重型貨車(chē)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

重型貨車(chē)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),重型,貨車(chē),氣壓,制動(dòng),系統(tǒng),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 附錄A柴油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展和耐久性先進(jìn)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和后處理技術(shù)的發(fā)展，2級(jí)排放。Rakesh Aneja 底特律柴油機(jī)公司Brian Bolton 底特律柴油機(jī)公司Adedejo Bukky Oladipo 底特律柴油機(jī)公司Zornitza Pavlova MacKinnon， 底特律柴油機(jī)公司Amr Radwan 底特律柴油機(jī)公司【摘要】先進(jìn)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和后處理技術(shù)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)并用于多種發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車(chē)平臺(tái)。2級(jí)（ 2007年及以后）排放標(biāo)準(zhǔn)已說(shuō)明了輕型載貨汽車(chē)在FTP-75協(xié)議一次測(cè)試循環(huán)超過(guò)了車(chē)輛底盤(pán)式功率機(jī)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在得到了這些低尾氣排放水平的 同時(shí)又保留了燃油經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。通過(guò)將原型后處理系統(tǒng)與先進(jìn)的燃燒方式（潔凈燃燒）結(jié)合，性能和排放取得了不少成果。潔凈燃燒在綜合處理之后控制部分種類(lèi)廢氣，同時(shí)達(dá)到氮氧化物和PM降低的目的。啟用引擎的分析工具能夠使子系統(tǒng)發(fā)展和系統(tǒng)整合。實(shí)驗(yàn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)方法，利用各種設(shè)施，以簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)的最終解決方案，包括利用穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)機(jī)的測(cè)試床，模擬底盤(pán)機(jī)的測(cè)試周期。【關(guān)鍵詞】：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)， 2級(jí)，SCR，后處理，排放，燃燒【引言】在20世紀(jì)90年代后期，燃料的使用預(yù)測(cè)是為未來(lái)運(yùn)輸需求而準(zhǔn)備的。展望未來(lái)，能源使用其中汽車(chē)被證明是相當(dāng)穩(wěn)定，前景從2000至2020年，而第三類(lèi)通過(guò)第8類(lèi)車(chē)（重型車(chē)輛）被預(yù)測(cè)在這20年時(shí)間里將有微弱的增長(zhǎng)。然而，一個(gè)明顯的增長(zhǎng)主要出現(xiàn)在第1類(lèi)至第2類(lèi)車(chē)（皮卡，面包車(chē)和多功能車(chē)）。在某些情況下，這些都是用在商業(yè)上，但是增加的主要部分的來(lái)源被認(rèn)為是客車(chē)市場(chǎng)用于個(gè)人的運(yùn)輸。隨著這一類(lèi)汽車(chē)使用的增加，能源的使用也會(huì)日益增長(zhǎng)，從而抬高了能源的使用總量，每天會(huì)有數(shù)百萬(wàn)桶的原油消費(fèi)，從20世紀(jì)90年代后期的大約800萬(wàn)桶增加至2020年的1200-1300萬(wàn)桶 1,2 。如圖1所示。按照預(yù)測(cè)，到那時(shí)汽車(chē)的柴油機(jī)使用率，其中第一類(lèi)及第二類(lèi)輕型卡車(chē)的柴油機(jī)使用率在美國(guó)的交通能源的使用中將有顯著的減少。 然而，很多人質(zhì)疑柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力，實(shí)行次級(jí)排放的能力是否會(huì)影響其可行性。而那些認(rèn)為可以克服排放的障礙的人又質(zhì)疑所有的氮氧化物減排技術(shù)應(yīng)用和燃油效率得到降低之后，燃料經(jīng)濟(jì)性的改進(jìn)將是怎樣。相對(duì)這個(gè)問(wèn)題的回答，一系列與能源部的合作項(xiàng)目已經(jīng)開(kāi)展，包括DELTA計(jì)劃以及后來(lái)的底特律柴油公司的LEADER計(jì)劃。研究達(dá)到次級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)可行性及對(duì)燃料經(jīng)濟(jì)性可能產(chǎn)生的影響是這些項(xiàng)目與計(jì)劃的目的。底特律柴油公司所采用的方案是一套綜合分析和實(shí)驗(yàn)方法，該方案利用這個(gè)項(xiàng)目早期階段的模擬來(lái)發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和策略發(fā)展需要的觀念。圖1 ： 柴油汽車(chē)的使用，使美國(guó)運(yùn)輸能源使用明顯減少。方法及結(jié)果用適中有效的方法把控制系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)綜合在一起，這種方法使得在保持柴油機(jī)對(duì)汽油機(jī)固有的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的總體排放特性也有明顯的提升。最初，更多的仿真設(shè)計(jì)指引著人們?nèi)ピO(shè)計(jì)一個(gè)清潔的單缸引擎。這個(gè)模型，以實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)以及做好穩(wěn)定狀態(tài)模態(tài)的發(fā)展，并得到了驗(yàn)證。這方面的努力使該模型變得適用并且使得在穩(wěn)定模式下的工作有質(zhì)量保證。如果這種實(shí)驗(yàn)得到校準(zhǔn)和完善，引擎工況水平穩(wěn)定，它將被用于預(yù)測(cè)瞬時(shí)的引擎工作性能，又仍處在穩(wěn)定狀態(tài)類(lèi)型中。與分析工具結(jié)合在高度被控制的一種穩(wěn)定的狀態(tài)測(cè)試，然后再在一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)中測(cè)試運(yùn)行。這就找到如何在進(jìn)氣系統(tǒng)，EGR系統(tǒng)和提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的燃燒系統(tǒng)之間找到平衡的關(guān)鍵答案。 隨著穩(wěn)定狀態(tài)的發(fā)展，這些數(shù)據(jù)和理論被暫態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功計(jì)驗(yàn)證，這個(gè)測(cè)功機(jī)位于發(fā)動(dòng)機(jī)能夠進(jìn)行暫態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)型工作的位置。同時(shí)，車(chē)輛綜合在預(yù)報(bào)和車(chē)輛噴射類(lèi)型的的推動(dòng)的周期，例如聯(lián)邦城市的驅(qū)車(chē)周期，F(xiàn)TP-75，US06，而公路燃料經(jīng)濟(jì)測(cè)試方式被編入瞬時(shí)的引擎測(cè)力計(jì)。這些可以在一個(gè)非?？刂圃O(shè)置下運(yùn)行，從而允許為控制系統(tǒng)和校準(zhǔn)得到改進(jìn)。 隨著馬力測(cè)力計(jì)系統(tǒng)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)被用來(lái)帶動(dòng)一系列商用輕型卡車(chē)：道奇杜蘭戈，道奇Dakota ，還有世界第1類(lèi)戴姆勒克萊斯勒霓虹客車(chē)，并且部分驗(yàn)證控制系統(tǒng)發(fā)展校準(zhǔn)已制定。這種車(chē)輛綜合后，再往回到仿真領(lǐng)域中發(fā)展高保真控制系統(tǒng)和校準(zhǔn)發(fā)展。這是一條線(xiàn)索，通過(guò)一個(gè)迭代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)動(dòng)機(jī)和后處理的發(fā)展。至于第二，第三和第四次迭代，通過(guò)這樣的循環(huán)，后處理日益一體化。圖2 ：DAKOTA輕型卡車(chē)平臺(tái)如圖2所示，該計(jì)劃中使用的平臺(tái)為第2級(jí)示范的，是戴姆勒克萊斯勒道奇Dakota輕型卡車(chē)平臺(tái)。這平臺(tái)搭載的是一臺(tái)加強(qiáng)4升V6發(fā)動(dòng)機(jī) 3,4 。這種發(fā)動(dòng)機(jī)采用可變幾何渦輪充增壓，共軌燃油噴射，獨(dú)特的高壓力回路，冷卻EGR系統(tǒng)，創(chuàng)造了235馬力，4000 rpm優(yōu)越性能表現(xiàn)，并在2002年展示，并參加了2002年在圣迭戈的乘坐和駕駛展示。在項(xiàng)目早期，一個(gè)綜合性的減排路線(xiàn)被開(kāi)發(fā)為輕型卡車(chē)和SUV的平臺(tái)，如圖3所示。它是基于FTP - 75廢氣排放性，并它在兩個(gè)領(lǐng)域得以體現(xiàn)。第一個(gè)領(lǐng)域是利用引擎控制策略和先進(jìn)的清潔燃燒方式確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)的排放。這個(gè)項(xiàng)目專(zhuān)利性和先進(jìn)性的燃燒技術(shù)在顯著減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放的同時(shí)，對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性有重大的影響，事實(shí)上，對(duì)瞬態(tài)燃油經(jīng)濟(jì)性有比較大的影響。圖3 ：輕型卡車(chē)/越野車(chē)平臺(tái)綜合排放削減路線(xiàn)如果這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)外排放是確定的，那么第二個(gè)目標(biāo)就確定了：這個(gè)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略的綜合性是通過(guò)排氣管排放通過(guò)后處理顯示出來(lái)的。發(fā)動(dòng)機(jī)外排放的目標(biāo)是在第2級(jí)10個(gè)等級(jí)，然后逐年下降非常接近第2級(jí)的9級(jí)水平，這是有針對(duì)性的，其最終目標(biāo)是達(dá)到2級(jí)的5級(jí)的最終的目標(biāo)。在2002DEER會(huì)議5，初步的結(jié)果被顯示發(fā)動(dòng)機(jī)在第2級(jí)的10水平且沒(méi)有后處理的外排放 。這有重要意義，因?yàn)樗谌〉昧朔浅５偷陌l(fā)動(dòng)機(jī)排放的同時(shí)保持了非常高的燃油經(jīng)濟(jì)性，比以汽油機(jī)作動(dòng)力的車(chē)高出50%。加入催化的煙塵過(guò)濾器，尿素為基礎(chǔ)的可控硅技術(shù)和相關(guān)的管制措施，氮氧化物和粉塵減少，并且在FTP-75無(wú)任何氨滑移的情況下實(shí)現(xiàn)第2級(jí)6水平的排放。同汽油機(jī)相比，這種排放效益要高45%。自2002年DEER會(huì)議以來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)外排放有了很大的提高，如圖4所示。非常接近第2級(jí)9水平的排放，在沒(méi)有活躍的氮氧化物后處理情況下實(shí)現(xiàn)。氮氧化物的 0.3克每英里很低的微粒。這超過(guò)了在初期階段的計(jì)劃路線(xiàn)確立的目標(biāo)。通過(guò)以SCR技術(shù)為基礎(chǔ)添加到發(fā)動(dòng)機(jī)中，F(xiàn)TP-75實(shí)現(xiàn)了第2類(lèi)第3級(jí)排放 ，同時(shí)與汽油機(jī)相比，燃油效益高出40%。再次，這些排放水平是在FPT-5周期無(wú)任何氨滑移的情況下取得的。此外， US06水平也是第2級(jí)排放水平在利用催化的煙塵過(guò)濾器和以汽油為基礎(chǔ)的SCR技術(shù)的情況下取得的。圖4 ： NOx還原經(jīng)燃燒和后處理發(fā)展輕型卡車(chē)/越野車(chē)平臺(tái)將氮氧化物減少原因的歸類(lèi)，可分為由于燃燒或者發(fā)動(dòng)機(jī)不同，以及通過(guò)比較FTP-75汽車(chē)的外氮氧化物排放量和FTP-75發(fā)動(dòng)機(jī)的外排放量對(duì)后處理綜合性能的影響是用以顯示這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)的好處一種方法。在FTP-75放入循環(huán)中，后處理效率通常在80%-95%。對(duì)于低溫的FTP-75循環(huán)來(lái)說(shuō)，這些是相當(dāng)高水平的氮氧化物減少量。這個(gè)項(xiàng)目顯示，去年，通過(guò)進(jìn)一步利用清潔燃燒技術(shù)，提升檢查和控制策略，發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化物外排量有了顯著的降低。發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化物外排量減少了一半以上。而且，F(xiàn)TP-75循環(huán)氮氧化物排放減少技術(shù)有意義的提高表現(xiàn)在從去年的85%上升到今年的90%。這是通過(guò)充分開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)和先進(jìn)的復(fù)合模式燃燒的潛能實(shí)現(xiàn)的。這些充分表現(xiàn)了先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)和后處理綜合技術(shù)，這些是這些技術(shù)和項(xiàng)目?jī)?nèi)在的要求，尤其當(dāng)你考慮從模擬反復(fù)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)穩(wěn)態(tài)，瞬態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)，最終到達(dá)汽車(chē)使用階段。我們經(jīng)歷的那種循環(huán)越多，我們就越能通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制和先進(jìn)的潛能將后處理與發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合。圖5 ： NOx還原經(jīng)燃燒和后處理的發(fā)展輕型卡車(chē)/越野車(chē)平臺(tái)而實(shí)現(xiàn)第二級(jí)，尤其當(dāng)破壞傳統(tǒng)的NOx折衷方案曲線(xiàn)時(shí)，找出這種氮氧化物權(quán)衡曲線(xiàn)仍然停留在上述每個(gè)單獨(dú)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)顯得很重要。氮氧化物/燃油經(jīng)濟(jì)性權(quán)衡曲線(xiàn)仍然以同樣的方式存在。我們可以在曲線(xiàn)上標(biāo)出氮氧化物從7級(jí)到3級(jí)的變化情況，以顯示出：當(dāng)?shù)趸餃p少時(shí)FTP-75的燃油經(jīng)濟(jì)性也減少到同樣的水平。內(nèi)在的燃油經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇潛力的確認(rèn)是很重要的。在發(fā)展思路的每一步，燃油經(jīng)濟(jì)性下降的原因都被確認(rèn)，并且記錄在下面的循環(huán)中。因此，對(duì)于2002年第2級(jí)6級(jí)水平，F(xiàn)TP - 75 的燃油經(jīng)濟(jì)性為：輕型卡車(chē)每加侖行駛20英里。在2003年，雖然我們有燃油經(jīng)濟(jì)性和氮氧化物的綜合，但我們現(xiàn)在可以在沒(méi)加侖同樣里程數(shù)的情況下達(dá)到第2類(lèi)第5級(jí)的水平。這表明在同樣的燃油經(jīng)濟(jì)性條件下，氮氧化物的排放量比以前減少了55%。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果我們保持相同的氮氧化物，以2003年確定的排放標(biāo)準(zhǔn)，燃油經(jīng)濟(jì)性可以增長(zhǎng)到?jīng)]加侖行駛20.5英里?；蛘?，我們可以將氮氧化物的排放量有效的減少到第2類(lèi)第3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，這相當(dāng)于在燃油經(jīng)濟(jì)性減少最少的基礎(chǔ)上將氮氧化物排放量減少了70%以上。有這樣一個(gè)信息：經(jīng)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)不斷的發(fā)展，燃油經(jīng)濟(jì)性不斷的提高，因此進(jìn)一步減少氮氧化物的排放量不會(huì)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生多大不利的影響。如果我們把乘用車(chē)平臺(tái)作比較，這些結(jié)果可以被進(jìn)一步說(shuō)明，前面的結(jié)果已經(jīng)有所呈現(xiàn)。我們有和輕卡相類(lèi)似的路線(xiàn)圖，區(qū)分兩種體制：一種是發(fā)動(dòng)機(jī)具有氮氧化物外排和FTP-75粉末的，另一種是與瞄準(zhǔn)第2類(lèi)第5級(jí)的后處理系統(tǒng)相結(jié)合的。在這種情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)外輪廓在沒(méi)有后處理的情況下被提煉到一個(gè)更加清潔的水平：氮氧化物0.4g/mi和0.5g/mi。通過(guò)一個(gè)煙塵催化過(guò)濾器，F(xiàn)PT-75在沒(méi)有任何氮氧化物后處理的情況下實(shí)現(xiàn)了第2類(lèi)第8級(jí)水平。以尿素為基礎(chǔ)的SCR技術(shù)的應(yīng)用減少了V，并且氮氧化物和微粒達(dá)到第2類(lèi)第3級(jí)水平，同時(shí)不存在氨滑移。這些結(jié)果顯示在表6中。隨著發(fā)展思路的提升這個(gè)項(xiàng)目顯示了燃油經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生的重大進(jìn)步，同時(shí)在燃油經(jīng)濟(jì)性不受損害的情況下氮氧化物排放量有初步降低。第2類(lèi)第5級(jí)結(jié)果是在67mpg的混合經(jīng)濟(jì)，這是FTP-75和高速路燃油經(jīng)濟(jì)的結(jié)合。這清晰的顯示出當(dāng)利用合成分析和實(shí)驗(yàn)方法時(shí)，燃油經(jīng)濟(jì)如何得以提高。圖6 ：客運(yùn)車(chē)平臺(tái)的綜合排放削減路線(xiàn)總結(jié)和結(jié)論總之，這個(gè)項(xiàng)目利用綜合柴油機(jī)和具有含SCR系統(tǒng)的催化過(guò)濾器后處理及技術(shù)來(lái)說(shuō)明輕卡SUV和乘用車(chē)平臺(tái)的第2類(lèi)第3級(jí)排放。第2類(lèi)用來(lái)說(shuō)明超過(guò)US06循環(huán)的輕卡平臺(tái)和FTP-75結(jié)果。用同樣的汽車(chē)做測(cè)試，這比輕型汽油機(jī)卡車(chē)高出41%的燃油經(jīng)濟(jì)性。排放量的減少首先歸功于先進(jìn)的燃燒技術(shù)，并且通過(guò)在沒(méi)有活躍的氮氧化物后處理的情況下實(shí)現(xiàn)第9級(jí)氮氧化物排放和PM水平實(shí)現(xiàn)的。尿素噴射控制策略是取得良好排放的首要原因，它在最大程度減小氨滑移的同時(shí)最大程度的減小了氮氧化物排放量。同時(shí)，總的來(lái)說(shuō)，短時(shí)間內(nèi)輕卡和乘用車(chē)實(shí)現(xiàn)第2類(lèi)第3級(jí)排放的核心原因是綜合測(cè)試和分析的發(fā)展策略?？紤]到司機(jī)們都看重一項(xiàng)技術(shù)的商業(yè)潛能，要求發(fā)動(dòng)機(jī)后處理綜合來(lái)降低后處理系統(tǒng)的復(fù)雜性就必須使這項(xiàng)技術(shù)有更大范圍的實(shí)用性。該項(xiàng)目發(fā)展的一個(gè)重大障礙是考慮到復(fù)合模式的燃燒策略，并且把尿素還原劑噴射策略和過(guò)濾器換代策略融合在一個(gè)ECU中，我們需要精密的控制技術(shù)。這是我們需要一些必須的例如在15PPM水平以下的少硫燃料和SCR尿素還原劑。我們相信能在關(guān)鍵工作領(lǐng)域用尿素還原劑，而這又將為輕工作的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。我們需要重點(diǎn)考慮的是第2類(lèi)水平和測(cè)量技術(shù)的排放多樣性，后處理的有效壽命和設(shè)備多樣性，以及在預(yù)言長(zhǎng)期排放中這兩者的結(jié)合起著重要作用。處理低排放發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)果時(shí)數(shù)據(jù)分析是很必要的。最后，因資源有限，高風(fēng)險(xiǎn)和短期性，綜合分析和實(shí)驗(yàn)方法有著重要有用，是絕對(duì)必要的。其最關(guān)鍵的是基礎(chǔ)的動(dòng)力數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼘⑦@些數(shù)據(jù)與理論結(jié)合，并且將發(fā)動(dòng)機(jī)與后處理技術(shù)結(jié)合。因此，暫態(tài)時(shí)的后處理設(shè)備對(duì)整合設(shè)備和進(jìn)一步簡(jiǎn)化它們起著重要作用。致謝我們真誠(chéng)地感謝FreedomCar汽車(chē)技術(shù)研究室，以及DDC輕卡項(xiàng)目主任John Fairbanks和DDC后處理項(xiàng)目主任Ken Howden的支持。附錄B