WP7京V柴油机性能优化研究

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北京等城市提前实施国Ⅳ排放标准以来，发现城市公交车装用的选择性催化还原系统(SCR)在-些低速低温工况下不起作用，车用尿素溶液结晶等问题，导致车辆 NO 实际超标。专家分析主要是因为新车型式核准试验工况存在缺陷，对城市公交车(或城市车辆)的低温低速工况不具备代表性，使得企业开发机型时基本没有考虑低速低负荷的城市工况，导致城市车辆实际运行时 NO 排放超标。为了解决上述问题 ，北京提出了地方性法规京V，对城市车辆在现有标准基础上，追加-个更具代表性的测试循环，以解决城市车辆低速低温工况 NO 超标问题。根据现有研究成果，在发动机平均转速、平均功率、怠速时间、排气温度等方面，全球统-的重型发动机试验循环(WHTC)与目前实际城市车辆运行工况吻合较好，故将 WHTC测试循环作为新标准的试验工况。

为了满足北京的排放法规，进-步降低柴油机的有害物排放，作者开发并优化了WP7京V柴油机。

表1 柴油机主要技术参数直列、水冷、四冲程、 型式电控共轨、增压中冷气缸数 6缸径 ×行程 mm 108×l30活塞总排量 L 7.14压缩比 18：1标定功窖委/转速 kW/(r/min) 199/2100最大扭矩/转速 Nm/(r/rain) 1100/(1200～l700)作者简介：马雁(1979-)，女，山东潍坊人，研究生，主任工程师，主要研究方向为内燃机性能开发。

收稿日期：2013-03-152013年第 3期 马 雁 ，等： wP7京V柴油机性能优化研究(续表 1)2 开发方案目前 SCR系统已经成为-种必不可少的后处理手段，常用的钒基 SCR系统由于对燃油品质的要求低且价格相对便宜，在欧洲和中国得到了大量应用。但钒基 SCR系统在低温和高温时转化效果较差，特别是在发动机排温低于200。C时转化效率低，造成排放物增加。而城市公交车大部分处于低速低负荷的工况，排温较低，导致城市车辆实际运行时NO 排放超标，因此京 V排放增加了冷、热启动的WHTC测试循环，这对采用 SCR后处理系统路线的柴油机很有挑战性。特别是对于冷启动的 WHTC循环，只采用现有的 SCR后处理系统，过低的排气温度和SCR转化效率将不能满足法规要求。需要采用有效的手段来提高 NO 转化效率才能满足排放的要求。

在现有 SCR后处理系统基础上，提高转化效率最直接的方法是提高排温。提高排温的方法有很多种 ，进气加热、排气加热、进气节流或者改变喷油策略等。经过多方论证，认为采用进气节流阀是-种对现有发动机改动较孝结构简单且工作可靠的提高发动机排气温度的手段。在低速低负荷降低进气量，可以显著提高该工作区域的排气温度，同时采用改善后的 SCR后处理系统提高低温时转化效率；采用多次喷射燃烧技术优化燃油消耗率并降低燃烧噪声。该开发系统的原理图和连接关系见图1。

图 1 开 发系统原 理图2.1 进气节流阀WP7京V柴油机采用某公司的进气节流阀，安装在进气管上，通过控制进气节流阀的开度，控制进入柴油机的进气量，从而提高柴油机的排气温度。

控制系统采用 BOSCH公司 ECU，以实现对进气节流阀的控制。具体控制逻辑见图2。

AirCtlfaeEnvPresCorEOM0CUR图2 控制逻辑图2.2 低温 SCR系统wP7京V柴油机采用挤出式低温钒基催化剂。

采用气助式尿素喷射系统，此系统基于流量控制的带空气辅助喷射的尿素计量泵系统，其原理是控制计量泵柱塞往复运动的频率，在柱塞往复运动- 次供给还原剂量不变的情况下，还原剂供给量的大小与柱塞运动频率成正 比。因采用空气辅助喷射，有助于尿素液滴雾化和分散。

2.3 自动标定软件的应用为了快速、高效的完成各控制参数的优化，采用自动标定软件进行试验研究。此软件广泛应用于发动机标定及开发的统计学建模与方案优化如图3所示 。

2.4 多次喷射燃烧技术WP7京V柴油机采用 BOSCH电控高压共轨燃油喷射系统，最高同时能够实现5次喷射，分别为2次预喷、1次主喷、2次后喷，利用多次喷射可以获得更低的排放和噪声，但需要对多次脉冲的喷射定时、喷射油量等多个参数进行优化。多脉冲的引入使得内燃机与动力装置燃油经济性。

表2 排放试验结果NO PM 氨泄漏 试验循环g/(kW ·h) (kW ·h) ppmESC 0.96 0.013排放限值 2.0 0.02ETC 1.24 O.O26 5排放限值 2.0 0.03 25WHTC 2.02 0.026 9.7排放限值 2.5 0.03 25动机在冷启动和低速低负荷工况下 NO 排放量。

此时发动机的排气温度低，SCR箱转化效率低，为了提高转化效率，作者采用进气节流阀、低温性能更优越的 SCR箱和喷油策略，并通过 自动标定软件对进气节流阀开度、多脉冲控制参数等多个变量进行 了优化标定。优化后的试验结果表明，采用进气节流阀、低温 SCR催化系统和多次喷射策略等技术可以实现京V排放法规要求，且可以使发动机在中低转速时具有良好的燃油经济性。