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(guó)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(zhǎng)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(guó)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(zhǎng)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。