近日，康明斯和推進(jìn)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(huì)全球年會(huì)上宣布，在康明斯X15節(jié)能版系列發(fā)電機(jī)（X15 HD Efficiency Series）上進(jìn)行的柴油發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)停缸技術(shù)(dDSF™)項(xiàng)目，可有效降低NOx（氮氧化物）和CO?（二氧化碳）排放。

 

圖1 TULA動(dòng)態(tài)跳火硬件結(jié)構(gòu)示意圖

 

技術(shù)原理：

動(dòng)態(tài)停缸技術(shù)是一種先進(jìn)的氣缸停用控制策略，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸運(yùn)行情況做出決策，在滿足扭矩要求的同時(shí)，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(dòng)機(jī)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(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)停缸技術(shù)。

 

圖2 動(dòng)態(tài)跳火硬件結(jié)構(gòu)圖

停缸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：

降低發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)之間動(dòng)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(dòng)態(tài)跳火技術(shù)（Dynamic Skip Fire）來實(shí)現(xiàn)。下圖為動(dòng)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(duì)不同的扭矩需求，對(duì)四個(gè)氣缸進(jìn)行了動(dòng)態(tài)跳火控制，其中紅色的缸為發(fā)火缸，灰色的缸表示?；鸶祝{(lán)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(dòng)工況時(shí)，沒有缸發(fā)火，稱為減速停缸。

 

圖3 動(dòng)態(tài)跳火技術(shù)示意圖

仿真試驗(yàn)：

通過精準(zhǔn)校準(zhǔn)的動(dòng)力總成仿真工具，對(duì)低負(fù)載循環(huán)下系統(tǒng)運(yùn)行和排放測(cè)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(shí)，與現(xiàn)有發(fā)電機(jī)技術(shù)和熱管理改進(jìn)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(jì)性，減少NOx排放的一項(xiàng)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(duì)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(dá)43%。

 

圖4 缸密度對(duì)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(dòng)世界前行，實(shí)現(xiàn)至美生活。圖拉的dDSF技術(shù)能顯著降低車輛低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)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(jī)，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(jī)的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)正變得越來越嚴(yán)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(jī)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(jī)會(huì)與康明斯一起合作。”

該項(xiàng)目于2019年年初啟動(dòng)，目標(biāo)是優(yōu)化柴油機(jī)的汽缸停用策略，從而實(shí)現(xiàn)減排效益。通過該項(xiàng)目取得的進(jìn)展有望幫助應(yīng)對(duì)未來更嚴(yán)格的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)上進(jìn)行的，該發(fā)動(dòng)機(jī)具有同級(jí)領(lǐng)先的燃油經(jīng)濟(jì)性。聯(lián)合開發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了修改，以集成和利用Tula的動(dòng)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(huì)提出的低負(fù)荷循環(huán)中，dDSF技術(shù)的建模預(yù)測(cè)，在減少尾氣管氮氧化物（氮氧化物）排放的同時(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)，還能降低油耗，從而進(jìn)一步優(yōu)化這些關(guān)鍵參數(shù)。

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