發動機排放標準：為改變做準備

本刊編譯

放眼全世界，發動機尾氣排放標準都在提高。諸如歐盟、美國和日本等高度管制的地區和國家，均已實施Stage IV排放法規或其等效標準。此前被認為已經是最高標準的Stage IV，估計很快會就要被取代——歐盟執委會宣布，他們可能會在2019或者2020年實施更高的排放標準Stage V。新標準的目標是減少廢氣流中的超細顆粒，管理Stage IV以及之前的標準與法規沒有覆蓋的發動機大小及類型。

日本制造商洋馬稱其發動機符合Stage V排放標準的要求，并且已經為歐盟排放法規的變化做好了準備。洋馬歐洲工業動力總成部門高級經理Carlo Giudici說，洋馬發動機不但滿足美國環保署的Tier 4標準和歐盟Stage IIIB法規的要求，而且與提議的Stage V兼容。Stage V會限制顆粒數量，由此減少超細顆粒物的排放。

“所謂準備就緒，具體而言就是所有適用于Tier 4/Stage IIIB排放法規的洋馬發動機在過渡到Stage V時，惟一需要做改變的地方只是排放標簽貼紙。” Carlo Giudici說。這意味著使用符合美國環保署Tier 4最終版、歐盟Stage IIIB排放標準的洋馬發動機的工業設備，不需要做任何改裝就能適用于新規定。

洋馬的DPF（柴油顆粒過濾器）設計提供了最少6 000 h免維護的保證，這在大多數應用情況下幾乎等于終身免維護。Carlo Giudici稱，在運行著的成千上萬臺洋馬DPF-TNV共軌發動機中，至今都沒有出現過DPF堵塞問題。與此同時，TNV-CR發動機上面的一些改進也顯而易見，比如潤滑油用量在原來Stage IIIA發動機足夠低的水平上幾乎減半。“我們已經為將來做好了準備。”

為改變做準備

珀金斯也在為改變做準備。該公司稱，歐盟在2019年實施Stage V排放標準，將會對OEM（原始設備制造商）提出新的挑戰，尤其是那些使用19～560 kW發動機的廠商。珀金斯表示，不但Stage V發動機供貨無虞，而且他們已經做好充分的準備，幫助OEM完成從Stage IV向Stage V的過渡。

產品理念經理Oliver Lythgoe說：“通過與原始設備制造商緊密合作，我們成功地找到了后處理封裝的解決方案，所以我們有信心幫助他們應對挑戰。不過，排放不應該是惟一的關注點。我們的OEM客戶必須設計、制造出生產力高、可靠和物有所值的機器，為設備用戶提供最佳的擁有及運營成本。珀金斯能夠幫助設備制造商實現產品的差異化，同時還能使設備保持簡單和易于操作。”

羅爾斯·羅伊斯的子公司MTU將會繼續與戴姆勒公司合作研發、制造MTU品牌的高速柴油發動機。MTU 1000系列包括MTU 1100、MTU 1300和MTU 1500，將適用于歐盟Stage V非公路排放標準。這些功率為100～480 kW的發動機，將會在2019年Stage V排放標準生效之前推出。此外，MTU和戴姆勒公司還將延長適用于舊版排放法規的工業發動機的供應合同。

羅爾斯·羅伊斯動力系統CEO Ulrich Dohle表示，工業發動機在處于上升階段的公司業務中占據了重要的比例，通過延長現有的供應合同，他們將會長期生產適用于各種排放階段的工業發動機。“與此同時，我們提供了針對Stage V排放法規的解決方案。我們的客戶可以繼續享受戴姆勒高容量標準生產帶來的所有好處。”

強大的發展

Tier 4最終版于2015年在美國正式實施，它要求顆粒物和氮氧化物的排放量再減少90%。

美國制造商約翰·迪爾將會提供新的動力方案——PowerTech PSL 13.5 L發動機。該公司稱，這款發動機在所有無需裝配DPF便能滿足Tier 4最終版排放法規要求的發動機中具有最強大的動力。這種不需要加裝DPF的設計節省了空間，為主動力發電機組的安裝提供了更多選擇。PowerTech PSL 13.5 L發動機還采用了1個集成了冷卻廢氣循環系統（CEGR）、柴油機氧化催化器（DOC）和選擇性催化還原技術（SCR）的尾氣控制系統。

這款額定功率為473 kW的發動機除了為發電機組提供動力之外，還可以用于一些需要恒速輸出的應用場合。約翰·迪爾計劃在2015年年底開始生產6.8 L PowerTech PVL、PSL發動機，4.5、9、13.5 L的PowerTech PSL則要等到次年年初。

“與發電機組制造商的合作經驗幫助我們更好地理解什么樣的產品特性和服務才能應對今日的挑戰。”Treptow先生說，“通過提供緊湊的發電機組封裝和簡易的操作、可靠的性能，我認為我們的PowerTech系列發動機具備了面對挑戰的能力。”

燃燒技術

3CX、4CX型挖掘裝載機將是JCB在歐洲市場銷售的第一批符合Tier 4最終版/Stage IV排放標準的機器。JCB公司稱，采用新的發動機，是希望它可以延續廣泛用于JCB設備的Ecomax T4i發動機的成功。借助小巧的SCR系統來減少氮氧化物排放，輸出功率大于55 kW的Ecomax發動機符合Tier 4最終版和Stage IV排放標準；得益于高效的燃燒技術，功率小于55 kW的Ecomax發動機在燃燒室內解決了排放問題，無需任何后處理措施就滿足了排放要求。

緊湊的SCR部件搭配尿基添加劑，被用于功率在55 kW以上的發動機，并且包含于一個單獨的排氣消音器內，用于置換現有的尾氣。這種通用的解決方案，為機械設計師提供了一致的外形尺寸。JCB動力公司發動機項目主管Alan Tolley說，JCB會繼續使用創新的缸內技術在Ecomax發動機內部減少尾氣排放，而不是依賴廣泛的后處理技術；通過重新校準和采用SCR解決方案，在滿足現有的包裝要求下，提供了一系列技術領先、符合Tier 4最終版/Stage IV排放標準的發動機。“發動機的燃油效率提升了5%，運行成本降低了，生產率卻提高了，這些特性是客戶喜聞樂見的。另外，二手市場更加不必擔心，因為JCB的設備素來擁有強大的‘剩余價值。”

更低的燃油消耗

美國制造商康明斯稱其生產的QSB6.7發動機在Tier 4標準下有出色的工作表現。與2011年以前推出的發動機相比，雖然QSB6.7的排放量減少了90%以上，但是在外形上并無太大差異。最大的區別是，后者包含了一個廢氣再循環系統（EGR）和一個康明斯VGT可變截面渦輪增壓器。這些升級對于發動機整體安裝的影響已經被降到最低。

在發動機內部，燃燒技術被用來實現基礎引擎平臺的全部潛力，部件不需要做太大的改變。就噴射壓力和多場合應用而言，高壓共軌燃油系統取得了進展。如今，QSB6.7的燃油消耗比適用于Tier 3排放法規的發動機降低了10%，而且性能沒有任何損失（最大輸出功率與2011年以前推出的發動機相比增加了12%）。

瞄準中國的非道路III階段排放標準，珀金斯迅速做出反應，推出了功率強大的1104、1106系列機械式和電控發動機。1100系列產品營銷經理Leighton Morgan說：“作為擁有完整產品陣容的發動機供應商，我們完全有能力提供可滿足中國非道路III階段排放法規的機械式和電控動力方案，這個優勢引起了很多中國主機廠的濃厚興趣。這些廠商除了希望繼續生產一貫的機械式機動設備，也有意引入新的電控型號。”

珀金斯的機械式六缸發動機有多種配置，適用于許多工程機械的應用場合。一般來說，主機廠會用一臺10 L發動機匹配20～25 t挖掘機，據珀金斯稱，這些7 L排量的六缸發動機不但具備同樣的性能，而且可以更有效率地完成所需工作。功率密度增加了，輸出的動力卻跟排量大很多的發動機完全一樣，更緊湊的尺寸還意味著散熱能力更佳，也就是說效率更高，從全壽命期成本的角度來看，就更有競爭力。

對于已選用1106系列電控7 L發動機的主機廠，同系列的機械式型號提供了1個理想的替代選擇，因為2個型號都采用同一平臺，此型號在2 200 rpm轉速下輸出功率高達205 kW，而在1 400 rpm 轉速下最大扭矩為1 050 Nm。至于1104系列的電控型號，最高功率可達106 kW（轉速為 2 200 rpm 時），最大扭矩則可達556 Nm（轉速為1 400 rpm時）。

燃油噴射

在第十屆巴黎國際工程機械展（INTERMAT 2015）上，沃爾沃遍達展示了其發動機產品系列的2位新成員——5 L與8 L非公路柴油發動機。與舊版相比，D5和D8發動機的排量、缸體剛度以及低速扭矩都得到了提高。沃爾沃遍達稱，盡管發動機的排量增加了，燃油消耗卻降低了2.5%。

在進行發動機設計的時候，沃爾沃遍達便已經把多種排放標準（包括Tier 2/Stage II、Tier 3/Stage IIIA 同級標準和Tier 4 最終版/Stage IV）的合規問題考慮在內，因此無論產品銷往何處，都能確保發動機符合當地的排放法規。而且，無論排放標準如何變化，沃爾沃遍達發動機都可以輕松實現過渡，因為所有的發動機具有同樣的設計足跡。在所有型號的發動機上，渦輪增壓器等部件的位置都是一樣的，使得OEM的設計和安裝更加便捷。

此外，該公司還開發了一種獨特的后處理系統，其特點是可以幫助操作手降低油耗，減少停機時間和維護成本。新的Stage IV發動機的排量有5、8、11、13、16 L五種規格，功率范圍為105～515 kW。沃爾沃遍達只是簡單地重新設計了舊版發動機上面的選擇性催化還原技術（SCR），原先的Stage IIIB發動機便可以滿足Stage IV排放標準的要求。

借助SCR技術，柴油機排氣處理液（DEF，在某些國家或者地區被稱為AdBlue）被直接注入排氣管內，與有害的氮氧化物在催化轉換器中發生反應，生成氮氣和水。沃爾沃遍達稱，由于氮氧化物形成于高溫之下，尾氣再循環系統可以降低燃燒溫度的峰值，進而減少氮氧化物含量。

工業產品規劃經理David Hanngren說：“我們相信只使用SCR技術就可以讓NOx排放量降低到Stage IV的標準，因此我們竭盡全力改進它。根據我們的配置，沃爾沃遍達Stage IV發動機以最佳水平運轉，油耗低、排煙也很少，在很多應用場合下比使用柴油顆粒過濾器（DPF）的發動機更能勝任。”

不會過時的技術

從2015年秋天起，小松歐洲為歐盟 Stage IIIB排放標準的二手小松設備推出一個轉換套件，使設備在排放控制較松的市場可以使用高硫柴油。

超低硫柴油對于安裝了符合Stage IIIB及更高排放標準發動機的設備而言是必不可少的燃料。該轉換套件是專門為原來在歐洲出售、配有Stage IIIB發動機的小松設備設計的，目的是使該機型能在排放控制較松、短缺超低硫柴油的國家使用。這個改裝過程由小松的授權代理商實施。

小松歐洲產品營銷副總經理Jim Venerus說：“由于無法使用超低硫柴油，一些配備歐盟Stage IIIB發動機的機器無法達到最佳工作狀態。經銷商通過由小松批準的改裝過程為客戶提供快捷、簡單的解決方案，同時不會影響產品性能。”