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详解柴油发动机技术发展趋势
来源:本站整理  作者:佚名  2012-03-26 09:42:27


目前,颗粒捕集器(DPF)有两种:一种是陶瓷壁流式颗粒捕集器(PFT),具有很高的颗粒捕集效率,完全能达到欧4和欧5的PM限值,当然排气背压也相应较高。为此,在欧4阶段可应用另一种相对较新的技术——金属载体的通流式或部分流式颗粒捕集器(PFT),其颗粒捕集效率稍逊于DPF,约为50~70%,且废气流动阻力相对较小,能将排气背压调整到合适的程度,并能够使用一般的低硫柴油(含硫量<350ppm)。

 

另一方面,作为NOx后处理装置现在已开始应用能同时降低NOx和PM的后处理装置(DPNR),这是在DPF装置上追加了NOx吸附还原催化功能的后处理系统。与此类似,在本届上海车展上,博世汽车柴油系统有限公司展出了与无锡威孚高科合作开发和生产的Denoxtronic 6型商用车排气后处理系统是为中国市场量身定制的,将于2012年投放国内市场。该系统兼具低成本与节油的优势,能够帮助国内商用车满足国Ⅳ及以上排放标准,并且能够针对不同运行环境的需求进行匹配性调整。

 

选择性催化还原(SCR)系统原来是用于电站和发电机组等固定式柴油发动机机组的NOx净化技术。车用最早始于重型商用车,采用重量比为32.5%的尿素水溶液分解出的氨作为还原剂来还原净化NOx。虽然SCR系统具有较高的NOx净化效率(70%~90%),但是SCR催化器的体积一般是柴油发动机排量的1.5~2倍,而且还需要配备包括泵、喷射器、储存箱和用于计量尿素的NOx传感器和电控模块等一整套尿素喷射控制系统设备。现在,德国默赛德斯-奔驰公司在上述基础上经过二次开发,已推出小型紧凑而功能俱全的可供乘用车使用的SCR/AdBlue系统(图10和图11),主要用于欧6新车型和出口到美国加州超低排放车型。2008年该公司向美国市场推出的首批320-Bluetec型柴油SUV车上就搭载了装备这种SCR/AdBlue系统的OM642-3.0L-V6柴油发动机,能满足美国50个州实施的更为严厉的美国Bin 5废气排放标准,并具有达到未来欧6废气排放标准的潜力。

 

5.小型化和轻量化正如前面已提及的那样,车用柴油发

 

 

动机小型化和轻量化对于乘用车的汽车节能减排更是一个十分重要方面,特别是,高增压与小排量化的结合具有很大的节能减排潜力,因此乘用车柴油发动机向高升功率发展的趋势非常明显(图12),尤其是在欧洲,乘用车柴油发动机的升功率已达到90kW/L,越来越逼近汽油发动机的水平,同时最高爆发压力已屡屡超过15MPa,最新开发的机型达到了18~20MPa,而且为了进一步实现柴油发动机的小型化,其缸心距越来越小,汽缸之间的“鼻梁”宽度最小只有7mm,这样就导致了汽缸体曲轴箱的机械负荷和热负荷明显提高,并对强度、刚度和耐久性提出了更高的要求,而且对减轻整机重量的目标值为1kg/kW,这样就对汽缸体曲轴箱的设计提出了进一步的挑战。应用越来越广泛的铝合金汽缸体曲轴箱为了满足上述各种要求,结构设计较前发生了很大的变化,现代乘用车柴油发动机的铝合金汽缸体曲轴箱绝大多数都采用镶铸灰铸铁汽缸套、从曲轴中心线剖分的短裙汽缸体曲轴箱和镶铸球墨铸铁主轴承镶座的梯子形主轴承座框架底座的结构(图13)。除此之外,为了有利于进一步提高柴油发动机强度和刚度,有的乘用车柴油发动机还采用长的贯穿拉杆螺栓将汽缸盖、汽缸体曲轴箱和梯子形主轴承座框架底座一起整体式紧固的结构,所有的拉伸应力均由贯穿拉杆螺栓来承受,而使得铝合金的汽缸盖、汽缸体曲轴箱和底座始终处于受压应力的状态。另一方面,比灰铸铁强度更高的蠕墨铸铁也开始应用于制造乘用车柴油发动机的汽缸体曲轴箱,因应用这种高强度材料的汽缸体曲轴箱的壁厚可减小到3.5~3.0mm,再加上包括有限元在内的模拟计算的精准度越来越高,因此与铝合金汽缸体曲轴箱之间的重量差别越来越小,不仅用于乘用车柴油发动机,而且已有应用于高升功率汽油发动机的实例。

 

乘用车柴油发动机的零部件也环绕着小型化和轻量化目标向模块化和组合化方向发展。除了与上述汽油发动机类似的已提及的技术进步之外,装配式(组合式)凸轮轴(图14)在乘用车柴油发动机上的应用也越来越广泛,一方面有利于明显地减轻重量,另一方面凸轮片和中空心轴可以分别采用不同的更为合适的材料,充分发挥各种材料的特点,而且机械加工量大为减少,提高了材料的利用率,生产效率也较高。

 

表1列出了装配式凸轮轴与整体式凸轮轴的比较。装配式凸轮轴的凸轮片和中空心轴的连接方式大致有两种:齿形过盈连接(图15)和液压或滚压涨紧连接(图16)。

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