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国外内燃机车)20l0年第1期(总第4o9) 减排——对涡轮增压的新挑战 【瑞士】EnnioCodan，ChristophMathey 摘要：在今天的发动机开发中人们关注的主要焦点是如何满足未来排放法规的要求。这在很 大程度上取代了传统的发动机开发的推动因素，诸如功率密度、效率和成本，所有这些因素在整个 上世纪90年代 已取得重大改进。这个新的焦点 自然也对涡轮增压器制造商的开发工作有很大的 影响。因为有效压比的积极作用被进气门关闭提前所消化，所以在过去 10年中的开发工作已经导 致功率密度的提高稍有停滞。在已实施严格的低NOx排放法规的地区，众所周知的发动机效率和 低排放之间的折衷，常常需要喷射定时的延迟，这样就会导致发动机效率的损失。 预计在不久的将来还将存在进一步降低排放的压力。一个很重要的问题是：这将会阻碍功率 密度的进一步提高或针对高增压比水平而开展的开发工作将会充当发动机新一轮发展浪潮的推动 力吗?非常高的增压比水平打开了降低循环温度之门，在诸多降低缸 内温度的方法中，有一种特别 令人感兴趣的方法是采用Miller定时。较低的循环温度不仅可以减少发动机的NOx排放量 。而且 还可以改善发动机效率和功率密度。对增压空气进行明智的管理也是保证在每种发动机负荷下提 供适量空气的需要，并有助于对烟度和颗粒物排放量实行有效控制。 ABB涡轮增压器公司在该领域通过与发动机制造商、大学及其他研究机构进行合作，积极开 展了各项课题研究。研究结果表明，伴随着Miller方法、废气再循环、共轨或可变喷射压力、长行程 等诸多发动机新技术的应用，高压比涡轮增压(单级或多级)的潜力仍然是巨大的。 通常，单靠涡轮增压不可能解决所有问题。因此，本文客观地介绍未来实现高压比的多种方 案，以满足各种型式和用途发动机的需要。然而，用来评判某个解决方法的适用性的标准在每种情 况下都是一样的：低的排放 (NOx和颗粒物)，增强的工作能力，负荷响应和可靠性。所有这些都会 为环境、发动机制遣商、终端用户以及涡轮增压器制造商本身带来巨大益处。 关键词：高压涡轮增压 一级增压 二级增压 Miller循环 可变气门重叠 NOx减排 模 拟 试验 1 引言 2)涡轮增压器技术已经如此先进，以致更严 格的目标有可能通过多级涡轮增压来实现(图1)。 大型发动机的发展一直与涡轮增压器的发展 近年来，二级涡轮增压在汽车发动机和高速工 密切相关。压气机压比每前进一步都为增加发动 业发动机领域开始立足。在这些领域，排放要求已 机的平均有效力带来了一次新的机会。与此同时， 人们经常将一代涡轮增压器正在达到其性能极限 经 比大型发动机严格得多。 的迹象看作是开始研究另一种可能性——多级涡 ABB涡轮增压器公司早已开始了自己的环境 轮增压的一个信号。尽管刚开始的兴趣很高，但是 方面的研究，并积极支持与减排技术有关的研究开 迄今为止真正达到工业应用水平的研究成果几乎 发项 目。它所支持的第一个研究项 目是 “大型柴油 没有。在上世纪的最后 l0年中，这一形势发生了 机的减排”，其合作伙伴是 Wartsil~iCH公司，苏黎 变化，其主要原因是： 世 EidgenfissischeTechnischeHochschule公 司和 1)排放法规越来越影响着发动机开发，对空气 PaulScherrer研究所 j。该研究项 目的主要 目标是 压比的要求已不再是通常只满足增加功率的需要。 研究下列减排技术之间的相互