SAE研討會展出熱效率達(dá)42%的發(fā)動機(jī)

日前，2014年美國機(jī)動車工程師協(xié)會高效內(nèi)燃機(jī)研討會于2014年4月6日-7日在美國底特律順利閉幕。在該美國機(jī)動車工程師協(xié)會高效內(nèi)燃機(jī)研討會上，由美國西南研究院（Southwest Research Institute，SwRI）研究設(shè)計的EGR汽車（EGR Car）最為吸引人眼球。美國西南研究院采用2012款別克君威（Regal）GS作為其EGR汽車進(jìn)行展示。正如圖中所示，此2012款別克君威（Regal）GS車身貼滿了五顏六色的貼花，外觀非常奪目，而其內(nèi)芯動力配置更加厲害，其采用了先進(jìn)的燃燒系統(tǒng)，其燃油效率得到了大幅提高，尾氣排放也大幅降低。其中，該先進(jìn)燃燒系統(tǒng)是由美國西南研究院研究設(shè)計的，且其已被歐洲一大型汽車生產(chǎn)廠商購買并計劃投入生產(chǎn)。

此次，美國西南研究院研究設(shè)計的先進(jìn)燃燒系統(tǒng)采用了2.0升D-EGR發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)為四缸發(fā)動機(jī)，其中僅采用單個氣缸參與到廢氣再循環(huán)過程中，以此來提高廢氣再循環(huán)過程以及氫、一氧化碳混合物的循環(huán)利用過程。根據(jù)美國西南研究院副主任Terry Alger博士表示，該D-EGR發(fā)動機(jī)在零負(fù)載到滿負(fù)載測試中其制動熱效率達(dá)到了42%。

美國西南研究院副主任Terry Alger博士與美國西南研究院SI發(fā)動機(jī)研究經(jīng)理Chris Chadwell在第四屆美國機(jī)動車工程師協(xié)會年會上分別介紹了各自研究小組在天然氣發(fā)動機(jī)以及發(fā)動機(jī)先進(jìn)技術(shù)方面所取得的進(jìn)展。此屆美國機(jī)動車工程師協(xié)會年會于底特律布克凱迪拉克威斯汀酒店（Westin Book Cadillac Hotel）舉行。Terry Alger、Chris Chadwell與其美國西南研究院的同事Jacob Zuehl、Raphael Gukelberger共同發(fā)表了一篇名為“A Demonstration of Dedicated EGR on a 2.0 L GDI Engine”的技術(shù)文章。

PSA集團(tuán)計劃于2018年量產(chǎn)該D-EGR發(fā)動機(jī)

根據(jù)美國西南研究院工程師們表示，該D-EGR發(fā)動機(jī)僅為四缸發(fā)動機(jī)，所以其僅采用了單個氣缸參與到廢氣再循環(huán)過程中。隨著發(fā)動機(jī)氣缸總數(shù)量的增加，參與到廢氣再循環(huán)過程中的氣缸數(shù)量也可以隨之增加。在以上D-EGR發(fā)動機(jī)中，參與到廢氣再循環(huán)過程中的單個氣缸的運(yùn)行模式采用了復(fù)雜的控制策略，這樣有助于提高發(fā)動機(jī)廢氣再循環(huán)容差以及降低因外部重整裝置而導(dǎo)致的一系列功率損失。

在該D-EGR發(fā)動機(jī)中，氫、一氧化碳富集混合物與其他廢氣一同進(jìn)入再循環(huán)系統(tǒng)。該氫、一氧化碳富集混合物有助于抵消廢氣循環(huán)系統(tǒng)冷卻所帶來的諸多缺點。該氫、一氧化碳富集混合物可以提高發(fā)動機(jī)燃燒速率從而提高發(fā)動機(jī)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的容差，因此還可以提高發(fā)動機(jī)燃燒穩(wěn)定性。此外，氫、一氧化碳富集混合物還具有較低的最低點火能量，這有助于提高燃油燃燒以及降低廢氣中碳?xì)浠衔锏暮浚瑥亩岣甙l(fā)動機(jī)的燃燒效率。

美國西南研究院工程師們表示，該D-EGR發(fā)動機(jī)采用自然吸氣運(yùn)行方式，且擁有14：1的超高壓縮比。與壓縮比僅有11.7：1的普通發(fā)動機(jī)相比，實驗結(jié)果顯示采用D-EGR循環(huán)方式的高壓縮比發(fā)動機(jī)要比低壓縮比發(fā)動機(jī)在廢氣排放方面表現(xiàn)得更出色。

美國西南研究院工程師們還表示，該D-EGR發(fā)動機(jī)采用普通汽油（美國標(biāo)準(zhǔn)87 AKI標(biāo)號，AKI為抗爆指數(shù)）時爆震現(xiàn)象與高級汽油（美國標(biāo)準(zhǔn)93 AKI標(biāo)號）達(dá)到了相同的高水準(zhǔn)。該D-EGR發(fā)動機(jī)還采用了渦輪增壓和機(jī)械增壓兩級式增壓系統(tǒng)。在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1500-5500轉(zhuǎn)/分鐘之間時，通過該兩級式增壓系統(tǒng)該D-EGR發(fā)動機(jī)不僅可以保證17巴（bar）的最低制動平均有效壓力（brake mean effective pressure，BMEP），而且還可以保證扭矩輸出目標(biāo)以及換擋流暢性。

該D-EGR發(fā)動機(jī)系統(tǒng)不僅配備了專用電路設(shè)計、兩級式增壓系統(tǒng)，還采用了高能點火系統(tǒng)以及能夠為混合物輸送額外燃料的燃料噴射器。

有效燃油消耗率收益

Terry Alger表示，通過美國FTP（Federal Test Program）測試可知，該D-EGR發(fā)動機(jī)與普通發(fā)動機(jī)相比，其瞬態(tài)工況測試（Transient Driving Cycle）指標(biāo)有13%的提高；同時在美國環(huán)境保護(hù)署公路燃油經(jīng)濟(jì)性測試（Highway Fuel Economy Test，HwFET）中，其測試指標(biāo)提升了10%。在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘時，該D-EGR發(fā)動機(jī)有效燃油消耗率由普通發(fā)動機(jī)的385克/千瓦時提高到了330克/千瓦時，其最低有效燃油消耗率也由236克/千瓦時提升到了212克/千瓦時。美國西南研究院進(jìn)行的實驗結(jié)果顯示，在特定的工作條件下，該D-EGR發(fā)動機(jī)燃油效率可以提升30%。

此次，美國西南研究院的D-EGR項目是其高效稀釋汽油發(fā)動機(jī)（High Efficiency Dilute Gasoline Engine，HEDGE）項目的延續(xù)項目。其中，高效稀釋汽油發(fā)動機(jī)項目目的是為了通過為汽油發(fā)動機(jī)配備冷卻廢氣再循環(huán)系統(tǒng)以提高汽油發(fā)動機(jī)的燃油效率，最終可以使汽油發(fā)動機(jī)的燃油效率達(dá)到與柴油機(jī)燃油效率相同的水平甚至可以超越柴油機(jī)燃油效率。D-EGR項目將由Chadwell帶領(lǐng)繼續(xù)研究進(jìn)入最新的階段——HEDGE III階段。

該D-EGR研發(fā)項目計劃于2018年達(dá)到D-EGR發(fā)動機(jī)排放滿足LEV3嚴(yán)苛排放標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)。