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(chē)工程師學(xué)會(huì )全球年會(huì )上宣布，在康明斯X15節能版系列發(fā)電機（X15 HD Efficiency Series）上進(jìn)行的柴油發(fā)電機動(dòng)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(dòng)態(tài)跳火硬件結構示意圖

 

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，根據發(fā)動(dòng)機的氣缸運行情況做出決策，在滿(mǎn)足扭矩要求的同時(shí)，節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(zhù)減少汽油發(fā)動(dòng)機的CO?排放，自2018年投產(chǎn)以來(lái)，已在100多萬(wàn)輛汽車(chē)上應用。dDSF是針對柴油發(fā)動(dòng)機的動(dòng)態(tài)停缸技術(shù)。

 

圖2 動(dòng)態(tài)跳火硬件結構圖

停缸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：

降低發(fā)動(dòng)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。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)機之間動(dòng)力性比較的重要指標。

 

目前應用最廣泛的停缸技術(shù)大部分都依賴(lài)動(dòng)態(tài)跳火技術(shù)（Dynamic Skip Fire）來(lái)實(shí)現。下圖為動(dòng)態(tài)跳火技術(shù)示意圖，圖中綠色的線(xiàn)為扭矩需求線(xiàn)，為了應對不同的扭矩需求，對四個(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?，藍色的線(xiàn)表示發(fā)火脈沖間隔角。隨著(zhù)扭矩的增加發(fā)火的缸數增加，發(fā)火脈沖間隔角變短。當扭矩需求為零或者是回饋制動(dòng)工況時(shí)，沒(méi)有缸發(fā)火，稱(chēng)為減速停缸。

 

圖3 動(dòng)態(tài)跳火技術(shù)示意圖

仿真試驗：

通過(guò)精準校準的動(dòng)力總成仿真工具，對低負載循環(huán)下系統運行和排放測定表明：與現有清潔柴油技術(shù)相比，該系統可減少74%NOx排放及5%的CO?排放。同時(shí)，與現有發(fā)電機技術(shù)和熱管理改進(jìn)技術(shù)相比，dDSF可節省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)火的缸數與總缸數的比值。下圖為停缸密度對渦后溫度的影響，從圖中可以看出，隨著(zhù)停缸數量的增加，渦后溫度逐漸升高，轉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Lisa Farrell表示：“在康明斯，我們不斷創(chuàng )新，致力于驅動(dòng)世界前行，實(shí)現至美生活。圖拉的dDSF技術(shù)能顯著(zhù)降低車(chē)輛低負荷運行時(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，并滿(mǎn)足我們的環(huán)保目標。”
 

圖拉科技總裁兼首席執行官R.Scott Bailey表示：“柴油發(fā)電機的NOx排放標準正變得越來(lái)越嚴格，滿(mǎn)足這些標準越來(lái)越具挑戰。dDSF技術(shù)能幫助主機廠(chǎng)顯著(zhù)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(huì )與康明斯一起合作。”

該項目于2019年年初啟動(dòng)，目標是優(yōu)化柴油機的汽缸停用策略，從而實(shí)現減排效益。通過(guò)該項目取得的進(jìn)展有望幫助應對未來(lái)更嚴格的柴油發(fā)動(dòng)機氮氧化物法規。該合作是在康明斯X15效率系列6缸柴油發(fā)動(dòng)機上進(jìn)行的，該發(fā)動(dòng)機具有同級領(lǐng)先的燃油經(jīng)濟性。聯(lián)合開(kāi)發(fā)團隊對發(fā)動(dòng)機系統進(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，在氣缸事件的基礎上命令燃燒或停用。在加州空氣資源委員會(huì )提出的低負荷循環(huán)中，dDSF技術(shù)的建模預測，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(guò)優(yōu)化排氣溫度控制來(lái)實(shí)現的，從而顯著(zhù)提高了后處理系統的轉化效率。該技術(shù)通過(guò)改善燃燒和減少泵的工作，實(shí)現了二氧化碳的減少。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。

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