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Xavier Ribas:满足当前排放标准的液化天然气发动机

日期:2010-07-16    来源:新浪汽车综合  作者:新浪汽车综合

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2010
07/16
16:57
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关键词: 排放标准 液化天然气 发动机

    2010中国(长春)国际汽车论坛暨中国汽车工程学会年会是一年一度的中国汽车工程学会年会作为行业内高水平的综合性学术交流活动,是汽车及相关行业内的广大科技工作者进行学术交流的重要平台,本次大会主题是汽车可再生能源。以下为现场实录。


    主持嘉宾(同济大学校长助理,中国汽车工程学会副理事长余卓平教授):刚才有两个很精彩的报告都是关于电动车的领域,下面两个报告我们第一个阶段,把视觉转向商用车,第一个报告是满足当前排放标准液化天然气发动机,有请艾普拉斯-伊狄达集团商用车动力总成项目经理Xavier Ribas先生。

  Xavier Ribas:我发言的主题是要跟大家介绍一下液化天然气发动机,尤其是用于卡车的液化天然气发动机,我们的公司在大陆还不是特别的有名,我们是一个西班牙的工程公司,有900多个工程师,与非常多的OEM进行合作,也与很多供应商进行合作,我们也有非常先进的技术和测试设备,包括一个非常先进的全面的测试场地和先进的实验室。

  这是我们在全球范围内的足迹,大家可以看到,我们在上海也有自己的办事处。所以,我们目前来自于中国的团队也给我们提供了很多的支持,谢谢。

  我们主要的优势之一就是我们可以为我们的客户提供全方位的解决产品的方案,我们将它称之为全方位解决方案,在设计方面我们有CAD、CAE,CFD,还有测试方面的服务,除此之外在认证以及整个认证的系统之内,我们与许多其他的公司之间共同开展认证的工作,这是我们的设备,这是我们在西班牙的一个场地,在这里大家可以看到,总共有14个不同的跑道,我们总部包括工程部,我们可以提供工程以及测试方面的工作,这对于我们客户来说是一个非常重要的基础设施,他们对于我们这样的测试场地感到非常的满意。

  动力总成部门,这个就是我自己的部门,我们这个部门有100多个工程师,这些工程师都是从事动力总成的研究工作的,我们主要的职能包括发动机以及整车测试以及性能和驾驶性以及冷却还有排放等等,我们主要的专业领域包括ICE以及电动车、混合电动车,比如对北美市场我们也提供一些引擎以及底盘还有里程计算等等这样的一些服务,这张图上大家可以看到是我们的测试设备,这里有测试床,还有一个气候舱,还有一个气候排放的测试单元。

  我要介绍一个实际的项目,对于未来的排放要求以及现实的排放要求,欧洲有欧五标准,但是未来的要求会是什么呢?我们知道欧洲,除了目前有欧五的标准之外,对于在此基础之上我们还可能有欧六以及,甚至在欧六之外我们还会看到欧洲,比如采用欧七这样的标准,对于欧六来说,我们看到它有一些新的变化,比如像是新的认证周期,冷启动和热启动的测试,在欧七之下,还要纳入其他的参数,像二氧化碳的减排量,以及混合动力量,还有替代燃料的使用情况等等,目前欧洲主要的标准还是欧五,对于欧七标准来讲,欧七会对于二氧化碳排放有更高的要求,它也会对于替代能源的使用会制定强制性的标准,从而减少排放量。

  这种高密度的LNG发动机,我们看到这个高密度发动机LNG发动机,研发的时候是始于前几年的努力,我们当时的初衷就是要满足消费者的需求,帮助车队,包括消费者解决他们在燃料成本方面的负担,尤其是对于那些车队的运行。

  下面我们看一看重型卡车市场,我们可以看到,99.5%在路上跑的重型卡车都是用的柴油。另外他们在选择发动机功率的时候,主要取决于他们要行驶的里程,另外他们所使用的发动机都是6缸发动机,发动机的排量我们可以看到,大概是10到14L,今天大家都使用高压的柴油发动机,而且我们还使用EGR或者是使用满足欧五标准的发动机,目前可用的NG的发动机主要是6到8L,所以市场上存在很大的需求,我们需要更大功率的发动机,但同时我们也需要这些更大功率的发动机能够减少油耗,不仅减少排放,同时也能够提升发动机最大功率。对于我们来说,我们在研发技术的时候,一定要满足监管的要求,我们在提供解决方案的时候,一定要满足市场的实际需求,比如说我们需要来进一步的提升发动机的功率,我们需要进一步的减少成本,而且我们需要来进一步的提升燃油效率等等。

  这里是关于西班牙的LNG的发展情况,这里是西班牙的特点,可能对于其他的国家来说不太适用,但是我们可以看到,在西班牙90%的天然气都是直接来自于液化天然气的,另外我们也看到主要在西班牙的天然气的运输都是采用液化天然气的形式,由卡车运输。LNG西班牙的价格非常便宜,每公斤只有0.58欧元,我们有非常标准的天然气站来接收这些天然气。

  项目的目标,我们要将典型的柴油重型卡车转换成为天然气重型卡车,为什么很重要呢?因为我们看到对于对于的高密度的引擎,向NG转换的时候,我们需要它的功率达到450HP,扭矩要达到1800,另外对于大多数的城市来说,像西班牙一些主要的城市还有欧洲的主要城市,他们都制定了非常严格的排放标准,因此对于这样的发动机的转换的项目实施的过程当中,我们也要进一步满足排放的监管要求。我们跟OEM进行合作,我们也与欧洲的很多供应商进行合作,向市场提供最能够满足市场需求的产品,比如像是我们提供480马力的卡车,最重要的是我们可以满足这些卡车的运行需求。

  看看项目定义,这里是一个工程环,从测试场地到引擎的校准再到原形的设计再到基准引擎再到卡车测试,我们采用了CAB以及其他的一些设计软件来设计原形。

  我们可以看到,这是一个非常典型的卡车训练出来作为一个对照组,我们做选择的对照组的重型卡车是依维柯480柴油,认证我们的主要目标就是认证这些引擎来真正投入市场,实现商业化运行,我们对于不同的市场有着不同的测试要求,比如我们也会考虑欧洲的上班周期的要求,另外还采用欧五EC的要求进行认证。

  下面介绍一下我们NG的发动机的概念,我们发动机要纳入到我们车辆当中来,我们在车辆当中纳入了非常多的通讯系统,我们也与整个车辆所有的电子系统之间实现了跟我们发动机的匹配,我们强专门建立了一个新的LNG的池子和一个LNG的油箱,还设置了新的不同的体系和新的系统,来保证油箱的油泵的正常运行,这是我们设置的不同电子连接系统不同的数据,大家可以看到,我们在引擎方面受到的一些限制性,我们性能的目标就是我们功效能够达到450,扭矩能达到大于1500的水平,我们还使用了对照组的一些基本的元素,比如像是一些外围结构以及涡轮发动机,还有发指以及气门还有传感器等等,我们主要目标就是减少OEM的成本,我们也要使用更高的更优化的VTJ的涡轮发动机,来实现瞬间的功率,我们可以看到我们使用了Leae burm的发动机,另外我们需要使用合理的排放减少系统,我们会尽可能优化的使用催化剂以及润滑油系统,减少排放,满足欧三、欧四、欧五的要求,我们采用多个不同的系统来控制发动机缸之间的参数变异值。

  这是一个对照组的发动机的研究,这是我们的基准发动机的图式,在这里我们可以看到,这里我们对于发动机缸进行了研究,研究了柴油发动机中所使用的机械解决方案,而且还引入了一些新的改进在LNG的发动机当中,改进了凸轮轴以及摇手还有制动系统,还做了一个ED的模拟,做3D成本会更高,我们做了一个发动机模拟模型,我们白手起家,自己制定了这样一个模拟模型,在进行NG的发动机的模拟的时候,我们选择了各种各样的市场因素,像是监管因素,以及市场当中VGT的优化因素等等,还做了3D的模拟,用3D模拟主要是要进一步地来检查不同的零部件的发动机中的功效,比如我们进一步优化了注射器时间的间隔,制定了更为完善的混合流程,还进一步优化了活塞的设计,就可以提升内燃机的效率。

  这是我们最后CAD的模型,这个模型非常重要,我们要将所有的组建集成在这个新的发动机上,我们所面临的问题就是在生产的过程中,我们需要找到,在模拟的过程当中我们看到,我们需要找到那些对于项目来说,最为关键的成功点是什么,我们也需要帮助我们的工程师解决那些把不同的组建纳入到发动机中主要的技术性问题,比如像是我们需要设计一个全新的燃烧系统,我们也需要对于凸轮轴进行改进,我们还需要对于新的燃火还有扭动系统进行全新的设计。

  我们目前也在设计新的ECU,我们和许多供应商讨论ECU,问他们是否有兴趣,我们对于我们的销售商和客户来说,EUC是一个全新的设计,还设计了很多新的硬件和软件的平台,来用于天然气发动机的引擎,比如像是我们设置了软件以及硬件,我们目前在市场上还没有现有的解决方案,所以不得不解决一些全新的基础问题,包括硬件和软件方面的问题,目前发动机已经接受了2010年标准的认证,这是一个非常重要的认证标准,现在我们的发动机已经做好准备向市场投放。

  校准,校准也非常重要,我们需要来研究它的顺势周期以及从欧三的认证,这些顺势周期的认证对于发动机来说非常重要,这对于我们来说也是一个非常重要的任务,也是一个很艰巨的任务,因为我们要确保在我们的实验室里面能够采用测试台来对引擎进行校准,我们也需要来考虑发动机缸的补偿问题,我们还需要进行发动机缸内的压力测量,从而优化燃烧,另外对于点火时间也做了很多的研究,还优化了氮氧化物,通过进一步提升燃烧,同时避免误打火,误燃烧这样的问题来进一步的提升氮氧化物的使用,所以我们可以看到,另外还有催化剂的运行的优化也是非常重要的。

  这是测试台上一个真实的发动机,如果大家还能记住CAD的研究结果的话,这就是CAD设计模型跟真实的发动机之间非常的相似,大家可以在这里看到我们所使用的不同于来自于市场上的供应商的组建,还有ECU是我们公司自己的产品,在这里大家都可以看到。

  测试的结果我们看一看,测试了ESC周期的测试,这是一个动态的测试,我们做了一个基线DOC的测试,我们采用欧三、欧四、欧五等等不同的标准对于结果进行比较,可以使用同样的系统进一步拓展测试结果,也可以使用不同种类的发动机放到我们的平台上来,但对于ETC来讲,他没有办法采用后处理的方式,但是我们必须要考虑到这些后处理其中的一些方法。

  (PPT),加强循环,整个过程当中我们需要它的再校准,还有对于ETC方面的优化,还有要注意特殊的催化剂在其中的使用,所以说这个过程比静态的情况更加复杂,另外我们还要根据欧四来平衡整个的引擎的CO和THC的水平。

  最后一个配置方面,我们使用DOC的催化剂,而且我们把它进行再次的验准,进行测试,我们还使用了一个新的系统,这个已经在卡车内部了,因为我们现在使用欧四或者欧五现行的模式已经集成了这一系统,我们可以使用这些尿素的喷射器来降低NOX的排放,另外我们可以降低内燃机里面的一个NOX的排放,因为相对来说温度较低,并且对于NOX的排放来讲非常关键,因为我们知道这种因素是在欧五标准当中不会被允许,所以我们使用这样的一种配置的方式,给我们有更好的一些机会,使我们满足欧四、欧五方面的要求。

  这是我们在二氧化碳排放在整个循环当中测试的情况,特别是在燃油的消耗方面,首先我们可以看到,引擎的燃油消耗,油耗得到了优化,特别是在一些关键点上,因为相对来说,我们看到这些变速以及常速的情况下不同的负载的情况,更重要的一点,我们可以实现超过750公里的驾乘的范围。所以说,在西班牙的一些城市或者说像法国和西班牙之间进行驾驶,甚至是很多的一些区域只要是中间在800公里之内的话,都可以通过使用这样的技术来实现连通。

  这是我们的一些基准的研究,我们把它与基准的卡车系统进行一些对比,通过使用这种去活化的方式去实现15%到20%的二氧化碳的排放的降低,并且主要是集中在ECU的算法当中,并且我们认为对于ATC来讲这也是非常好的方式,我们能够实现比较低的负荷,这个表现逐渐就可以与整个汽油机的表现逐渐相近。

  下一步我们也在同样的项目当中有一系列的发展,刚才我讲过了去活化的方式可以实现15%到20%的二氧化碳的减排,刚才也提到了负载的降低,但是它实际当中的表现可能和这种算法的情况稍微有一定的差别,因为对于一些大型的发动机有6个气缸的情况下,会稍微有所不同,所以说这是一个新的趋势,也是我们在进行研究的一部分。

  我还想给大家展示一下我们应用的情况,我们另外的一个引擎,实际上相对来说情况比较相似,但是它主要是用在一些重型卡车当中,这里是安装在一些梅赛德斯奔驰的大卡车当中,使用的是基本相似的系统,它的性能和一些大型的发动机的性能是比较相似的,而且可以在LNG的加气站来使用LNG或者CNG,谢谢大家。

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