9实现欧IV和欧V排放法规的若干技术措施-实现欧IV和

实现欧IV和欧V排放法规的若干技术措施欧IV和欧V法规的主要目标，就是要显著降低微粒(PM)和氮氧化物(NOx)的排放量。无疑发动机将会更昂贵，但却会更加省油。以沃尔沃、曼、戴—克、斯堪尼亚、依维柯和博世等商用车及系统制造商，在开发满足未来欧IV和欧V排放法规的动力总成中形成了竞争态势，不过根本的着眼点是相同的，即都把注意力集中在对燃油喷射技术的改进与创新上面。具有代表性的，是康明斯／斯堪尼亚共同开发的HPI系统和博世等公司改进的共轨式燃油喷射系统。同时，通过发动机机内措施的改进和利用废气后处理系统来实现欧IV和欧V目标。大多数货车制造商似乎已经取得了共识，并围绕着这些技术，构思和推出欧IV和欧V的产品。例如今天以梅赛德斯·奔驰V型柴油机为基础设计的Actros货车，其生产“正好进入欧IV时代”。不过，体现未来技术的HCCI燃烧方法，或许让发动机在某一天可以在没有废气后处理的情况下几乎不存在微粒(PM)和NOx排放，这是避免有害物质的新技术。一、发动机制造商在燃油喷射系统上的技术创新首先，博世公司利用新式压力放大共轨燃油系统以求在重型柴油机上谋出路。迄今曾贬低共轨技术而拥护在重型柴油机上采用单体泵(UIS)和泵喷嘴(UPS)燃油系统的人，似乎在改变自己调门。由博世公司通过把2.5：1的压力放大器装入每一个喷射器，使得在“蓄压”式供油技术中出现了一大跃进，泵喷嘴最大喷嘴压力达到2500巴。而通常的共轨技术最乐观的预测大约为1800巴。戴—克集团所谓“一个世界一个发动机”的Schittler计划，就是对下一代重型柴油机装这样一个全新而创新的燃油系统，称之为APCRS(压力放大活塞的共轨系统)，作为其全球适用的全新直列六缸大型发动机计划的一个部分。APCRS以及装备APCRS的戴—克发动机，预定于2007年在奔驰Actros货车系列换代的时候初次登台。该集团商用车发动机部最高决策人MichaelSchittler教授说：“我们将不得不到2007年前后才能在所生产的货车上看到这种创新的喷油技术。到那个时候，目前德国制造的梅赛德斯·奔驰500系列的V6和V8机型、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机公司的60系列，将由一个优化的全球戴一克发动机系列所取代。”在为全新燃油系统进入其未来全球最优化柴油机范围作出选择中，戴—克希望在21世纪第一个10年末期达到全球最严格的排放标准，并在燃料经济性方面居市场领先地位。与此同时，寻求在大西洋两岸市场的可接受性。此外，还将赢得三菱重型车买主的心，戴—克集团发动机也将用在三菱重型货车上。APCRS的要点，是先进的阶梯活塞式喷油器及性能的可变性。设在每个APCRS喷油器顶端内的阶梯活塞液力加压器，能生成的喷嘴压力堪与康明斯／斯堪尼亚HPI单体泵系统的2400巴压力竞相匹敌。它能达到如此高的喷射压力，是来自于一个其压力不高于1000巴的最先进的蓄压器即rail力放大活塞式共轨系统(APCRS)提供的喷嘴压力，比今天最好的共轨系统高50％。康明斯／斯堪尼,-fi7HPI和卡特彼勒／NavistarHEUI燃油系统(这两种系统皆具有压力放大阶梯活塞式喷油器的特点)，其非常高的喷射压力都局限在加工公差严格并要求密封的喷油器下部靠近喷嘴位置。与之相比，装备了APCRS，泵、共轨和一些元器件，在150万km发动机寿命期里，规定的寿命远低于今天基于1400-1600巴最大共轨压力的共轨安装要求。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建压力放大器的功能不在于连续使用。在发动机管理系统(EMS)的控制之下，当系统在控制微粒(PM)和NOx排放的时候，燃料消耗不会受到不良影响，因为压力放大器关着时，即它处于旁通状态，喷油器接收到的是最大压力不到1000巴的压力。燃油通过压力放大器，仅仅是在传感器(监控发动机速度／负荷条件)发出指令的时候。在得到一个信息后，一个传统安装在每个喷油器上部内的线圈在共轨压力下转换油路，从正常的喷油器供油线路变换到压力加大器。这里，它将一个向下推力施加于阶梯活塞(两种直径)的上部大直径断面。活塞下部断面则因为其小于上部60％横截面积，而转变成一个150％压力放大率，例如活塞上部800巴压力(11800psi)，在下部就变成了2000巴(29400psi)。通过欧洲ETC(欧洲瞬态循环测试)试验表明，燃料经济性的提高得益于喷射压力的提高。在性能可变性方面，APCRS系统需要的存储压力只是共轨系统的60％，只需较小的泵能。在欧V之后，法规很可能将对碳烟微粒尺寸和(或者)微粒数量有严格规定，这时候，一种放大压力的APCRS系统不用很高喷射压力就能以“rateshaping”喷射。某些定制的单体泵和泵喷嘴和燃油系统(由主发动机凸轮轴驱动)的发动机制造商，已经明确考虑把自己的发动机变换到APCRS的可行性。在满足欧IV排放法规上，曼公司也采用共轨式柴油喷射系统。据曼公司研究与开发部负责GeorgPachta-Reyhofen称，共轨式柴油喷射和废气再循环将会让曼公司进入低油耗的欧IV时代。曼公司仍然在其动力总成上坚持采用原有的直列喷射泵，虽然GeorgPachta-Reyhofen声称曼即将改变这种情况。2002年开发一改进的D28发动机，其采用高科技的博世共轨式燃油喷射泵。这位负责人认为，共轨技术给予我们许多好处：首先，它易于与现有的发动机装成一体；其次它为控制完全燃烧过程提供了最好的基础。利用共轨技术，可以在所有转速和负荷下提供高喷射压力。而且，可以把喷射分成几个阶段，即预喷射(pilot)主喷射(main)和后喷射(post)。后者对燃烧微粒(PM)具有更重大的意义。在欧IV的曼公司发动机上，将会提高喷油压力25％左右，这要求对发动机做重大的改型设计。目前，曼公司正在考虑其关键的铸件采用致密的石墨铸铁制造。低油耗仍然是曼公司未来发动机开发的关键。为了保持低油耗，为了满足欧IV排放的D28发动机将装备几个顺序涡轮增压器，进行连续涡轮增压。对共轨系统和顺序废气涡轮增压(串接的一小、一大涡轮增压器)结构进行试验。据Pachta—Reyhofen称，第一个增压器确保快速反应，第二个(即稍大的那个)在转速表的其它范围控制大的供气量。Pachta-Reyhofen声称，“在过去一段时间里，已经对某些面向未来的结构在货车上进行了试验，试验是在极其坎坷不平的路面条件下进行的。这是曼公司对其他发动机制造商采用可变几何形状涡轮增压器或者废气涡轮复合增压技术的回应。”D28发动机曼公司保留的最重要的机型，生产计划仍然包括本系列大小两种发动机，均早已被批准符合欧III排放法规。公司宣称，4.6L和6.8L两种发动机以及大V10机型都将作进一步发展，以符合欧IV法规要求。可以将第一和第二种发动机发生的开发费用分摊到许多发动机上。这些新增产品将销售到非货车行业的客户，例如农业机械、船舶工业和其它行业，还要销售到曼公司和尼奥普兰大客车产品上。在朝向欧IV和欧V目标冲锋的另一阵营中，斯堪尼亚公司(Scania)依赖的是高压喷射系统(HPl)，也是他们为国际汽车展所准备新礼品。斯堪尼亚公司的高压喷射系统(HPl)，是该公司与康明斯发动机公司合资的成果。这使得这两个生产高技术设备的公司在美国拥有一个共同的工厂。康明斯公司把该系统用在自己的顶级系列的Signature和15LISX发动机上。而斯堪尼亚公司把推出高压喷射系统(HPI)装备在所有12L发动机系列，立即代替了迄今在PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建发动机上使用的博世公司的系统，意味着有更大的扭矩(利用斯堪尼亚公司-HPI系统增大扭矩100Nm)和倍增的维修保养间隔期(从60000km增加到120000km)。斯堪尼亚公司12L直列6缸发动机系列每年大约1万台的销售量，其中313.4kW发动机成为该公司最畅销的发动机，HPI系统结合废气涡轮复合式结构，已经用在12L350.7kW机型上长达18个月以上，支配着欧洲大功率6缸发动机(335.8kW以上)市场高于10％。据斯堪尼亚公司称，所选用的12L(350.7kW和328.4kW)废气涡轮复合式结构，每年在欧洲市场占有大约4500台。整个系列的12缸发动机装备新的HPI系统，直列6缸以及批量生产不久的新5缸机型，博世泵—喷嘴系统让位于斯堪尼亚公司HPI高压喷射系统，或许也仅仅是一个时间问题。到目前为止，只是在V8发动机上显得HPI不太协调，它们目前尚与“斯堪尼亚公司人想把它与康明斯公司合作开发的系统转到所有发动机上”的雄心勃勃计划相对立。HPI系统的主要优点是结构坚固耐用，以及对燃油不敏感，发动机的性能还能以低硫燃油得到改善；装新的高压喷射系统(HPI)发动机的另一主要特性是噪声低，从而提高了行驶舒适性。采用HPI系统，将给货车经营业主带来改善性能的好处，增大了扭矩，有更好的操纵性，更长的换油间隔期。HPI是一种电控单件泵喷射系统，它与泵喷嘴系统不同之处在于，该系统有一个单独的油流用于控制喷油器。斯堪尼亚公司的HPI系统当装备在6缸发动机时，使用两排设施：汽缸1.2和3组合成前排，而汽缸4.5和6构成后排。本系统结构形式为开式喷嘴喷油器，通过发动机凸轮轴机械作动，并借助于正时燃油液压作动。高的喷射压力是一种接近所要求低微粒排放值欧IV排放标准最有前途的手段。要降低排放微粒，需要很高的喷射压力。利用HPI可以把目前实际应用1500巴提高到2400巴。与之相比，博世公司提出为2004年的共轨系统方案是1800巴，以取代常用的1600巴。泵喷嘴系统工作压力最大2050巴，但从2003年起已达到至少2200巴。斯堪尼亚公司公司在喷油上采取双轨制，一方面采用HPI，另一方面采用传统的泵—喷嘴系统。斯堪尼亚公司不仅开发了自己的喷油系统，而且开发了自己的发动机控制系统，那么博世系统呢?对此，斯堪尼亚公司人士称：我们从来不回避自己开发产品，因为未来的一切均经发动机控制。这里所指仅仅是车载诊断技术／行车服务信息。软件是未来关键策略，欧IV和欧V在各个方面都很复杂的，人们必须具有通过软件控制的技术。我们的发动机专家在开发软件方面要把握好时间。与博世公司相抗衡的还有德尔福汽车系统公司(Delphi)。据称．其“双气阀”Ｅ3整体式喷油器，目前已经装用在沃尔沃D12发动机，用于北美市场。它的可变性特点与博世公司的APCRS系统的这种性能相类似。一个“双气阀”的EUI系统揭开了多重喷射的可能性。作为这种策略的一个组成部分，是将NOx排放达到欧V所要求的低极限值。在短期里，比如对欧IV，双阀EUI系统提供了合理折衷的NOx与PM关系曲线。最大燃烧温度降低，在不生成炭烟微粒的情况下减少NOx的生成条件。依维柯(1veco)在采用博世公司电子喷射系统（EUIs）的同时，准备为未来而采用这种“双气阀”EUI系统。依维柯发动机研究中心是一个集聚了来自世界各地近200名工程师的战斗队伍，在其负责人WalterKnecht的领导下，正在加大未来货车发动机的开发力度。Knecht预料在未来10年里货车柴油机动力系统会有重大变革。他说：“今天用在8L，10L和13L的Cursor发动机上博世公司电子喷射系统([UIs]在满足现有排放法规上方面表现出色，在较小的4缸和6缸机上还装有共轨系统”。他强调，“装有第二个电磁阀的德尔福PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建(Delphi)的E3EUI喷油系统，独立控制喷油器的打开和关闭，不依赖于喷油器内燃油压力的升高和降低，仅仅由EUI主溢流阀调节。”他说，”随同共轨系统应用的，可能首先是有西门子(Slemens)公司研制并已提供于标致－雪铁龙轿车柴油机上的压电式执行元件。半导体压电式执行元件可以比电磁阀获得更多和更精确的喷油过程，例如在燃油喷射周期开始和停止供油阶段。此外，压电执行