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会议报告:SAE发动机,燃料和润滑油数字峰会

10月23日2020年10月23日

2020种SAE发动机,燃料和润滑剂(PFL)会议 - 最初计划在波兰,波兰克拉科夫举行,并共同组织Bosmal.由波兰内燃机科学协会(PTNSS)主办的PFL数字峰会于2020年9月22日至23日举行。这次虚拟会议包括了几次主题演讲和大约200篇技术论文,内容涉及轻型、中型和重型汽车的发动机设计、燃料、润滑油、燃烧和排放控制。

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未来动力系统和燃料

FEV的Stefan Pischinger在一场主题演讲中讨论了基于ICE的技术可以用于满足不同的欧盟公司2减少目标。对于轻型,杂交的冰(汽油或柴油)能够满足2030个目标。引用一个用于C段汽油车的示例,具有高效率冰的高压HEV可以实现64克/ km co2(WLTP)。2030使用柴油发动机的其他选项包括48V轻度混合,具有P1架构或PHEV。但是,PHEV柴油具有相当大的成本罚款。超过2030至2050,低碳燃料对于冰型的车辆至关重要,以实现碳中立的欧盟的目标。对于重型税率,可以通过包括48V杂交的载体和动力总成改善来满足2025年的长途运输目标。但是,对于2030的CO2目标,重要的车队电气化,氢气燃料电池和/或信用CO的政策2需要从可再生燃料中减少。与轻型义务一样,低碳燃料对于冰的重型车辆至关重要,以满足2050个目标。目前的欧盟立法基于Tailpipe Co2排放,因此有利于电力和氢,而不是其他低碳燃料,如电子燃料。要使电子燃料具有竞争力,就需要一种从井到轮的方法。

斯塔朗格沃尔沃在他的主题演讲指出,2050年欧盟的碳中和目标,目前商用车的思维是贝福将主要用于分布,城市和一些地区的应用程序与低碳燃料,氢燃料电池和冰将用于持久战。虽然oem可以提供实现碳中性运输的车辆和推进技术,但只有在支持这些技术的政策和基础设施到位的情况下,才能实现真正的碳中性。这种碳中性的成分不受oem的直接控制。需要发生的一些重要变化包括:(1)拥有和运营zev必须是一个可行的替代方案;(2)需要迅速建立私人和公共充电基础设施;(3)需要建立氢气生产和加氢站。

指出,联合研究中心的彼得亚雷Szymań滑雪在第三个主题,成为目前和插电式混合动力车可能占到50%的新ldv在欧洲销售到2030年,这可能会减少石油依赖,它将增加需要各种各样的稀土元素和钴等原材料来生产电池。将这种需求增加的影响降到最低,需要采用不同的回收方法和生产-使用- eol周期。

AVL的一项研究估计欧洲所需的电子燃料量,以至于2050年达到2°C的温暖情景[4937]。为了满足当前欧洲公路燃料需求(3.34亿吨/年汽油当量),改用100%电子燃料是不合理的,原因包括需要10700太瓦时的可再生电力,约为2018年欧盟27国发电量的4倍。然而,如果混合动力车中约有2/3是纯电动汽车和fcev, 1/3是插电式混合动力车,则假设混合动力车和ICE-only车辆(ICE-only主要用于重型车辆),,可以直接用于可再生电力成为目前和一些比例的所有其他车辆的燃料需求一个冰被e-fuels满足在大约2030年开始,一个更合理的3300万t e-fuel需要满足2°变暖的情况下,图1和图2所示。

图1。将可再生电力直接用于纯电动汽车,或将其转化为氢气再转化为电能
图2。有限公司总2欧洲公路运输的排放

假设:(1)向舰队混合过渡,由大约2/3贝(BeV和Fcevs和1/3 Phevs Hevs和Ice In Ice)组成;(2)从2030年开始引入电子燃料

在燃料和润滑油的小组讨论中,Conawe提供了估计,到2050年,如果要实现碳中性野心,则欧盟运输的石油燃料的使用可能小于当前使用的10%。仍然使用石油的最有可能的应用是航空和海洋。公路运输需要完全依赖低碳燃料。优选地,这些将是从木质纤维素原料中衍生的生物燃料,这些原料不会与使用“绿色”氢和CO产生的食物和电子燃料竞争。2使用工业来源和/或直接空气捕获的碳捕获。实现这些野心所需的投资超过7000亿欧元。

关于动力系统的小组讨论涵盖了通用动力系统和电动动力系统。PACCAR指出,总拥有成本(TCO)和正常运行时间是终端用户最重要的因素。对于一辆公路卡车来说,1天/一个月的停机时间成本很容易抵消5%的燃油经济性收益。正常运行时间不仅受到发动机/车辆耐用性的影响,还受到加油时间的影响。每天5分钟的额外加油时间,按目前的驾驶成本计算,每年将增加1000美元。

Ricardo讨论了专用混合动力发动机的一些潜在好处,该发动机仅用于混合动力车辆。这种方法允许在控制成本和复杂度的几个关键操作点处发动机效率进行优化。例如,里卡多正在开发岩浆XEV概念引擎。这款3缸1.5升降涡轮增压汽油发动机具有轻质结构,简化阀门和升压系统,无平衡轴,长行程和高压缩比。目前,它已经证明了λ〜1.7的45%BTE,但通过在λ= 2或更高时进行预期更高的效率。更精简的操作将需要基于电晕点火或使用活性的预热器的高能量点火系统。

福特还强调了低碳燃料对未来内燃机的重要性,未来发动机需要处理更高的热负荷和机械负荷以实现更高的效率,需要进一步发展气道和助推系统,以及专用混合动力发动机的好处。为了充分利用替代燃料的好处,未来发动机的设计应充分利用这些燃料的独特特性。福特正在开发的一些例子包括专用甲烷发动机和专用氢发动机。这款1.0L MTDI概念发动机采用直接喷射甲烷燃料,压缩比为13:1,采用全可变进气气门驱动,采用两级涡轮增压系统。设计了一种氢直喷1.0L HTDI概念发动机,在λ> . 3时超瘦运行。

燃烧

由Shell,PSA和其他由欧盟地平线2020筹款的其他计划开发汽油压缩点火(GCI)概念,在整个速度/负载范围内使用标准欧洲95 RON E10汽油,并在低负荷下使用Spark Assist[4921]。对该概念的效率的评估在速度/负载图的大部分速度/负载图中表现出非常低的燃料消耗,其效率相当于柴油发动机的效率。异常处于低负载,需要火花辅助。利用发动机的实验燃料消耗数据,模拟了NEDC和WLTC上的C段车辆的操作。对于WLTC和RDE Cycles,CO2估计分别为125和118克/公里的排放。柱塞停用估计在低负荷下偏移损耗,并将其降低至113和105克/公里。后处理方案需要进一步调查。

Shell和DNV考虑是否可以将组件混合成LNG,这可以消除在高压直接注射(HPDI)发动机中的飞行员燃料的需要[4922]。他们鉴定出了65种可能与低温甲烷混合的物质,并选择二甲醚进行发动机测试。研究结果表明,虽然LNG/DME混合燃料有可能用于开发单燃料HPDI发动机,但需要进一步研究,以在低负荷和空转时实现稳定燃烧,同时保持DME比例在液化天然气中可以溶解的水平。获得单燃料操作所需的二甲醚量在高负荷时为7%(体积),在巡航负荷时为14%。

斯图加特大学、FKFS、梅赛德斯-奔驰和宝马研究了是否有可能使用一个向外打开的压电GDI喷射器与柴油一起引燃天然气,作为高能量点火系统的替代方案,否则就需要在高压下引燃天然气混合物[4923]。喷雾室测试结果看起来很有希望,但需要进一步的发动机测试来验证这一发现。虽然针升可以很好地重复,但向外打开的压电喷油器的驱动是复杂的,受到许多参数的影响,而且与螺线管喷油器相比,可调节的针升增加了额外的自由度。

橡树岭国家实验室研究了SI发动机EGR的敲击减缓效果[4924]。虽然EGR的许多优点都适用于低功率密度SI发动机和高功率密度SI发动机,包括减少泵送功和改善比热比,爆震效益和相应的压缩比提高一直局限于低功率密度的自然吸气式发动机,这些发动机主要用于混合动力汽车架构。该研究证实了早期的研究结果,即在发动机转速下,EGR在增压工况下,无论是未处理的EGR还是twc处理的EGR,相对于自然吸气工况,EGR在减轻爆震方面效果较差。虽然在化学计量上,增压SI发动机无法实现与EGR相同的减轻爆震以获得更高效率的好处,但γ的增加和排气温度的降低仍然有利于效率的提高。此外,在某些情况下,使用TWC处理的EGR可以更有效地减少可能归因于NOx成分的碰撞,但这需要进一步的研究。

SWRI认为EGR组合对SI发动机燃烧性能和排放的影响[4925]。传统EGR的效率益处归因于热和泵送损耗的降低,以及γ的略微改善。与CO.2- 随着常规EGR的同时,随着稀释度的增加而保持恒定,热效率在最大稀释度下增加近3点的稀释效率保持恒定。用n2- egr,热效率比常规EGR在最大稀释时大约一个点。关于减轻高负荷燃料素材,CO2- 同样地Egly EGR缓解富集。CO的敲击性能2-only EGR优于常规EGR,而N2-只有EGR,爆震性能几乎与常规EGR相同。在MBT定时时,CO的最大负载更高2只有苛刻。

排放后处理

未来较低的重型发动机的排放标准,例如已经在加利福尼亚州立法并在美国联邦层面预期的那些,需要快速加热排气后处理系统。然而,由于所需的热管理导致燃料消耗增加和有限公司2排放,一个nox-co2可以观察到累积循环排放的权衡。IAV报道[4916]基于模型的高效发动机布局研究和最佳热管理校准,以满足未来较低的NOx标准,同时不超过CO2由美国GHG第2阶段监管定义的MY2027职业车辆的限制。使用高效发动机概念-PFP,最多230栏的高效发动机概念符合这些目标;19.5的CR;最先进的TC组,TC效率最高可达60% - 使用近距离耦合的SCR阶段进行双级SCR系统。

煤烟沉积在DPF壁孔结构中引起的压降比沉积饼高。早稻田大学开发的新的DPF再生模型[4917]建议对强制再生的参数进行优化,如在主动再生的初始阶段采用较高的温度,以保存灰饼,防止再生后的孔隙中烟灰再沉积,从而最大限度地减小过滤器压降。

IFPEN和道达尔开发了一种用于SCRF涂层颗粒过滤器(SCRF)的多功能流体(MFF)[4918]。注入排气管线代替阿联酋的流体由尿素水溶液组成,与燃料催化剂(FBC)合并以增强烟灰氧化。烟灰加载和再生试验显示MFF作为被动和活性再生的烟灰氧化增强剂的有益效果。对有源再生的需求以及其持续时间减少,导致燃料消耗和CO的减少2排放,模拟在0.5 - 2.9%之间。未来的工作将评估MFF对DPF灰积累和PN排放的影响。

PN排放量

欧盟联合研究中心评估的影响> 23海里SPN (PNC23) PMP集团开发的一个方法来衡量sub-23 nm SPN (PNC10),发现不同损失在当前使用的蒸发管的监管方法和催化脱模的方法不会导致明显的差异PNC23,总数量在计算中加入15 nm的粒子计数减少因子并没有提高PNC23的精度[4926]

当并联使用> 10nm和> 23nm系统时,与bosmal一起使用的额外工作具有类似的结果,以测量超过30欧元5欧元和6欧元6欧元的汽油,柴油和CNG车辆的SPN排放;两个系统的PNC23之间的差异平均为6%[4927]。然而,当来自弹性体的非挥发性亚23nm颗粒的高释放时,催化汽提丝器系统测量得多,因此注意到一些例外。当进行10nm测量时,应避免使用弹性体,因为高排气温度可能会释放出可能干扰非易失性测量的材料。

BMW和Physikalisch-Technische BundesanStalt使用基于a的校准设置进行了商业PMP系统(AIP汽车模型SPC8000)和商业PN-PEMS(AIP汽车PEMS-PER-PER)的计数效率和COV的比较SOOT发电机和高精度参考CPC[4928]。他们发现PMP系统显示良好的重复性的尺度依赖的计数效率的浸在41 0.3%至0.7%,70年和100 nm和1.9% 23海里而PN-PEMS在4%和7%之间所有points-an内部流程控制不稳定的迹象可能由于妥协与大小有关,移动应用的重量和能量消耗限制。他们建议,这种将PN计数系统视为“黑盒”的校准方法将大大简化认证、计量溯源和改善不同PN测量的直接相关性,包括正在出现的新的低成本PTI系统。

与PN排放相关的其他工作包括概述了Downtoten项目[4929]以及与燃料效应相关的工作和润滑油效应。关于燃料效应,IFPEN证实,乙醇添加对PN的影响与燃料的芳族含量紧密相关 - 如果芳烃水平保持恒定,则观察到乙醇含量增加的PN排放的显着差异[4930]。他们还注意到,随着芳烃和乙醇的同时添加,PMI指数与车辆测试测量的良好相关性,烟点(ASTM D1322)提供与粒子数排放更好的相关性。Chalmers理工大学的研究人员与乙醇和ETBE的乙醇和ETBE排放的结果BOB体育APP相似,所述含氧化物含有浓缩氧化含氧化合物,而不是NO含氧化合物 - 三种共混物的芳族含量在26-30%之间。[4931]。在润滑油效应方面,Total Marketing Services和APL Automobil-Pruftechnik Landau GmbH发现,对于一系列0W-12原型油,瞬态运行期间的PN排放与油配方有关,粘度改性聚合物对PN尺寸分布有显著影响[4932]

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随着持续的持续Covid-19危机的未知持续时间,2021种SAE PFL会议计划为a虚拟事件2021年9月28-30日。预计下一次PFL现场会议将于2022年举行。2022年SAE PFL大会将在BOSMAL和PTNSS的支持下再次举办,并将于2022年9月在波兰Kraków举行。

SAE PFL会议