排放法规对大型发动机设计和运用的影响 上

柴油机的排放污染问题愈来愈引起人们的重视。愈来愈严格的排放法规给柴油机的设计和运用提出了新的挑战。本文概述了柴油机排气的成分及其对环境的危害和生成机理。着重描述了为达到将大型发动机排气中的主要有害成分ＮＯｘ的排放量减少３０％，６０％，９０％这三种目标而需要采取的相应措施，同时也论证了采用这些措施之后给燃油消耗，有害微粒排放量及烟度所带来的不利影响。     

使用生物柴油混合燃料对GE Tier2干线机车排放的影响

本文介绍了标定牵引功率为3280kW、符合Tier2标准的GEES44DC干线机车的排放测试结果和使用生物柴油混合燃料对机车排放的影响。使用含硫约400ppm的试验燃料进行基准排放测试,然后分别使用掺混比为2％、10％、20％和100％的生物柴油（由大豆提炼的）进行测试。气态和颗粒排放物按照美国联邦法规第40章92款进行采样。测试结果表明,与基础油相比,在美国环保局（EPA）干线机车牵引循环和调车循环时每种掺混油的颗粒物（PM）排放量均有所降低。混合10％生物柴油时,PM排放量降低最为显著。相比较而言,继续增加生物柴油比例对于进一步促进PM排放降低的效果有限。使用生物柴油时,就PM排放而言,调车循环比干线循环时降低更显著。使用B2、B10、B20混合燃料时循环加权氮氧化物（NOx）排放量的增加不明显,在试验误差范围内。然而,使用B100燃料干线机车牵引循环时NOx排放增加近15％。除使用纯生物柴油时碳氢化合物（HC）排放在干线和调车分别降低了21％和24％外,其他各工况碳氢化合物排放量在正常试验误差内。与使用基准油相比,测得干线牵引循环下使用B20和B100燃料一氧化碳排放量分别降低了17％和24％。使用B2和B10混合燃料时,体积燃油消耗增加了约1％。使用B20混合燃料时,体积燃油消耗略高于2％,使用B100燃料时增加了近7％。     

内燃动车环保评价系统

2005年2月发表的《京都议定书》规定了减少以二氧化碳为代表的温室气体排放量的目标值。日本《节能法》规定铁路企业也负有节能减排的义务。根据有关环境的法律体系,明确了环境法限制标准的主要动向。通过汽车行驶模拟测量法验证了《大气污染防治法》所规定的燃油消耗率的要求是合理可行的。尾气中的非甲烷碳氢化合物（NMHC）和氮氧化物会形成光化学烟雾,对大气造成污染,尾气排放规范指出了尾气排放容许值。新开发的内燃动车环保评价系统利用能量计算软件可计算出发动机瞬时耗油率、总耗油量及发动机负荷等数据,还可计算出二氧化碳排放量等数据。对铁路车辆排放只限制氮氧化物。     

降低和预测柴油机NOx排放的方法

主要介绍体低燃烧室内ＮＯｘ生产成量的方法。通过对影响燃烧的几个最主要的因素的优化组合，获得了在不使燃油消耗率和烟度恶化的条件下降低约５０％ＮＯｘ排放量的良好结果。还介绍了根据运转地点的大气温度和相对湿度的测定值，以及燃油比重、气缸进气温度和Ｎｏｘ排放测定值来预测不同气温、不同相对湿度条件下柴油机ＮＯｘ排放值的方法。     

在废气再循环条件下的柴油机富氧燃烧试验研究

为在尽量不恶化氮氧化物（NOx）排放性能的情况下减少颗粒物（PM）排放量,应用试验设计技术,通过控制喷油定时、进气空气中的二氧化碳（CO2）和氧（O2）体积分量,对一台单缸直喷柴油机富氧燃烧进行了研究。结果表明,在富氧条件下,CO2的添加降低了平均燃烧温度,NOx排放量的增加被控制在最小程度。还观测到,在CO2添加量达最大值时出现的燃油消耗率以及碳氢化合物和PM排放率的恶化趋势通过富氧得到极好的控制。     

BMW柴油车进军美洲

由于美国对氮氧化物（NOx）排放控制十分严格，所以柴油车要进入美国市场很难。另外，燃油品质问题也是柴油新车进入美国市场的障碍。而今，人们迅速而彻底地接受了柴油车，这种变化也发生在美国。     

节能与环保型柴油催化剂

美国EnviroFuel,LP.公司最近收到本国环保局下属的环境技术鉴定计划部门的鉴定。据说,根据在一台机车上的试验,此种用于柴油机燃油的应用工程化合物可降低燃油消耗5%～10%,并且可使总的未燃碳氢化合物、氮氧化物、二氧化碳和一氧化碳排放量大为减少。节能与环保型柴油催化剂@苏     

内燃机车用2А9ДГ型柴油—发电机组使用AM变性剂的台架试验

介绍一种由莫斯科阿姆吉克公司生产的迹象－变性剂及其在ТЗП７０型内燃机车用的２А９ДГ型柴油－发电机组上的试验结果：ＣＯ排放量下降２７．３％，ＮＯｘ排放量增加８．７％￣１３％，烟度下降 １７％￣３３％，气缸压缩量提高５．８８％，整个内燃机车特性范围内的燃油消耗率下降０．８８％￣３．３％，平均运用燃油经济性提高１．９３％。     

符合美国环保署第4阶段过渡性排放法规的小型柴油机的开发

与其他发动机相比,柴油机具有燃油利用率高和燃油耗低的优势,现已作为各种工程机械的动力装置被广泛使用。但另一方面,相关的排放法规逐年收紧,针对额定输出功率56～75kW的柴油机,2012年美国环保署（EPA）公布实施第4阶段过渡性（InterimTier4）排放法规,与之前的法规相比,该法规规定的颗粒排放量被要求降低到原来的1／20以下。因此,三菱重工公司开发了D04EG型柴油机,以进一步降低排放和燃油耗,满足EPAInterimTier4排放法规的要求。     

低排放的加利福尼亚机车

为解决加利福尼亚州空气污染的问题，加利福尼亚州运输部与美国通用汽车公司机车集团（ＧＭＬＧ）公司签定了购买９台Ｆ５９ＰＨＩ流线型客运机车的合同。该机车重１３４ｔ，标定功率２３８６ｋＷ，最高速度１７７ｋｍ／ｈ，装有电子燃油喷射装置、集中供电辅助柴油机、ＥＭ２０００型微处理和ＷｈｉｓｐｅｒＣａｂ司机室，光滑的合成材料外壳可满足美国联邦铁路管理局（ＦＲＡ）的要求。据称，该型机车可满足严格的排放法规。本文也     

710ECO Repower机车

710ECORepower技术是美国EMD公司不久前专门针对自己早先制造的中低功率机车的升级改造而开发的,其核心部件包括久经考验的EMD710系列柴油机、EM2000微机控制系统及发动机自动起动和停机（AESS）系统等。采用710ECORepower技术完成升级改造的机车比原型机车减少燃油消耗25％,减少机油消耗50％,减少排放70％,从而达到美国环保局的Tier2排放标准。文中简要介绍了710ECORepower机车的设计特点和主要技术参数。     

环保和经济性兼顾的先进共轨系统

近年来，全球产业界都在致力于环境保护方面的研究。汽车行业也在付出极大的努力，以满足包括氮氧化物和颗粒限值在内的各项排放法规，同时，从防止全球气候变暖及节能的角度出发，还必须满足降低二氧化碳（CO2）排放的要求。有鉴于此，具有极大CO2减排潜力的柴油机受到了极大关注。为了提高柴油机降低CO2排放的能力，同时解决其本身仍存在的问题，即“缓慢、肮脏、噪声大”的问题，共轨燃油喷射系统已成为不可或缺的技术。电装公司开发了先进的第3代共轨燃油喷射系统，具有在每个燃烧循环中最多喷油9次的能力，且喷油压力达200MPa。介绍了这一先进共轨燃油喷射系统的性能和效果。     

美国环保署针对小型火花点燃式发动机的新法规

美国环保署（EPA）制定了旨在降低小型火花点燃式发动机HC、NOx和CO排放量的新法规。按该法规，需降低约35％的排放量。新标准按发动机不同排量规格将于2011或2012年生效。最终规定也包括降低发动机燃油系统蒸发排放量的新标准。2006年5月23日提出的规定涵盖了草坪和园艺装备、航空港维护设备等十类非道路用火花点燃式发动机。EPA发布了包括汽油船舶和个人水运工具在内的排放新法规。     

机车和船舶发动机未来的排放要求（上）——面临的挑战、技术方案以及来自其他重型发动机应用领域的经验借鉴

未来世界范围内的船舶和机车废气排放法规要求大幅减少废气中的有害物（尤其是氮氧化物）的排放量。大幅减少尾气排放,同时保持低的燃油消耗也是目前重型发动机和工业用发动机的开发重点。根据从这些开发工作中获得的经验,可以得出结论：严格的排放限值标准不能仅通过一个技术阶段（发动机机内措施／安装排气后处理净化系统）来实现,而必须开发一整套经济有效的手段,其中包括降低发动机本身输出的排放值,辅之以满足要求的高效排气后处理措施。 关于氮氧化物的减排,在重型发动机和工业用发动机领域,当前主要是研究和采用SCR（选择性催化还原）技术。虽然船舶和机车发动机与公路用重型发动机和较小的工业用发动机在具体要求和边界条件方面有显著不同,但是已经取得的经验（尤其是在公路应用领域）仍可用于未来船舶和机车低排放方案开发。 在本文第一部分,将对船舶和机车发动机在排放法规和典型运用边界条件方面与公路用重型发动机和小型工业用发动机进行比较。进一步指出公路用重型和工业用小型发动机应用领域的新技术和发展趋势,包括基本发动机减排方案（EGR、增压、喷油系统等）、后处理技术（柴油机氧化催化器、SCR、主动／被动式柴油机颗粒过滤器、颗粒物氧化催化器等）以及传感器和控制技术。在此基础上,提出适用于船舶和机车应用的技术方案,对于这类应用场合,将考虑具体的边界条件（例如：法规要求、燃油品质及具体运行模式）。 将来把基本发动机与后处理措施结合起来,将会明显增大系统布置和校准方面的难度和工作量。尤其是大型船舶和机车发动机,在最终应用之前对大量金属部件变体进行试验将会受到很大的限制。在这方面,高效开发工具（诸如后处理系统的详细一维模拟,在综合气体试验台上确定催化剂的特性,根据模拟对控制方案和传感器方案进行评估）以及针对公路应用开发的高效标准程序,都可以用来提供可靠的系统布置和校准,同时又可保持短的开发周期和发动机试验时间。     

2010年柴油机排放控制回顾

从排放法规、发动机技术,以及氮氧化物（NOx）、颗粒、碳氢化合物（HC）和一氧化碳控制等方面扼要回顾了柴油机排放控制的最新进展。排放法规正在继续向前推进,美国加利福尼亚州可能会提出2016—2022年拟收紧70％的轻型车车队平均排放标准。轻型车和重型车发动机的二氧化碳（CO2）排放法规也都会收紧,这些法规对柴油机及其排放的影响可能会在未来延续很长时间。发动机技术正在顺应这些要求。小型柴油机试图在增强燃烧方面取得进展,以便能通过发动机的小型化来减少CO2排放。大型柴油机力求在硬件制造、减少NOx的控制和燃油耗之间取得最佳的平衡。迄今已发表了许多有关优化选择性催化还原（SCR）系统的报道,其中不少报道都提出,可以采用合适的还原剂管理和新的催化剂配方,以改善系统的低温性能。以HC为基础的减少NOx的技术侧重于稀NOx捕集器（LNT）和LNT＋SCR系统的研发,而LNT的标定策略是要产生供下游SCR使用的氨。采用柴油机颗粒过滤器（DPF）控制PM的技术非常有效。从再生策略、催化剂利用和基底材料设计等方面报道了DPF再生技术的进步。生物柴油对DPF功能的影响变得更为清晰。最后,针对SCR系统使用的下游催化型DPF生成的二氧化氮的影响,介绍了柴油机氧化催化器的试验研究情况。     

具有共轨式燃油喷射系统的大型柴油机工作和燃烧过程听优化

瑞士苏黎世联邦技术大学内燃机及燃烧技术实验室和NSD（新苏尔寿内燃机公司）和ABB涡轮系统公司合作，对一台1420KW中速柴油机进行了优化，使其在发电运行时有害物排放量降到最低程度。采用了综合空气和燃油方面的各种措施，除了增压系统高压侧采用米勒方法和冷却的废气再循环外，还采用了共轨燃油喷射系统及可变涡轮几何形状的废气涡轮增压器。     

直喷式柴油机燃用柴油和生物柴油时的高均质压燃技术

在直喷式柴油机上很难实现高均质压燃。其主要原因是很难实现燃油充分气化和存在燃油喷雾撞壁问题。这种燃烧状况还会因压力升高率增加而限制最大运转负荷。与常规的燃烧过程相比,均质压燃的碳氢（HC）和一氧化碳（CO）排放会明显升高,且排放值很高。在一台直喷式柴油机上研究了2种实现高均质压燃的方法：采用日产公司MK型喷油系统和提早喷油。利用一台普通2L4缸共轨柴油机,以18．4和14．4的压缩比分别研究了喷油压力、喷油定时、废气再循环（EGR）率、EGR冷却器效率和压缩比的影响。鉴于目前人们对生物燃料的兴趣,结合高均质压燃方式,采用柴油和生物柴油,研究了燃料氧化特性对HC、CO、碳烟和氮氧化物（NO：）排放的影响。通过测量气态排放物、滤纸烟度值和压力进行研究。并用缸内压力计算出放热率和缸内压力升高率。减小压缩比能扩大高均质压燃充量的运行范围。在低负荷时,柴油和生物柴油的NOx和碳烟排放均可忽略不计。燃用生物柴油能使HC和CO排放减少。在高负荷时,碳烟排放变得较高,而燃用生物柴油则能使碳烟排放减少。简要介绍了实现低排放的几种柴油直喷方式,并分析了含氧生物柴油对这些燃烧方式的适应性。     

通过进气增氧燃烧降低机车柴油机NOx和颗粒排放

介绍一台供试验研究的机车柴油机(EMD 567B双缸机)通过进气增氧燃烧获得的运行和排放结果。在对进气氧浓度、供油量和喷射定时进行优化的情况下,颗粒和NOx排放量可同时降低。采用外源供氧,优化运行,颗粒和NOx排放量分别降低约60％和15％～20％。增氧燃烧还可提高总功率、降低最大爆发压力以及降低燃油消耗率。在标准峰值爆发压力下,总功率增大约15％～20％,而总燃油消耗率降低2％～10％(因负荷而异)。     

延迟喷油定时,加强中冷及使用低硫和低芳香烃柴油对机车排放的影响

为了提示延迟喷油定时，加强进气冷却及使用低硫，低芳香烃柴油对机车柴油机燃油经济性和排放的影响，进行了大量的试验研究。给出了两台１２缸机车柴油机稳态工况下的气体和颗粒排放物数据。这两台实验室试验研究用发动机，一台是ＥＭＤ６４５Ｅ３Ｂ，另一台是ＧＥ７ＦＤＬ，标定功率均为１８６０ｋＷ，是北美内燃机车的主型机。分别对两种柴油机进行了总的碳氢化合物，一氧化碳，氧化氮和颗粒物值，排放量试验。ＥＭＤ柴油机上进行     

燃油的电磁处理

在简要介绍德国、荷兰等国生产的燃油电磁处理系统的基础上，重点介绍了全俄内燃机车和养路机械科学研究院研制的УОТ型燃油处理系统。该系统已在16ЧН26／26（49Д）型柴油机上进行了台架试验，在2ТЭ116型内燃机车上进行了变阻试验和运行试验，结果良好，不仅降低了燃油消耗，而且还降低了废气排放。建议将这种系统用在2ТЭ116型和ТЭП70型内燃机车上以及装有Д49型柴油机的2М62和2ТЭ10型内燃机车上。