培訓(xùn)
康明斯混動(dòng),斯堪尼亞西港HPDI氫內(nèi)燃機(jī),西南研究院火花點(diǎn)火PFI氫內(nèi)燃機(jī),維也納研討會(huì)通報(bào)
2024年5月27日卡車技術(shù)前線消息,第45屆國際維也納汽車研討會(huì)所涵蓋的主題包括新發(fā)動(dòng)機(jī)概念和減排、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)、動(dòng)力傳動(dòng)系電動(dòng)化、混合動(dòng)力技術(shù)、燃料、電池技術(shù)、燃料電池技術(shù)和氫發(fā)動(dòng)機(jī)(氫內(nèi)燃機(jī))。
康明斯P2混合動(dòng)力卡車
Cummins的一篇論文研究了P2混合動(dòng)力卡車在2030年和2035年幫助滿足歐盟重型卡車二氧化碳減排要求的潛力。
從一輛5LH(4×2,鉸接式牽引車)車輛開始,該車輛的二氧化碳排放量非常接近2019年5LH長途運(yùn)輸車型行業(yè)平均水平,并安裝了一臺(tái)支持歐7的康明斯X10發(fā)動(dòng)機(jī),檢查了P2(并聯(lián))混合動(dòng)力車的各種配置,該混合動(dòng)力車配有不同規(guī)格的電機(jī)(75-250千瓦)和電池(25-200千瓦時(shí)),如下圖所示。
具有不同混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的5LH牽引車的油箱到車輪二氧化碳排放量和百分比改進(jìn)
雖然在2035年需要一定程度采用純電動(dòng)車輛(至少25%的純電動(dòng)汽車),但2030年要求可通過檢驗(yàn)的最強(qiáng)混合動(dòng)力配置(250千瓦電動(dòng)機(jī),200千瓦電池)滿足。
然而,與純電動(dòng)汽車相比,混合動(dòng)力汽車的年運(yùn)行成本更高,僅略低于純柴油卡車。混合動(dòng)力車和純電動(dòng)汽車的運(yùn)行成本差異取決于柴油/電力價(jià)格比。如果該比率較低(1.28歐元/升,0.20歐元/千瓦時(shí)),則純電動(dòng)汽車的年度成本優(yōu)勢(shì)僅低約10%,且僅限于較低的年度服務(wù)成本。對(duì)于更高的成本比(1.40歐元/升,0.12歐元/千瓦時(shí)),純電動(dòng)汽車的年優(yōu)勢(shì)可能高達(dá)40%。
西南研究院火花點(diǎn)火PFI氫內(nèi)燃機(jī)
SwRI介紹了基于2024 Cummins X15N天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)的火花點(diǎn)火PFI氫重型發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。氫燃料版本不使用EGR,使用Superturbo代替渦輪增壓器(turbocharger),使用真空泵的主動(dòng)式CCV,并保留了點(diǎn)火系統(tǒng)。
實(shí)現(xiàn)了42%的峰值效率,并且在發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載工作范圍內(nèi)效率保持在40%以上。后處理系統(tǒng)正在整合過程中,由OC+尿素SCR+ASC+PF組成,但現(xiàn)在似乎已經(jīng)完成,最近的一項(xiàng)公告證明,發(fā)動(dòng)機(jī)在老化催化劑的情況下表現(xiàn)出0.008 g/bhp-hr的Nox排放。
西港、斯堪尼亞HPDI氫內(nèi)燃機(jī)
Westport和Scania介紹了在Westport的HPDI燃料系統(tǒng)中使用氫氣的最新結(jié)果。
去年,他們表明,斯堪尼亞CBE1歐V發(fā)動(dòng)機(jī)在A75氫運(yùn)行點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)51.5%的BTE,而發(fā)動(dòng)機(jī)的變化最小。
采用氫燃料的歐VI CBE1發(fā)動(dòng)機(jī),使其與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx排放量相匹配,在重型卡車的典型運(yùn)行工況下,效率超過49%,在接近48%的BTE下,最大扭矩為900轉(zhuǎn)/分。在A75點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)了52.02%的峰值效率。
更高的效率是可能的,但以更高的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出NOx為代價(jià)。當(dāng)使用氫氣運(yùn)行時(shí),在低負(fù)載和中等負(fù)載下的排氣溫度較低,并且可能需要重新匹配渦輪增壓器以實(shí)現(xiàn)后處理系統(tǒng)所需的排氣溫度。
對(duì)斯堪尼亞發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行氫氣測(cè)試,預(yù)噴量約為6-7毫克/沖程,以確保穩(wěn)定運(yùn)行并避免任何潛在的失火。模擬結(jié)果和測(cè)試表明,引燃量可以降低到約2 mg/次噴射(引燃能量比(Pilot Energy Ratio)為2-3%),但可能需要改變噴射器引燃孔(pilot hole)配置并進(jìn)行進(jìn)一步的噴射器改進(jìn)。天然氣HPDI發(fā)動(dòng)機(jī)的引燃量在整個(gè)WHTC循環(huán)中約為5%。
氫氣測(cè)試結(jié)果是在560 hp/2800 Nm的標(biāo)定下進(jìn)行的,但在不超過發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械或熱邊界的情況下,600 hp/3000 Nm應(yīng)該是可能的。
Sandia實(shí)驗(yàn)室-氫內(nèi)燃機(jī)早燃研究
桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室(Sandia National Laboratories)了最近關(guān)于了解氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)提前點(diǎn)火(pre-ignition)的工作。
結(jié)論是,熱點(diǎn)(hot-spot)和燃燒殘留物不太可能是提前點(diǎn)火和回火(back-fire)的主要原因。關(guān)于油誘導(dǎo)(oil-induced)的提前點(diǎn)火,氫氣顯著抑制貧燃料的充分混合的碳?xì)浠衔锘旌衔锏淖匀挤磻?yīng),但隨著碳?xì)浠衔锂?dāng)量比的增加,這種影響不那么明顯。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中油滴的蒸發(fā)可能會(huì)在油滴表面附近產(chǎn)生具有高碳?xì)浠衔锂?dāng)量比的長時(shí)間持續(xù)區(qū)域,但需要進(jìn)一步測(cè)試來探索其影響。