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发动机+动力总成研讨会发动机效率开发

2021年2月11日

由发动机+动力总成技术杂志组织的“可持续内燃机研讨会”于2021年2月3日举行为虚拟事件。在各种IC发动机相关主题的许多演示文稿中,几个有趣的会谈专注于发动机效率技术,测距BOB体育APP从发动机效率提高,气动减排和热管理,对新的发动机概念。

康明斯总结了他们对未来重型动力系统的看法,这将要求满足更低的温室气体排放标准,超低氮氧化物合规,以及新的认证要求,如LLC.(D。Gosala]。虽然通过进一步优化,目前的柴油动力系统有望满足2027年EPA第二阶段的温室气体标准,即0.2 g/bhp-hr NOx,但进一步减少温室气体和NOx需要一些不同的方法。为了在不惩罚温室气体排放的情况下达到CARB以及美国环保署(EPA) 2027年要求的NOx减排目标,柴油动力系统可能需要汽缸失活和先进的后处理系统(大概是双剂量尿素SCR系统)等技术。在2027年的要求之后,要想进一步减少柴油发动机的温室气体排放,就需要混合动力车(P1或P2并行混合动力车)。另外,高效率化学计量具有TWC的天然气发动机提供低GHG和NOx的潜力,而无需采用混合动力系。然而,目前具有高燃料储存和有限加油机会的高成本挑战限制了天然气的潜力。其他选项包括采用适用于温室气体排放的良好轮车方法,这些方法可以允许从可再生燃料中抵押的温室气体,并使用可再生电力充电的插入式串联杂种。

图1。康明斯展望未来的重型动力系统,以满足更严格的温室气体、氮氧化物和低负荷要求

对于轻型柴油发动机,图拉技术公司的气缸钝化技术(dDSF)为Euro 7车辆在城市行驶过程中后处理系统的热管理提供了一种成本更低的替代解决方案。Schiffgens]。与其他选项相比,dDSF主动热管理主要需要在发动机预热期间进行,如图2所示。图拉的dDSF提供了CO2RDE循环的城市部分和WLTP的城市部分分别减少7.8%和2.4%的成本为200欧元。而带有电加热催化剂(EHC)的48V P0混合催化剂则提供了略高的CO2在相同的驱动周期内,降低了10%和~3%,但成本却高达700欧元。

图2。热管理在轻型柴油在RDE循环城市驾驶期间使用一系列不同的技术

2000千克遏制重量LCV与2.3L,4缸柴油和“欧元7导向”后处理系统,瞄准WLTP和90毫克/公里NOX的RDE周期的城市部分上的90毫克/公里NOX

Ricardo提出了许多发动机热管理解决方案,可用于具有一系列电力的车辆[C。罗兹]。具有热泵的多温度冷却(MTC)电路可以使热量在不同的冷却剂电路之间传递,该电路在不同的温度下操作,并且通常是分离的。热量被引导到其他电路,在那里它可以提供益处而不是拒绝环境。例如,在标准PHEV中,只能用冷却器冷却电池但是通过使用MTC,电池可以通过制冷剂环热泵加热和冷却。另一个例子是用于电荷空气冷却 - 加入与空调冷却器耦合的第二CAC可以使进气温温度能够冷却在环境温度下方,并使压缩比和改进的发动机校准可以提供1-的燃料消耗益处的压缩比和改进的发动机校准。在WLTP上2%。估计使用单独的冷却剂泵和集成储热量和/或排气废物恢复分离块和气缸盖冷却电路的先进分体式冷却系统,以提供WLTP的0.5-1.5%的燃料消耗益处。润滑油电路通过使用低热惯性设计,绝缘油库和热油储存或干泥浆的润滑油电路从石油画廊到发动机缸体。可以提供更快速的预热和降低寄生损失,以使1-2%WLTP燃料消耗效益。通过将润滑油电路中的热交换器或油泵在WLTP上提供高达2%的燃料消耗益处,通过将热交换器放置在润滑油电路中的热交换器来最大化从排气/ EGR到发动机油的热传递​​。发动机封装旨在使发动机热量在长期关闭后保持有限的商业应用可以在14°C的环境温度下提供1.8%的WLTP益处。 Integrating the coolant control circuit to information from the navigation system can provide predictive control functions that for heavy-duty applications that can provide fuel consumption benefits of 3-4%.

Ricardo更新了他们的Magma Xev Spark Outgited专用混合引擎概念[R.奥斯本]。之前报道与吉利的合作展示了使用电晕放电点火系统的45% BTE。最近,主动和被动预室点火器已经显示在λ~2.2时达到47% BTE和λ=1.6时分别达到45% BTE,图3。被动式预室火花塞在λ=1时也能达到41%的BTE。

图3.。利用Ricardo的Magme XEV Spark点燃专用混合动力车引擎实现了效率

亚琛工业大学内燃机研究所[C。Kayacan]报告了利用FEV等先进制造方法和复合材料对铝制缸体和气缸盖的轻型柴油发动机进行减重和功能改进的潜力。在LeiMot (Leichtbau Motor)研究项目中,采用激光粉末床熔合(LPBF)增材制造工艺制造了基于大众EA288柴油机的发动机缸体和发动机头。通过使用工字梁/剪切箱型缸盖设计、网格结构、加劲肋和轻质网格,以及使用集成衬垫,将缸盖和缸体中的材料减少到最小,从而实现了减重。将钢盖换成铝制床板,将铝制侧盖换成功能性塑料盖,其中包含水泵和冷却剂通道。LPBF工艺优化了油客,使压降降低了20%,水套的体积减少的更快的加热和冷却剂流量低40%(图4)。减少冷却剂流量是通过减少与动脉热点冷却和更cylinder-to-cylinder使用交叉流冷却温度分布与interbore冷却通道成为可能。

图4.。润滑油和冷却剂通道的发动机缸盖和使用激光粉末融合过程(LPBF)制造的块的细节

为了提高气缸套的刚度,水套中加入了晶格结构,这也提高了冷却剂的导流能力,减少了冷却剂通道和气缸套表面之间的壁厚,并减少了孔的变形。栅格元件也被用于排气口周围提供热隔离和减少热流到冷却剂约3%。与基准EA 288发动机相比,缸盖和缸体的重量减少了20%以上,缸盖内的冷却液体积减少了0.5 L,如图5所示。然而,增材制造技术需要大量提高产量,才能使其应用于发动机缸体和气缸盖等复杂结构的大规模生产。

图5.。lemot项目相对于基线VWEA 288柴油发动机在lemot项目中实现的质量,冷却剂体积和油体积变化

achates呈现了许多替代引擎概念,Econamiq、Patentec、GlideValve和Dolphin N2。Patentec公司开发了一种发动机设计,将可变压缩比(VCR)和双膨胀技术结合在一起,称为Hilberg发动机。GlideValve建议将提升阀替换为带有侧孔的空心线性滑阀,该侧孔可以独立于发动机旋转运动进行操作,并且可以通过包括电动、流体或气动执行器在内的多种方式进行驱动。Dolphin N2于2017年从Ricardo公司分离出来,并于2019年被FPT Industrial收购。他们的重型应用回收分循环发动机据称可以达到50%的BTE。如果向冷缸注水(33%水/燃料),BTE可提高到~55%。若改为注入液氮(3×液N2/燃料)BTE可以增加到〜60%。单缸发动机数据表明,使用具有96-98%转换的SCR系统可以实现27 ​​mg / kWh NOx。进一步改进与A> 99%SCR系统的发动机输出NOx可以通过10系数降低NOx 10.发动机可以在各种燃料上操作,包括柴油燃料,氢气和甲烷。最近,发动机的多缸版本已启动。生产目标为2025年。

来源:可持续集成电路发动机研讨会