近日，康明斯和推進效率技術領先者圖拉技術公司（Tula Technology）在底特律舉行的汽車工程師學會全球年會上宣布，在康明斯X15節能版系列發電機（X15 HD Efficiency Series）上進行的柴油發電機動態停缸技術(dDSF™)項目，可有效降低NOx（氮氧化物）和CO?（二氧化碳）排放。

 

圖1 TULA動態跳火硬件結構示意圖

 

技術原理：

動態停缸技術是一種先進的氣缸停用控制策略，根據發動機的氣缸運行情況做出決策，在滿足扭矩要求的同時，節省燃油消耗并保持優異的性能。圖拉科技的Dynamic Skip Fire(DSF®）軟件已證明可顯著減少汽油發動機的CO?排放，自2018年投產以來，已在100多萬輛汽車上應用。dDSF是針對柴油發動機的動態停缸技術。

 

圖2 動態跳火硬件結構圖

停缸技術的優點：

降低發動機油耗：停缸是可變排量技術的一種方式，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出的有效功，是將不同排量發動機之間動力性比較的重要指標。

 

目前應用最廣泛的停缸技術大部分都依賴動態跳火技術（Dynamic Skip Fire）來實現。下圖為動態跳火技術示意圖，圖中綠色的線為扭矩需求線，為了應對不同的扭矩需求，對四個氣缸進行了動態跳火控制，其中紅色的缸為發火缸，灰色的缸表示停火缸，藍色的線表示發火脈沖間隔角。隨著扭矩的增加發火的缸數增加，發火脈沖間隔角變短。當扭矩需求為零或者是回饋制動工況時，沒有缸發火，稱為減速停缸。

 

圖3 動態跳火技術示意圖

仿真試驗：

通過精準校準的動力總成仿真工具，對低負載循環下系統運行和排放測定表明：與現有清潔柴油技術相比，該系統可減少74%NOx排放及5%的CO?排放。同時，與現有發電機技術和熱管理改進技術相比，dDSF可節省20%的燃油。dDSF是具有更好燃油經濟性，減少NOx排放的一項技術。
  

 

停缸密度定義為停止發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

 

康明斯前瞻技術中心總監Lisa Farrell表示：“在康明斯，我們不斷創新，致力于驅動世界前行，實現至美生活。圖拉的dDSF技術能顯著降低車輛低負荷運行時NOx和CO?的排放，助力我們生產更可靠、性能更優異的發電機，并滿足我們的環保目標。”
 

圖拉科技總裁兼首席執行官R.Scott Bailey表示：“柴油發電機的NOx排放標準正變得越來越嚴格，滿足這些標準越來越具挑戰。dDSF技術能幫助主機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生。我們很高興能有機會與康明斯一起合作。”

該項目于2019年年初啟動，目標是優化柴油機的汽缸停用策略，從而實現減排效益。通過該項目取得的進展有望幫助應對未來更嚴格的柴油發動機氮氧化物法規。該合作是在康明斯X15效率系列6缸柴油發動機上進行的，該發動機具有同級領先的燃油經濟性。聯合開發團隊對發動機系統進行了修改，以集成和利用Tula的動態停缸技術（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提出的低負荷循環中，dDSF技術的建模預測，在減少尾氣管氮氧化物（氮氧化物）排放的同時，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化排氣溫度控制來實現的，從而顯著提高了后處理系統的轉化效率。該技術通過改善燃燒和減少泵的工作，實現了二氧化碳的減少。此外，dDSF技術在改善尾氣排放的同時，還能降低油耗，從而進一步優化這些關鍵參數。

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