内燃机及污染防治技术,该向何处去?(2)
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【摘 要】:汽车在行驶过程中会排出二氧化碳,如果把二氧化碳吸收以后再做燃料,形成周而复始的循环就形成了碳中性,汽车再怎么开,整个大气中二氧化碳没有增
汽车在行驶过程中会排出二氧化碳,如果把二氧化碳吸收以后再做燃料,形成周而复始的循环就形成了碳中性,汽车再怎么开,整个大气中二氧化碳没有增加。利用可再生能源,风能、太阳能等发电制氢,用氢捕捉二氧化碳制成燃料,从而实现碳中性。
目前,国际上的光伏发电价格约为每度电1.35美分,大约为0.1元人民币,下一个目标是一美分,我国西北地区弃风弃光造成的电力资源浪费大约为30%~40%,光伏发电可以制氢。美国、欧洲、德国、沙特、日本等都在开展全新概念清洁燃料研究,我国也提出了液态阳光(清洁甲醇)概念。
从未来的发展趋势看,内燃机还有很强的生命力,全球几大汽车企业向市场推出的混动汽车、PHEV、增程式电动汽车,这些都需要使用内燃机。燃油车和电动车不是零和博弈,用途上各有所长,也各有分工,两者的融合势在必行。
氢内燃机是发展方向之一
燃料中的有害物质在燃烧过程中被释放,如果燃料很干净,就不会释放碳氢、CO、二氧化碳等有害物质。20年前,宝马汽车曾经尝试氢气在发动机内直接燃烧,然而,这项研究后来停止了,从技术上也可以说这条路有很大的难度。
在这次研讨会上,联合汽车电子有限公司高级系统开发专家苏建业博士的演讲题目是《氢燃料内燃机燃烧与排放特性的试验研究》,这一下子把参会者的兴趣提了上来,当年宝马汽车失败进行了研究,联合电子如何重放光彩?
苏建业似乎知道大家的关注点,首先回顾了氢燃料内燃机技术发展变化,同时,技术进步让氢燃料内燃机重新回归视野。
相比20年前,氢燃料内燃机在可用技术方面取得了显著的进步。700bar高压储氢技术已经在燃料电池中获得量产,这解决了氢内燃机车辆载气量较低的问题。20年前,宝马采用气道喷射燃烧的方法,如今已发展出缸内直喷,缸内直喷氢气喷射系统具备量产可行性;增压技术的进步满足了氢燃料内燃机对功率的需求,从以前的30kw/l提高到80kw/l,翻了一倍多;氢燃料内燃机的缸内净化技术促进了近零排放目标的达成。“更重要的是,加氢基础设施建设越来越广泛,为氢内燃机的使用搭起了平台。氢气作为一种能源,价格有望进一步下降,用户能够用得起。”苏建业说。
这些技术进步取得了什么样的成果?据介绍,当前的2.0L、涡轮增压、缸内直喷氢燃料内燃机的功率、扭矩,与2.0L增压直喷汽油机相当。
从氢燃料的物理化学性质看,氢的自燃温度比汽油高200~300℃,但是点火能量只有汽油的十分之一,这特别适合火花点火的燃烧方式。氢气的可燃范围比柴油汽油都宽,非常容易着火,这注定了氢气可实现稀薄燃烧,甚至超稀薄燃烧。氢气也有不足的地方,就是混合体的热值比较低,因此对增压技术要求比较高。
联合电子的氢燃料内燃机试验发动机是2.0L,涡轮增压、缸内直喷汽油机,几何压缩比为9.8,进气和排气采用VVT,还有2个可变涡轮截面涡轮增压器,在ECU方面也做了调整。
试验样机的排放结果也令人满意,没有二氧化碳和颗粒物排放,在测试中有碳氢和CO,不过数量极少,大约4.6PPM。“这是没有进行后处理的结果。”苏建业说。发动机毕竟需要机油进行润滑,有些机油会泄漏至缸内,从而产生碳氢和CO。
氢燃料内燃机最大的挑战是NOx,因为输入的空气中既有氧气也有氮气,只要高温,氧气与氮气就会结合产生化学反应,从最后的结果看,也在10PPM之下。
氢燃料内燃机的短板是升功率不足,缸内直喷达到80Kw/L之后,就很难提升,热效率也比传统汽车低一点。尽管氢燃料内燃机还有诸多的不足之处,但尾气排放是传统汽车根本不可比拟的地方。
尾气超标治理重在监督治理
液态阳光、氢燃料内燃机还是比较远的事情,机动车尾气治理不能等到这些技术量产后再治理,加强监督治理成为必然趋势。生态环境部机动车排污监控中心副主任尹航就《我国机动车排放监管政策法规解读与未来监管趋势》进行了演讲。
经过一段时间的治理,我国空气质量达标城市比例逐年提高,2019年337个城市中,157个城市空气质量达标,占比为46.6%。与2018年相比,PM10和二氧化硫浓度下降,臭氧浓度上升,其他持平。总体上,PM2.5防治的形势依然严峻,同时臭氧污染又日益凸显。
文章来源:《小型内燃机与车辆技术》 网址: http://www.xxnrjycljs.cn/zonghexinwen/2021/0707/1118.html
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