登录|订阅|RSS订阅

有什么新鲜事

会议报告:SAE WCX 2021数字峰会

2021年4月29日

SAE WCX 2021数字峰会于4月12日至15日举行,2021年。该事件遵循去年的虚拟,在线格式。虚拟会议包括95个直播会议 - 包括各种讨论面板,高效IC发动机研讨会,以及汽车制造商和汽车行业供应商的现场演示。此外,已经提供了数百个预先记录的按需演示,这些演示提供了汽车技术的所有领域。BOB体育APP按需内容将在WCX 2021网站上仍然可用,直到1991年7月15日。以下摘要详细介绍了发动机,发动机排放和相关技术的许多WCX 2020论文。

请登录要查看本文的完整版本(订阅必需的)。

世界各国政府一直采取政策目标,以减少运输部门的温室气体排放以及一般来说。这些承诺预计将在2030-2035〜2050%到20%的50%减少排放,并在2050次时间框架中达到“零零”排放。这些目标中的大多数是政治假设,这承担了持续的经济增长,同时估计能源和自然资源限制以及能源转型项目的巨大规模。通过能源,燃料和动力总成技术的专家讨论小组提供了更高的了解转变为低碳流动性的挑战,基于潜在的能量和排放影响的生命周期分析。

壳[R.Cracknell]分析了三种能量转换场景(1)财富第一,注重经济增长;(2)安全第一,注重民族自治和自给自足;(3)健康第一,注重人类福祉。后一种情况被称为“天空1.5”(Sky 1.5),到2100年可以达到《巴黎协定》设定的1.5摄氏度的升温目标,而另外两种情况造成的升温水平超过2摄氏度。即使在Sky 1.5情景下——最有效的脱碳途径——2050年后,石油仍然是运输中最大的能源来源,图1。从图表中可以明显看出,壳牌期望效率的提高在运输的脱碳过程中发挥重要作用。

图1.运输中的能源使用-壳牌天空1.5场景

(来源:shell全球解决方案)

讨论控制板在下一代动力驱动下,沿着低碳移动性识别了许多挑战。“碳中性”公路运输的概念基于碳中性发电的先决条件,包括各种电池电气,氢气燃料电池,液体电子燃料和生物燃料发动机[Zissis Samaras,亚里士多德大学]。液体燃料主要用于超低排放混合动力车辆。然而,这些选项之间的效率差异很大。Battery electric vehicles (BEV) have by far the best efficiency—their combined well-to-tank (WTT) and tank-to-wheels (TTW) efficiency is 64%, i.e., 1.57 MJ of renewable electricity is required at the point of generation to supply 1 MJ of energy to the vehicle wheels. In contrast, the efficiency of the least efficient fuel option, e-fuels manufactured via direct air capture (DAC) of CO2,只有16%,即6.25兆焦耳电力将需要提供1兆焦耳能量的车轮。当然,电子燃料可以与现有的发动机和燃料分配基础设施兼容,也可以用于难以电气化的重型车辆,但从能源角度来说,电子燃料的价格会很高。在小组介绍和以下问答环节中,我们讨论了一些进一步的挑战:

发射控制中讨论了发动机效率和排放领域的监管发展和新技术控制板经过Ameya Joshi.康宁。在新的排放法规中,即将到来的欧元7 / vii将重点是在广泛的运行条件下实现超低排放水平。这意味着RDE测试规则可能是调节的重要部分。此外,要收紧排放限制,预计会对许多新物种进行调节(可能是NH3.,CH.4,n2O,一氧化碳)。根据欧盟监管机构的政治选择,最终的欧七法规可能对ICE动力汽车构成挑战。

在美国,加州空气资源委员会(CARB)已采纳bob app下载对于重型发动机,具有非常具有挑战性的NOx排放限制(FTP上0.02g / BHP-HR),额外的排放限制在低负载周期上(LLC.),并显着延长有用的生命周期(高达80万英里)。满足低NOX目标将需要新的热管理方法(气缸停用,加热催化剂),非常高的SCR转换,以及非常低的双剂量SCR配置2o形成。重型低Nox规则,可能与碳水化合物要求协调,也预计美国EPA的联邦级别也将通过。对于轻型车辆,碳水化合物开始开发Lev IV排放标准(高级清洁汽车II调节),其可能包括Sulev20(NOx + Nmog = 20mg / mi)舰队的平均要求和PM排放限制为1mg / mi。

GCI发动机

汽油压缩点火(GCI)仍然是一个活跃的研究领域,其驱动因素包括降低发动机NOx和烟尘排放的潜力,以及提高柴油燃烧效率。然而,实现这些好处并不总是那么简单。利用汽油较高的挥发性和低温燃烧潜力(LTC)的喷射策略似乎可以有效地通过降低热损失、更快的燃烧和更高的比热比(γ)来实现效率效益。这也可以避免EGR在某些操作条件下限制氮氧化物的需求,以及相关的效率损失——特别是在使用高压EGR的情况下。然而,这些LTC方法的成本增加了控制燃烧过程的复杂性,并有可能增加HC和CO排放。另一方面,更像柴油的喷射策略可以简化控制问题,保持较低的HC和CO,但也减少了GCI的潜在好处。一些论文阐述了这些方法和挑战。

SWRI与沃尔沃我的2017年D13发动机的单缸版本中的柴油和GCI操作相比,作为其内部Chede计划的一部分[5087][5088].柴油操作采用ULSD和GCI对87.8 AKI (91.5 RON) E10汽油加润滑添加剂。对两种活塞设计进行了评估;阶梯式唇形活塞以及沃尔沃的海浪分别有12和6个孔喷嘴的活塞。对于所有情况,测试和仿真工作以22:1的压缩比进行。虽然两个燃烧系统可以在GCI模式下成功运行,但它们需要不同的优化策略。例如,在A75操作点(1200rpm和19 bar imep),阶梯式唇缘活塞需要后注射后,以保持未燃烧的HC和CO排放。效率与传统的柴油燃烧相当。即,未观察到GCI效率的显着益处。但是,进一步的优化可以提高GCI性能。踩唇活塞设计表明,由于较低活塞表面积导致的较低的传热损失,所示的热效率比波活塞更好地显示出优于波活塞。

基于以前的工作沙特阿美研究公司(Aramco Research)发现,早期/晚期IVC (EIVC/LIVC)与空气处理系统的优化结合,可以显著提高GCI操作的重型柴油发动机的效率。通过对2013年使用GCI作业的康明斯ISX15进行模拟,对该方法进行了评估[5091].结果表明,LIVC比EIVC具有更低的升压要求和更低的泵送损失。此外,当与原型1级涡轮增压器结合使用时,其效率比原装涡轮增压器要高,BTE将会显著提高。与原装增压器相比,优化后的增压器与LIVC联合使用,B50增压器BTE从40.9%提高到42.3%,B75增压器BTE从41.5%提高到44.3%。较高的BTE是由于减少了热损失、排气损失和泵送损失。在B75作业点,泵送损失的减少尤为重要。没有对柴油运行进行比较。

Sandia国家实验室介绍了他们的添加剂混合燃油喷射优化策略(AMFI.低温汽油燃烧(LTGC)概念,用于中重型应用[5089].在约3-6巴的零件负载条件下,证明双注射策略可以控制燃料分层并因此控制燃料分阶段。第一次注射(70-90%的燃料)的定时固定在约60°(在进气冲程中),而第二喷射(10-30%的燃料)的定时从200°变化到315°(压缩冲程中的早期晚期)。为了最大化燃烧相位控制的范围,还需要一些调整EHN给药。早些时候在类似负载下使用AMFI的工作使用,在压缩冲程中使用单一直接注入。与AMFI的其他工作表明,辛烷值指数[= ron-k(ron-mon)],一种用于表征自燃作为发动机运行条件的功能的指标,与高度稀释和经常精益条件的自燃反应性具有非常差的相关性发现LTGC和HCCI燃烧[5090]

沙特阿美研究公司在轻型GCI方面的工作重点是燃烧策略开发和EGR系统优化。至少一些这项工作正在进行的2.2 L发动机类似,以前使用在德尔福.在部分加载条件下,16.3压缩比,新的活塞碗设计减少气缸边缘附近的富油的口袋和促进增强燃料分层分布以及双注入策略提供PPCI扩散燃烧(双注入压缩行程结束的附近使用400酒吧GDI燃油喷射设备)导致HC最低,CO和烟尘的排放,更低的推进要求和提高效率。与两台轻型商用柴油发动机(宝马N57 3.0 L和现代1.6 L)进行比较,在1500 rpm/6 bar BMEP下,烟尘排放降低86-94%,BSFC降低3-8%[5094].另一个项目检查了2.2L发动机上使用的低压EGR系统的替代品,以减少泵送损耗,提高升压和EGR的瞬态响应。混合HP / LP EGR系统被确定为最佳替代品[5093]

其他工作在Aramco Research采用2.6 L发动机,配备了2000巴柴油喷射系统的注射喷涂图案,旋转比和燃料喷射策略在全载荷(2000 rpm / 23.5 bar imep)。零旋流比与总喷嘴区域的8孔注射器组合1.5倍的基线喷射器的1.5倍,并发现优化的双注射策略将ISFC减少5.1%,烟灰在基线上减少50%。与在相同的操作条件下BMW N57相比,NOx和烟灰分别降低了80%和67%。没有提供与柴油发动机在满负荷下的效率的比较。未来的工作将延长对部件负载条件的调查[5092]

现代起亚美国技术中心对GCI在一台2.2 L柴油发动机上进行了评估,采用1500和2000 rpm的负载扫掠[5095].使用高达700巴的CGI期间注射压力。发现CGI不需要EGR以在柴油的同时满足5克/千瓦时的发动机输出NOx靶,使用高达10%的高压EGR。观察到具有CGI的BTE率高为2.2%至6.5%。

替代发动机

阿凯提斯更新了他们的CARB资助的进展示范项目[5105].该项目中的10.6 L发动机将满足2027低NOx FTP排放限制,并将安装在一辆Peterbilt 579拖拉机上。最近的变化,引擎包括更换VGT和增压器与一个超级涡轮和伊顿EGR泵。最初提议采用双剂量紧密耦合和地板下SCR催化剂的后处理系统将被由DOC、SCRF、SCR和ASC组成的地板下系统取代。研究表明,在不使用双剂量SCR系统的情况下,对置活塞发动机可以满足2027氮氧化物的限制。与传统四冲程发动机相比,对置活塞发动机的最大排气温度可降低100°C,并可用于在SCR催化剂上存储更多的氨,以提高氮氧化物的转化率。

发动机系统创新正在基于纠缠机构开发可变排量引擎[5107][5108].对设计早期版本的模拟工作表明,部分负载效率提高了约70%,转化为约30%的燃油经济效益。对于章动机构,使用滚动轴承是保持低摩擦的关键。

提升

三菱重工下一代变量几何涡轮增压器将在排气涡轮机中纳入3D叶片[5118].这些形状以一种方式引导主流走向跨中部分的叶片,图2。在小的叶片开口处,这显著降低了叶片末端泄漏流造成的干扰影响,并可在小质量流动时提高涡轮效率约5.7%。

图2.用于可变几何排气涡轮机的2D(左)和3D(右)涡轮机叶片的比较

气缸停用

Tula Technologies MDSF将动态跳过火与米勒循环操作相结合,该操作使用不对称进气门设计而不是通常用于米勒循环实施的2步阀升降系统。在每个气缸中,一个进气门(米勒进气)具有米勒循环升降型材,而另一个(电力摄入量)具有更传统的曲线,以确保可以满足所需的发动机功率目标,图3.当需要米勒循环操作时,电力进气阀停用(低火) - otherWise两个阀门操作(高火)。凭借其2018年VW Passat示范载体,在美国城市-HWY周期上测量了7.8%的燃料消耗减少,WLTC上的6.0%表示8.5%,燃料经济性为6.5%。CO.的费用2减少估计为30美元/%。由于使用减速缸切割(DCCO)而不是减速燃料切割(DFCO),还注意到催化剂富集的需求较少,也应注意减少CO排放的减少。代替减速燃料[5109]

图3.图拉技术mDSF

对于重型柴油发动机,图拉和康明斯为Freightliner Cascadia提供了车辆仿真结果,使用康明斯X15发动机使用DDSF..将DDSF与基线发动机中的传统热管理措施相结合,提供23%NOx和0.8%的CO2减少74%的氮氧化物和5%的一氧化碳2如果dDSF与更激进的基于发动机的热管理策略相结合,那么CO2排放仍然与基线发动机相似,在FTP和LLC中,NOx还原甚至高48%和79%。使用占空比评估[空闲/蠕变,城市/瞬态(低),城市/瞬态(高)和高速公路]显示DDSF与基线热管理策略提供NOx减少范围从34%到96%和CO2减少0.7%至9.4%。关于NVH表征,与全缸操作相比,驾驶员座椅振动仍然在±0.01g以内,对于大多数烧制密度;飞轮上的扭转振动,变速器输入和变速器输出在较低的射击密度下适度增加;和机舱声压级剩余±1 dB[5110]

AVL评估了一种自然吸气的发动机概念,将DSF组合在于增加发动机位移,LIVC用于沉重的Atkinson循环和冷却的外部EGR(2.5L,14.0CR PFI)。对于基线发动机(2.0L,11.5Cr,PFI)的WLTC上的燃料消耗为929g,对于DSF的基线发动机为882g,对于核心的升高的Atkinson循环发动机和致核的升级发动机为921g和DSF是860克。这一概念也有利地与一些缩小的和提升发动机相比:本田L15B7(895克燃料),福特1.6 L Ecoboost(994克燃料)和PSA EP6CDTX(890克燃料)[5111]

排放后处理

SWRI讨论了碳水化合物第3阶段低NOx演示计划,可实现90%减少靶(FTP / RMC NOX = 0.02g / BHP-HR)附近的NOx排放水平,没有对435,000英里的后处理系统使用后处理系统[5122].一台2017年的康明斯X15发动机被用于演示。与项目早期阶段使用的发动机不同,X15发动机没有使用涡轮增压器,而是安装了额外的汽缸失活度硬件(伊顿)。图4为项目开发的双SCR后处理系统。

图4.碳水化合物第3阶段低Nox演示排放后处理系统

在20世纪90年代开发的电加热催化剂(EHC)-A技术,但已发现只有有限的BOB体育APP商业用途 - 正在重新考虑在一系列未来的应用中控制冷启动排放,从7欧元到加州重型低NOx。Valtesco评估了使用EHC预热PHEV后处理系统的有效性,以减少高功率冷启动(HPC)排放[5127]

Umicore的一项研究表明了一种新的催化剂方法,以满足汽油车中的Sulev20排放标准[5128].在紧耦合位置使用了基于沸石的HC捕集器,随后是底部三向催化剂。老化实验系统的NMHC和NOx排放量分别为5和10 mg/mi, CO排放量远低于1.0 g/mi LEV III SULEV20限值。测试系统中的PGM数量低于OEM设计。

虽然未来最具未来的排放法规越来越关注排放耐久性和使用不合规律,但由于超出了车辆或催化剂制造商的控制,可能发生后处理系统故障。FCA调查了一个现实世界老年的柴油车,在尾气排放中表现出劣化[5129].发现由于暴露于高水平的钠和钾,载体催化剂是不可逆转的损坏。发现催化剂上Na和K污染的水平远远大于使用粘附于ASTM规范的市场级柴油或生物柴油混合物的预期。结论是,车辆必须使用不符合适用行业标准的燃料进行操作。

微粒过滤技术的新发展专注于BOB体育APP汽油颗粒过滤器(绿色)。采用GPF材料满足当前欧6 PN要求,新过滤效率在80%左右。预计未来的排放标准可能会收紧PN要求,因此正在开发新的、更高效率的GPF配方。一个例子是一个新的康宁过滤器具有高PN过滤效率,在大多数情况下超过90%,即使在完全新鲜的状态和过度激进的驱动循环[5124].这种新的小孔径配方用于非催化GPF应用。

其他值得注意的GPF论文讨论了GPF催化剂涂料的优化,旨在中国6b应用[5126]以及用于GPF再生的基于模型的发动机校准生成的开发[5125]

预计欧元7欧元和中国的6个排放法规将越来越关注控制氨和氧化亚氮等二次排放。umicore调查了n2O和NH3.来自各种中国6种生产汽油车的排放WLTCRTS 95.测试周期[5123].发现n2o所有车辆的排放量低于5毫克/公里,低于中国6限制20毫克/公里。但是,NH.3.排放量从2到48毫克/公里变化。减少n的方法2O和NH3.从催化剂系统设计的角度讨论了排放。

Horiba报告了用于测量NH的板载发射分析仪的开发3.和n2o排放量[5121].分析仪采用新开发的吸收光谱,名为红外激光吸收调制(IRLAM)。在NH中实现了≤0.1ppm的检测限3.和n2O测量。在发动机试验台上进行了新型便携式分析仪与稳态量子级联激光发射分析仪的相关试验。

会议网站