近日，康明斯和推進效率技術(shù)領(lǐng)先者圖拉技術(shù)公司（Tula Technology）在底特律舉行的汽車工程師學(xué)會全球年會上宣布，在康明斯X15節(jié)能版系列發(fā)電機（X15 HD Efficiency Series）上進行的柴油發(fā)電機動態(tài)停缸技術(shù)(dDSF™)項目，可有效降低NOx（氮氧化物）和CO?（二氧化碳）排放。
圖1 TULA動態(tài)跳火硬件結(jié)構(gòu)示意圖
技術(shù)原理：
動態(tài)停缸技術(shù)是一種先進的氣缸停用控制策略，根據(jù)發(fā)動機的氣缸運行情況做出決策，在滿足扭矩要求的同時，節(jié)省燃油消耗并保持優(yōu)異的性能。圖拉科技的Dynamic Skip Fire(DSF®）軟件已證明可顯著減少汽油發(fā)動機的CO?排放，自2018年投產(chǎn)以來，已在100多萬輛汽車上應(yīng)用。dDSF是針對柴油發(fā)動機的動態(tài)停缸技術(shù)。
圖2 動態(tài)跳火硬件結(jié)構(gòu)圖
停缸技術(shù)的優(yōu)點：
降低發(fā)動機油耗：停缸是可變排量技術(shù)的一種方式，為了方便分析停缸前后不同有效排量之間的性能差別，需要使用平均有效壓力這一參數(shù)。平均有效壓力是指單位氣缸工作容積發(fā)出的有效功，是將不同排量發(fā)動機之間動力性比較的重要指標(biāo)。
目前應(yīng)用最廣泛的停缸技術(shù)大部分都依賴動態(tài)跳火技術(shù)（Dynamic Skip Fire）來實現(xiàn)。下圖為動態(tài)跳火技術(shù)示意圖，圖中綠色的線為扭矩需求線，為了應(yīng)對不同的扭矩需求，對四個氣缸進行了動態(tài)跳火控制，其中紅色的缸為發(fā)火缸，灰色的缸表示停火缸，藍色的線表示發(fā)火脈沖間隔角。隨著扭矩的增加發(fā)火的缸數(shù)增加，發(fā)火脈沖間隔角變短。當(dāng)扭矩需求為零或者是回饋制動工況時，沒有缸發(fā)火，稱為減速停缸。
圖3 動態(tài)跳火技術(shù)示意圖
仿真試驗：
通過精準(zhǔn)校準(zhǔn)的動力總成仿真工具，對低負載循環(huán)下系統(tǒng)運行和排放測定表明：與現(xiàn)有清潔柴油技術(shù)相比，該系統(tǒng)可減少74%NOx排放及5%的CO?排放。同時，與現(xiàn)有發(fā)電機技術(shù)和熱管理改進技術(shù)相比，dDSF可節(jié)省20%的燃油。dDSF是具有更好燃油經(jīng)濟性，減少NOx排放的一項技術(shù)。
停缸密度定義為停止發(fā)火的缸數(shù)與總缸數(shù)的比值。下圖為停缸密度對渦后溫度的影響，從圖中可以看出，隨著停缸數(shù)量的增加，渦后溫度逐漸升高，轉(zhuǎn)速越高渦后溫度的增幅越大，最高可達43%。
圖4 缸密度對渦后溫度的影響
康明斯前瞻技術(shù)中心總監(jiān)Lisa Farrell表示：“在康明斯，我們不斷創(chuàng)新，致力于驅(qū)動世界前行，實現(xiàn)至美生活。圖拉的dDSF技術(shù)能顯著降低車輛低負荷運行時NOx和CO?的排放，助力我們生產(chǎn)更可靠、性能更優(yōu)異的發(fā)電機，并滿足我們的環(huán)保目標(biāo)。”
圖拉科技總裁兼首席執(zhí)行官R.Scott Bailey表示：“柴油發(fā)電機的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)正變得越來越嚴格，滿足這些標(biāo)準(zhǔn)越來越具挑戰(zhàn)。dDSF技術(shù)能幫助主機廠顯著減少造成煙霧的NOx排放，并減少燃料消耗和溫室氣體的產(chǎn)生。我們很高興能有機會與康明斯一起合作。”
該項目于2019年年初啟動，目標(biāo)是優(yōu)化柴油機的汽缸停用策略，從而實現(xiàn)減排效益。通過該項目取得的進展有望幫助應(yīng)對未來更嚴格的柴油發(fā)動機氮氧化物法規(guī)。該合作是在康明斯X15效率系列6缸柴油發(fā)動機上進行的，該發(fā)動機具有同級領(lǐng)先的燃油經(jīng)濟性。聯(lián)合開發(fā)團隊對發(fā)動機系統(tǒng)進行了修改，以集成和利用Tula的動態(tài)停缸技術(shù)（DSF®）控制算法，在氣缸事件的基礎(chǔ)上命令燃燒或停用。在加州空氣資源委員會提出的低負荷循環(huán)中，dDSF技術(shù)的建模預(yù)測，在減少尾氣管氮氧化物（氮氧化物）排放的同時，還能減少二氧化碳（二氧化碳）。
尾氣管氮氧化物的減少主要是通過優(yōu)化排氣溫度控制來實現(xiàn)的，從而顯著提高了后處理系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率。該技術(shù)通過改善燃燒和減少泵的工作，實現(xiàn)了二氧化碳的減少。此外，dDSF技術(shù)在改善尾氣排放的同時，還能降低油耗，從而進一步優(yōu)化這些關(guān)鍵參數(shù)。
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