SAE研討會展出熱效率達42%的發(fā)動機

日前，2014年美國機動車工程師協(xié)會高效內(nèi)燃機研討會于2014年4月6日-7日在美國底特律順利閉幕。在該美國機動車工程師協(xié)會高效內(nèi)燃機研討會上，由美國西南研究院（Southwest Research Institute，SwRI）研究設計的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，該先進燃燒系統(tǒng)是由美國西南研究院研究設計的，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計的先進燃燒系統(tǒng)采用了2.0升D-EGR發(fā)動機，該發(fā)動機為四缸發(fā)動機，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)動機在零負載到滿負載測試中其制動熱效率達到了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)動機研究經(jīng)理Chris Chadwell在第四屆美國機動車工程師協(xié)會年會上分別介紹了各自研究小組在天然氣發(fā)動機以及發(fā)動機先進技術方面所取得的進展。此屆美國機動車工程師協(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”的技術文章。

PSA集團計劃于2018年量產(chǎn)該D-EGR發(fā)動機

根據(jù)美國西南研究院工程師們表示，該D-EGR發(fā)動機僅為四缸發(fā)動機，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)動機中，參與到廢氣再循環(huán)過程中的單個氣缸的運行模式采用了復雜的控制策略，這樣有助于提高發(fā)動機廢氣再循環(huán)容差以及降低因外部重整裝置而導致的一系列功率損失。

在該D-EGR發(fā)動機中，氫、一氧化碳富集混合物與其他廢氣一同進入再循環(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)動機燃燒速率從而提高發(fā)動機廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的容差，因此還可以提高發(fā)動機燃燒穩(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氫化合物的含量，從而提高發(fā)動機的燃燒效率。

美國西南研究院工程師們表示，該D-EGR發(fā)動機采用自然吸氣運行方式，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)動機相比，實驗結果顯示采用D-EGR循環(huán)方式的高壓縮比發(fā)動機要比低壓縮比發(fā)動機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)動機采用普通汽油（美國標準87 AKI標號，AKI為抗爆指數(shù)）時爆震現(xiàn)象與高級汽油（美國標準93 AKI標號）達到了相同的高水準。該D-EGR發(fā)動機還采用了渦輪增壓和機械增壓兩級式增壓系統(tǒng)。在發(fā)動機轉速為1500-5500轉/分鐘之間時，通過該兩級式增壓系統(tǒng)該D-EGR發(fā)動機不僅可以保證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以及換擋流暢性。

該D-EGR發(fā)動機系統(tǒng)不僅配備了專用電路設計、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)動機與普通發(fā)動機相比，其瞬態(tài)工況測試（Transient Driving Cycle）指標有13%的提高；同時在美國環(huán)境保護署公路燃油經(jīng)濟性測試（Highway Fuel Economy Test，HwFET）中，其測試指標提升了10%。在發(fā)動機轉速為2000轉/分鐘時，該D-EGR發(fā)動機有效燃油消耗率由普通發(fā)動機的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。美國西南研究院進行的實驗結果顯示，在特定的工作條件下，該D-EGR發(fā)動機燃油效率可以提升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（High Efficiency Dilute Gasoline Engine，HEDGE）項目的延續(xù)項目。其中，高效稀釋汽油發(fā)動機項目目的是為了通過為汽油發(fā)動機配備冷卻廢氣再循環(huán)系統(tǒng)以提高汽油發(fā)動機的燃油效率，最終可以使汽油發(fā)動機的燃油效率達到與柴油機燃油效率相同的水平甚至可以超越柴油機燃油效率。D-EGR項目將由Chadwell帶領繼續(xù)研究進入最新的階段——HEDGE III階段。

該D-EGR研發(fā)項目計劃于2018年達到D-EGR發(fā)動機排放滿足LEV3嚴苛排放標準的目標。