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10吨吊车新型Quon车用大型柴油机与动力传动系统的开发

作者:12吨吊车厂 来源:汽车吊技术资料2018-04-30 09:00


相比于传统型可变喷嘴涡轮增压器,新发动机采用了VGT(图6)。滑动叶轮利用电子执行器工作。另外,该VGT具有排气闸门的功能和作为排气制动的功能。


3.7 机械式电子控制变速装置(ESCOT)

相比于共轨系统,这次采用的喷油泵-喷油器系统在燃油喷射初期可进行平稳的喷射,抑制急剧的预混合燃烧,并可抑制氮氧化物(NOx)的生成。图4为喷射波形。另外,8吨吊车价格>,由于最大喷油压力由200 MPa提高到240 MPa,使发动机具有通过降低颗粒物(PM)排放来提高燃烧效率,从而改善燃油经济性的潜力。

6NO2+8NH3→7N2+12H2O       (2)

3.7.4 加速限制

为满足后新长期排放法规要求及实现低燃油耗,采用了喷油泵-喷油器组合、大容量EGR冷却器、高效率高增压可变几何截面涡轮增压器(VGT)、UDPC、碳氢化合物后处理喷射装置(AHI),并利用电子控制实现了发动机控制最佳化。由此,降低了摩擦,提高了发动机的有效热效率。

加速限制功能可限制发动机旋转的加速度,即便猛踩加速踏板,车辆也不会过分急剧地加速,而是进行燃油经济性良好的缓慢加速。由此,10吨吊车,不受司机的驾驶技术影响,均能恒定地加速,可以实现低燃油耗运转。这种加速限制功能在改变指令使用时,可获得必要的加速度。

为实现更高的环境性、燃油经济性和动力性,新发动机在小排量、低转速回转区域的进行了大扭矩化、高输出功率化的研发。表1列出了GH11发动机的主要技术规格。

3.8.1 带尿素喷射SCR 系统

ESCOT循环运行功能利用车辆的惯性运行。自动巡航行驶及经济型驱动模式行驶时,利用惯性运行,并自动地使档位移动位置处于空档。由于控制速度降低,可抑制再加速时燃油耗的增加,由此可以实现低燃油耗运行。图10示出了ESCOT循环运行功能。

3.8.3 UDPC

3.5 低摩擦油环及缸套的应用


由安装在发动机上的控制单元预测NOx排放量,由此选择恰当的尿素添加量,避免过量的尿素溶液添加,可降低尿素溶液消耗量。

上文介绍了动力传动系统的主要技术项目,使用这些技术有利于降低排放燃油耗。针对现行车辆执行的日本新长期排放法规,NOx排放不超过2.0 g/(kW·h),PM 排放不超过0.02 g/(kW·h),利用燃油的超高压喷射以降低PM排放,优化气体流量控制最配备大容量冷却器的EGR系统,并与VGT适当地结合起来,同时优化了机械式电子控制变速装置和驱动系燃油耗,实现了发动机燃油耗及NOx排放的降低。利用带尿素喷射的SCR系统及UDPC以降低NOx和PM排放,能够具有裕度地满足日本后新长期排放法规要求,NOx排放不超过0.7 g/(kW·h),PM排放不超过0.010 g/(kW·h)。

新型Quon卡车上配装了新开发的GH11发动机。该发动机采用了组合环境技术UD颗粒捕集器(UDPC),以及带尿素喷射的选择性催化还原系统(SCR),满足2009年日本的排放法规(后新长期排放法规),也满足2015年大型车燃油耗标准。另外,得益于机械式电子控制变速装置(ESCOT)等驱动系统的优化,具有实现下一代卡车环境性能与经济性能的潜力。


图11为排气后处理装置。2004年,UD卡车公司对世界上首款在卡车上实用化的带尿素喷射SCR催化器加以改良,同时,优化尿素溶液的添加策略,以提高NOx净化效率。另外,采用了UDPC以有效地除去PM。


3.7.2 ESCOT循环运行功能

表2 油环张力的降低量

表1 GH11发动机主要技术规格

缸套减小比例/%RPK17RK20RVK21

以改善燃油经济性为目的,对动力传动系统进行了优化。采用了高速传动以减小变速器的旋转阻力,以此改善燃油耗。为提高操作性,稍调整了低速齿轮组的齿轮比。

摘要:日本UD卡车公司对Quon卡车进行了改款,配装了新开发的GH11发动机。该大型柴油机运用了众多新技术以降低排放与燃油耗,如利用燃油的超高压喷射以降低颗粒物排放,采用大容量废气再循环冷却器及机械电子控制变速装置,并优化了驱动系统。着重介绍了新型发动机技术规格与动力传动系统概况。


自动巡航即以恒定车速行驶,在高速公路上可以实现良好的燃油经济性。配装了ESCOT的车辆,根据发动机负荷选择最佳档位定时,采用平稳加速的柔性巡航功能,由此避免过高的燃油耗,以改善燃油耗经济性。




近年来,为抑制温室气体排放,迫切需求改善发动机的燃油经济性。UD卡车公司为改善燃油耗的同时针对提高车辆操控性等市场需求,对Quon卡车进行了改款(图1)。

图10 ESCOT循环运行功能

下面介绍新型Quon上配装的动力传动系统的概况。发动机外观图和ESCOT外观图分别如图2和图3所示。

图1 Quon卡车


另外,发动机实现了完全电子控制化,并完善了发动机细节技术以降低摩擦等。经验证,发动机可满足日本2015年大型车燃油耗法规要求(部分车型除外),实现了较高的环境性能和经济性能。

本文介绍了新型“Quon”卡车上配装的动力传动系统采用的技术。柴油机应面向环境问题进行先进技术的开发,同时进一步提高经济性。这款新型Quon卡车以UD卡车公司原有技术为基础,采用了新技术,具有满足下一代卡车用发动机需求的潜力。为满足今后越来越严苛的环境法规要求,应持续地开展技术创新。

3.7.1 柔性巡航功能

3 采用的技术

3.7.3 动力传动系统的最佳化

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O    (3)

对新发动机进行了小排量化改进,由于增加低速旋转工况下的扭矩,从而改善了运转性能。图7表示行驶性能曲线。由于提高了低速旋转工况的扭矩,即便在低车速时也无需降低变速档位,相比于原车型可在更陡的坡道上行驶。


4 大型发动机和动力传动系统的开发

为了辅助堆积在UDPC上的PM再生,在涡轮出口后方增加AHI。缸内喷射方式是在气缸内添加燃料,而不是在活塞的燃烧室,有可能导致燃油稀释发动机油,而AHI向排气管直接喷射燃油,燃油不会对机油产生稀释。结果表明,相比缸内喷射方式,AHI可以延长机油更换周期。

3.8.2 尿素喷射量控制

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O    (1)

图5表示EGR系统。为达到最佳的燃烧温度以控制和降低NOx排放,采用了大容量的冷却EGR系统。为了利用排气脉动以提高涡轮效率,在高温侧布置了EGR阀。另外,利用文丘里流量计高精度地进行EGR气体流量的测量,根据反馈控制EGR气体的流量,有效降低排放。

该发动机运用了UD卡车公司及Volvo的先进技术,结合优异的基本性能与日本精细的品质技术。Volvo 公司的全球性标准发动机符合欧洲、北美地区的需求,其设计时假定城市间的移动为长距离且以恒定速度行驶。相比之下,日本行驶工况的起步、停车多,在低速工况区域的运转多。因此,在低速工况下可能需要适当提高排气温度。图9为试验的工况的比较。

3.8 排气后处理装置

图4 喷射波形


带尿素喷射SCR系统,以浓度32.5%的尿素溶液作为还原剂,向SCR催化器上游的排气中喷射。尿素溶液分解产生的NH3与NOx反应,将NOx转换为无害的N2与H2O。

图2 GH11发动机外观

日本国内的行驶中,低速、低负荷工况运转较多,排气温度低,要求SCR系统在低温下具有较高的NOx净化率。NOx还原反应可用式(1)~(3)表示。其中NO∶NO2体积比为1∶1的反应式(3)的反应速度最快,为提高低温下的净化率,应尽量在催化器内发生该反应。


图3 ESCOT外观

图9 认证试验工况比较

3.1 喷油泵-喷油器

对2004年的技术,将位于SCR系统前的氧化催化器(DOC)进行改良,优化流入SCR催化器的NO/NO2比例,以提高低温区域的NOx净化率,在JEO5工况下可获得更高的NOx净化率。


3.6 符合于日本的发动机的技术应用


提高最大燃烧喷射压力以降低PM排放,同时用UDPC捕集发动机侧未完全除去的PM,捕集的PM堆积到一定程度后在行驶中自动再生或在停车时进行手动再生。自动再生是在精细的发动机控制下在较低温度下进行PM再生,能够抑制异常燃烧的危险并防止催化剂老化。


图11 EATS排气后处理装

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