实了使用高燃油喷射压力的好处,为了解决上述问题,将高性能和驾驶愉悦性与上一代乘用车柴油机的优异排放性能、噪声-振动-平顺性(NVH)和燃油经济性相结合。最后,讨论了系统对进气和排气系统边界条件的敏感性,并且针对热结构、流体动力学和效率来分析,为整个系统(包括基础发动机往复运动部件)制定了均衡的指标体系。同时为下一代乘用车用高性能柴油机提供理论支持。

柴油机多模式运行进气系统的模型预测控制

模型预测控制(MPC)方法是1种基于系统的预测动态模型的控制方法。通过优化目标设置点的跟踪特性、执行器的移动速度及限值等各种要素,确定执行器的控制位置。目前,线性MPC已成功用于柴油机进气道的控制,然而大多数应用开发是针对仅有1组控制目标设置值的单一运行模式。实际上,单一运行模式并不能涵盖当前柴油机的所有要求,这使线性MPC的实际应用更为复杂。在多模式运行中,线性化点的变化取决于各种运行模式下的目标设定点,所以基于MPC简单线性化在实际应用中是有限的。由于目标设置点不同,在特定运行模式的线性模型对于其他运行模式是无效的。此外,现代柴油机进气通道系统高度非线性化,需要大量的线性模型来充分显示,不只是发动机转速和负荷的全部运行点,还有不同运行模式下的全部特性。本研究利用MPC和部件层非线性补偿器的综合优势,开发了1种柴油机多模式运行进气系统的MPC方法,并在柴油机上进行了试验。新开发的非线性补偿器基于各个部件模型的动态实时转换。试验结果显示,该方法在多模型运行中的工作效果良好,在使用时无须特定模型的控制策略和标定。研究表明,在标定工作中,尤其是在不需要固定设置点的开发过程中,该方法具有明显的优势。

零油冷对改善压燃式发动机有效热效率的评估

随着柴油机排放法规的日趋严格,以及对提高发动机整体热效率的期望,对各种燃烧方式进行了研究和研究。获取更高效率的途径之一是减少缸内传热。探索了1种旨在通过提高活塞温度来减少缸内传热的概念。为了提高活塞温度并理想地减少缸内传热,对零油冷(ZOC)活塞进行了研究。为了研究这1技术,对测试发动机进行了修改,以使其停用活塞油冷,从而可以评估其对诸如有效热效率(BTE)、活塞温度和排放等参数的影响。该发动机配备了用于燃烧分析的缸内压力测量装置,以及用于评估活塞顶温度的活塞温度遥测系统。研究讨论了对发动机进行修改以实现ZOC并进行测试的过程。给出有/无油冷发动机和活塞的遥测数据,以验证油冷对BTE和活塞温度的影响。研究发现,发动机负荷受活塞金属温度的限制。在可能的情况下,停用活塞油冷却,通过减少机油泵的功率需求来减少摩擦。在所测试的发动机转速下,在未超过活塞温度极限的一系列负荷下,BTE改善了1%。在本试验条件下。分析损失减少途径与燃油能量的关系,可知在整个测试负荷范围内,缸内传热均降低了1%。未来研究可将ZOC概念与先进的活塞表面涂层相结合,以降低金属温度,从而扩大可实现高效率目标的转速和负荷范围。

高效发动机实现超低氮氧化物尾气排放的对策

研究考虑将选择性催化还原(SCR)系统置于柴油机氧化型催化器(DOC)上游,使上游催化系统快速起燃,以实现在整个复合联邦测试规程(FTP)和坡道实验规程(RMC)期间实现低于0.07 g/(kW·h)的氮氧化物(NOx)排放目标。对发动机机外NOx水平、排气温度,以及上下游SCR之间的剂量水平进行权衡比较。针对N2O形成和NH3逃逸,对NOx转化效率进行比较。研究结果显示,即使使用“超低NOx”后处理系统和“2027NOx”发动机标定,如果目标尾管NOx限值为0.027 g/(kW·h),在冷态FTP工况下,最初260s内的累积尾管NOx排放也超过了整个复合FTP工况期间所允许尾管NOx排放量,故需要另外采取措施才能达到此尾管NOx排放水平。改进SCR配方,在低于180℃的低温下实现高于50%的NOx转化率。在达到高NOx转化之前,需要更少NH3储存的SCR配方,让还原剂较早起效是降低尾管NOx排放量的潜在方法。