未来排放新规对发动机材料提出挑战

AP汽车制造2020-05-21 11:19:08

点击上方“AP汽车制造”可以订阅哦!
机厂、供应商和工程公司的驱动专家们正在研发能适应于将在2017年施行的排放量监测新要求和测试循环的新发动机 ,未来将会有更多的新挑战。
现在的情况用一句话来说就是:碳排问题迫在眉睫。这关系到主机厂、供应商、研发中心、科学知识,当然还有立法专家。

在上半年的维也纳汽车研讨会上展露了众多传动工程中具有代表性的早期趋势,这个发动机和传动行业大会在众多专业讲座上客观地展现了新的技术发展,是业内敏感的风向标。减少有害物质和二氧化碳排放和油耗显然是不变的最重要的议题,已经探讨了很多年,不过在未来的几个月里会衍生出一些新趋势。除了制动能量回收、48伏电源系统的进展、插电混合动力系统,还有实际排放量这样的新要求,都是对传动行业的真正挑战。

实际排放量的挑战

博世的汽油缸内直喷技术可节省15%的能源。(图:博世)


由于目前核准测试的实验阶段只覆盖了环境、驾驶性能、发动机工作的一小部分,作为补充,欧洲理事会引进了测量实际排放量的方法。欧洲能源与交通研究所委员会联合研究中心的专家Theodoros G. Vlachos在维也纳强调,要迎接挑战的不仅仅是主机厂。他承认,实际排放量本身就是一个很大的挑战。 APL Automobil-Prüftechnik Landau公司工程负责人Christian Lensch-Franzen也在维也纳以缸内直喷内燃机为例实际排放量意味着什么:为使发动机能顺利通过实际排放量测试,推动区到负载区完成转换后如何控制发动机二次燃烧的荷载位移以及颗粒浓度将会是一大挑战。直喷压力达到500巴时会减少大约25%的颗粒,他这样说。AVL的Günther Fraidl提醒对实际排放量监测不要抱有不切实际的期待。他强调,要设计一个普遍适用的实际排放量监测测试是十分困难的。货车技术的经验并不能运用于普通汽车,因为对后者而言司机才是最关键的影响因素。来自FEV亚琛的Christoph Menne则认为实际排放量测试会使汽车检查的要求大大提高。对排放的改善和其对空气质量的影响将提高公众对柴油发动机的接受程度。

柴油发动机可以做到减少碳排
罗伯特·博世集团柴油发动机系统研发负责人Michael Krüger博士在一次博世汽车新闻发布会上特别描述了做到实际排放量监测会遇到哪些困难:“人们一直在谈论数字、数据和事实,但自今年五月份第一次在布鲁塞尔作出实际排放量监测决定后,很多问题就真的摆到了眼前。”尤其是边界条件和所谓的整合因子尚不明确。这意味着在预计的2017年9月之前,厂商与供应商就要投入大量准备资金,Krüger说,因为实际监测会提出更多要求。柴油机专家还提醒说,开发和投资要在一个合理的框架内。测试循环对于统计相关驾驶情况的评估是不够的。Krüger认为实际排放量监测会存在远远超出测试要求的各种问题。“有些测试循环先在实验室研发出来,然后在路上进行测试。”他强调,这是一个复杂的要求,废气实验要单独再街道上进行。Krüger说:“现在我们的测试以ppm为单位,精确到原子和分子。如果要到街上去做这件事,是十分困难的。”

博世汽车与智能交通技术事业部主席Rolf Bulander 博士强调,驾驶在将来会是一件更有乐趣的事情。平衡的模块化战略包含着“成本与技术间良好的妥协”。博世将传动系统优化,作为一个全面的系统方法的一部分。这种系统方法由Bulander首次在维也纳推出,不久之后再次在博世于博克斯贝格的讨论会上提出。Bulander着重强调了博世新形象,它不仅是某个系统或组件的供应商,而是整个移动系统提供者。传统的充电或燃油喷射系统将继续在汽车世界里使用。除了缸内直喷气筒(汽油发动机未来将使用350巴压力),也会使用注水系统(WI)。




(上)博世汽车与智能交通技术事业部主席Rolf Bulander强调:柴油机从未像今天这样重要。

(中)马勒前期开发部Marco Warth积极开发小排量CNG技术。

(下)博世马勒涡轮增压系统Roger Busch在涡轮上小成本地调整机制,开发汽油发动机。


Bulander认为在传统发动机中,柴油发动机的发展前景不错。“柴油发动机从未像今天这样重要。”他在与本杂志的采访中就他这个观点进行了解释:“柴油发动机带来燃烧过程的完全优化,随之而来的还有发动机操纵。燃油喷射的频率有多高?在哪个循环里?喷射多少?另一个方面是空气通路,光是涡轮增压器的优化就能提升2%-3%。这些都是系统性的影响。”他还说道:“柴油发动机从未像今天这样重要。这完全是由于2021年,欧洲将把二氧化碳上限规定为95克。柴油车就可以完成这个标准,因为在柴油发动机燃烧过程中产生的二氧化碳和其他化学物质都比汽油要少。”如果优化了柴油发动机的燃烧并投入更多先进车型,欧洲将会达到大约50%的高普及率,Bulander这样强调,并补充道:“减少车队油耗等于节省的潜力乘以汽车数量。这就让我们必须研究出减少碳排的内燃机,而柴油发动机明显是具有优势的。”

汽油发动机的新部件
它可以优化摩擦功率,按需求冷却发动机,天然气驱动或可变几何涡轮与米勒周期的组合,这些只是汽油发动机减排潜力的冰山一角。如博世马勒涡轮增压系统的研究负责人近日在其技术新闻发布会上表示,经典工程与工艺材料学将是研发出更为高效高能的内燃机的突破口。许多可能性都在压缩天然气技术上停滞了。正如马勒前期工程部门的Marco Warth博士所说的,天然气在汽车行业没有受到应有的重视。因为光从化学角度而言,氢与碳的比例上,天然气比起汽油更有优势:天然气是4:1,而汽油是2.25:1。马勒已经在零件上逐步接近压缩天然气发动机技术,并在公司项目上测试了其可能性。据专家的数据显示,优化设计后的发动机比汽油发动机减少了31%的尾气。马勒的工程师是以其1.2升发动机,一个三缸发动机 为实验对象的。将发动机压缩比设定为12.5:1,并使用适于发动机部件。与直喷汽油发动机相比有一个缺点,就是低转速为2000每分钟,难以达到清洁燃烧。但通过使用具有可变几何涡轮和进气歧管喷射,涡轮增压器或废气旁通阀增压器和缸内直喷可作为补偿。Warth介绍,当前项目的目的是创造一个基准发动机,其峰值压力可达185巴,110千瓦/ L并产生270纳米扭矩最大值。自从被应用在保时捷911上后,可变几何涡轮汽油发动机就被神化了。因为和柴油发动机(850摄氏度)相比,汽油发动机高达1050摄氏度的高温,VTG几乎就是标准,这对材料的要求就高得多了。BMTS高管Roger Busch表示,选择性地采用可变几何涡轮,与米勒循环组合,使用传统价格低廉,适合大众的材料也能够达到目标。由于在燃烧过程中压力和温度的下降,电动机效率将通过适应燃烧上升,且最高废气温度将下降(Busch说是900摄氏度)。BMTS现在将使用范围内废气温度扩到980摄氏度。VTG还对发动机内部的材料提出了高要求,工程师依靠VTG第二代柴油机紧凑和简化的设计。实际消耗的二氧化碳量将是2%。Busch说,达到量产还需要两年。
Götz Fuchslocher
AUTOMOBIL PRODUKTION《汽车制造》杂志官方微信公众号“AP汽车制造”,以国际化汽车舆论平台为窗口,紧跟全球汽车市场脉搏、深度挖掘本土汽车市场信息, 独家发布最新OEM以及供应商市场策略、技术与趋势,企业动态及人物故事。
合作联系:amber.jiang@modernindustry.cn
长按下面二维码识别即可关注我们
或者您也可以搜索微信号:qichezhizao



Copyright © 松原古典音乐社区@2017