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汽车发动机效率和排放评估
摘要：
本评论文件总结了主要和代表性的发展在车辆发动机效率和排放法规中技术。本文从关键监管开始该地区的发展情况，包括新提出的欧洲RDE（实际驾驶排放）颗粒数量法规和欧6类型中国和印度在2020年的时间规定。中国将会2023年相对欧元6收紧30-40％。加州重债（HD）低NOx调节正在推进，而美国环保局则是预计制定一项协调一致的实施方案2023 。美国也展示了下一轮高温室温（温室效应（轻型）和高清引擎技术继续显示明显提高发动机效率。总结了主要发展对于汽油和柴油发动机，以满足新兴的标准和温室气体法规。几种LD汽油的概念是相对于GDI，实现了10-15％和一些高达35％的减少（汽油直喷）发动机。预测表明紧张高性能柴油发动机。高清引擎正在展示更多使用可以合理商业化的方法的50％以上的BTE;并提出了独特的建议达到55％的BTE。贫NOx总结控制技术，包括SCR（选择性）催化还原），SCR过滤器和组合系统。重点是耐久性，并大大减少排放量。柴油机颗粒物（颗粒物）物质）的减少是围绕两者的烟灰再生进行的标准DPF（柴油微粒过滤器）和SCR过滤器。研究氧化催化剂正在氧化丙烷和CO，以及甲烷在225-250℃。汽油微粒是排放的主要议题控制。本文提供了各种因素的广泛概述可以影响排放。汽油微粒过滤器的耐久性和灰分加载更好理解。最后，论文讨论了一些关键问题三方催化剂的发展，对催化剂的理解有所提高成本更低的催化剂和系统考虑因素。稀薄燃烧的进展也总结了几个实验室的汽油排放控制。
引言：
解决社会对清洁空气和更低温室气体的需求排放量，汽车行业正在采取多种方法。一个许多技术路线图的领先方法是电动车辆。因此，汽车公司正在开发它们以尽早见面市场需求和政府授权。有超过30个在美国提供插入式车辆（加上车身风格的变化和动力总成），从几个小型车（约32,000美元）全部零售价格）到一辆大型运动型多功能车（SUV，67,000美元）最高端跑车（115万美元）。但是，大多数市场预测显示，国际燃烧发动机（ICE）至少在车辆上仍占优势另外二十年。此外，直到电网显着转向低温室气体的能源来源，即车轮分析的电动汽车可能没有那么多先进的内燃机概念。因此，工作ICE与以往一样强大，数百篇论文和演示文稿每年的排放量和燃料效率都会受到鼓励用于车辆应用的发动机。两条战线都面临挑战继续收紧污染物和温室气体的标准世界所有主要市场的法规。本文重点讨论2016年与排放有关的重要发展和汽车的柴油和汽油发动机的效率和重型市场。和往年一样，它以一个开始涵盖标准的主要监管发展概况技术，从轻型汽油和柴油发动机开始，然后是重型柴油发动机。在这一节中，只有广泛的开发的目的在于总结排气技术的方向和排放挑战。下一个，该论文涵盖了精益控制NOx，柴油微粒过滤器，氧化催化剂，并与汽油排放的代表性文件关闭包括对汽油快速发展的技术微粒过滤器。这次审查并不是要包罗万象和数量基础，还要考虑包括粒子全面在对现实世界的广泛研究中提供新的重要发展和方向的例子。
条例：
bull;欧盟6轻型（LD）实际驱动排放（RDE）一致性因子在氮氧化物2.1中被确定为1.5，在颗粒数（PN）中被建议在1.5;2016年提出了几项重要法规，这些法规将会产生影响车辆排放和效率技术；
bull;中国6项法规已经明确，分别从2020年和2023年开始分两个阶段收紧CN 6a和CN 6b。尽管迹象显示到2020年全国各地的法规将统一起来，但是预计北京法规将于2017年得到澄清；
bull;美国环保署发布了最终决定，以维持2022-25的LD车辆温室气体（GHG）排放标准；
欧洲LD实际的驾驶排放：
机动车辆（TCMV）技术委员会采用了第6套欧洲6号客车和货车RDE要求的立法方案。主要的计划的关键要素包括以下四点：
（1）PN（颗粒数量）符合系数（CF）为1.5（= 1 边际），其中边际代表与PEMS）（便携式排放监测系统）设备相关的测量不确定性。这个因素需要定期审查。 CF适用于整个RDE以及旅行的城市部分。
（2）时间：PN CF适用于2017年9月开始的新平台型号认证以及2018年9月开始的所有新车型。
（3）冷启动排放将包含在EMROAD（速度分档）和CLEAR（功率分档）后处理分析中作为城市循环的一部分。
（4）RDE测试信息必须通过免费网站提供给公众。提供的信息必须包括NOx和PN的最大RDE值，OEM在辅助排放策略。
原始设备制造商开始作出回应。 例如，Allgemeiner Deutscher汽车俱乐部（ADAC）在定制的EcoTest上测试了25辆欧6柴油轿车，这种EcoTest能够测量汽车对环境的影响，其中几乎一半的得分低于WLTC氮氧化物限值，但是，只有10个GDI中只有1个 PN限制。RDE还不够完美，目前正在开展工作以确定当前的缺点，以便今后进行改进。 意识到小颗粒是颗粒排放的主要来源，因此在RDE测试中考虑纳入lt;23nm的颗粒。 在对城市拥挤区域的现实世界排放进行的广泛研究中，安德鲁斯等人表明，与低速和高速怠速加速相关的排放导致非常高的排放（10倍限制），并且不包括这种拥挤状况 在今天的任何认证或RDE测试周期中。
中国六项条例：
2016年12月，中国环境保护部（MEP）发布了最新的中国6项轻型车法规。 图1提供了该法规的关键部分的总结。 这些燃料中性标准将分两步进行，中国6a计划将在2020年实施法规，中国6b计划实施2023年起步。中国6a计划包括6times;10个颗粒/ km的PN极限，并监测RDE测试结果。 PN的CF将在2022年公布，并将于2023年开始实施完整的RDE合规。与欧洲六条例相比，中国条例的主要差异包括：
bull;2023年（6b）对标准污染物的限制更为严格。CO和HC排放限制降低2倍，NOx降低降低了约40％，并且允许的PM下降了33％；
bull;耐用性要求在2023年增加到20万公里，而欧洲则为16万公里；
bull;PN限制适用于所有发动机（柴油，汽油直喷和港口燃油喷射），而这些仅适用于欧洲的柴油和GDI（汽油直喷）发动机；种类型式测试将由OEM（原始设备制造商;汽车公司）在认证实验室进行，测试将提交给有关部门。 在正常和低环境温度下冷启动后，将使用WLTC（世界协调轻型测试循环）完成气体排放，PM（颗粒质量）和PN测试。 OEM还将执行生产和在役一致性测试的一致性，并且管理机构可以对部分或全部这些测试执行验证测试。 燃油质量也将得到改善，从2017年开始全国范围内将实施超低硫（10ppm S）中国V燃料。不过，细节还有待澄清。北京VI燃料标准已经明确并于1月份开始生效该标准将汽油芳烃含量限制在35％，烯烃含量为15％，以及旨在减少的其他特性挥发性有机物，臭氧和PM2.5的排放。
加利福尼亚州和美国环保局低氮氧化物管理章程：
为了使它符合臭氧国家空气质量标准，加利福尼亚正在继续努力，将HD NOx排放量降至最高约2024年新卡车的90％将氮氧化物排放量降至20mg / bhp-hr（26mg / kW-hr）。鉴于此，这很重要其中约20辆卡车的NOx排放量为1欧元VI卡车，这可能会导致更严格的HD NOx法规世界。加利福尼亚州，环保署和行业正在开发可行性数据在西南研究所的一个测试项目中。 （技术更新在精益NOx部分。）阿亚拉对加州监管计划进行了审查目标：
bull;优化各种认证周期的排放。
bull;评估低负荷职业周期。
bull;测试各种职业车辆的适用性
bull;制定认证的低负荷循环
bull;评估ECM（发动机控制模块）广播的准确性扭矩
加州空气质量管理区和其他地区空气质量协会请求环保局跟随加州。 EPA总结了来自众多组织的意见，并阐述了他们的观点，打算按照正式的建议通知加利福尼亚州规则制定（NPRM）在24个月内在中国实施2024.这与EPA HD温室中的第二步一致天然气管制。一些人认为，更严格的氮氧化物标准将出现在争论中耗油量增加。当然有一个在发动机硬件包内的反向关系。然而，在发动机家族中，这种关系变得复杂。 MECA（排放控制协会制造商）使用引擎2002年以来的认证数据来评估这种关系。
通常，早期的氮氧化物和颗粒物排放控制技术包二氧化碳排放增加 但是2010年以后使用EGR的发动机（废气再循环），SCR和DPF都显示二氧化碳减少和NOx排放。 尽管氮氧化物排放法规是从2010年到2016年保持不变，认证的氮氧化物排放量下降20（不包括氮氧化物信用额度），在此期间二氧化碳下降7％。
温室气体：
美国环保署和NHTSA（国家高速公路交通安全管理局）完成了他们的第二阶段HD温室气体排放规则。类似于2017年的第一阶段规则，新规定要求分两步强制减排二氧化碳，即2021年，2024年 和2027年。该规则保持单独的发动机标准，与第一阶段相比降低了约5％，并且首次包括拖车。拖拉机发动机在修订后的稳态测试中进行了测试，该测试反映了现代卡车使用的较低发动机速度。 车辆减少量是使用改进的车辆仿真模型估计的（温室气体排放模型，创业板）。 图3提供了两个阶段相对于2010年基线的总体车辆减排总体情况。第二阶段的预计增加成本约为拖拉机12,000美元和拖车1100美元，并将在第二年偿还;卡车2700美元，第四年回报; 和1350美元的皮卡和货车，并将在第三年的回报。
德尔加多和Muncrief将欧洲和美国长途卡车的油耗与19.3吨有效载荷进行了比较。 他们表明，2015年美国的卡车燃烧的燃油增加了5％，但考虑到美国的卡车每年以每年1.7％的速度在欧盟的卡车中以每年2.5％的速度增长，预计2021年美欧的平价。在这方面，预计在2017年初欧盟委员会正在使用VECTO（车辆能耗计算工具）整车模拟工具起草报告和监测HD CO2排放量的提案，并将于2018年或2019年实施。其目的是提供有关卡车燃料消耗的连贯信息，以提高行业竞争力。这可能导致HD车辆二氧化碳的调节。
发动机技术:
大多数主要国家都设定了燃油效率或二氧化碳排放量轻型车辆的减排目标。归一化到NEDC（新欧洲驾驶循环），目标是2021年的95克/公里欧洲，到2025年美国为97克/公里，到2020年为117克/公里日本到2020年为122克/公里。发动机技术正在发展迅速满足所有主要市场严格的CO2管理规定。在轻型应用的未来选择，以满足客户需求和温室气体法规将继续推动最多,迄今为止，经济选择是基于发动机的方法朝着杂交方向发展。技术进步已经允许原始设备制造商达到甚至超越目标。例如，二氧化碳欧盟新登记车辆的排放量约为120克/公里，比当年的130克/公里的目标值低8％。尽管如此，实现未来目标需要雄心勃勃的20%,从今天到2020年，二氧化碳减少25％。此外，最近的研究已经表明通过看到燃料效率的改善实验室测试并不反映在现实驾驶中条件。在重型应用中，做同样的选择限于化石燃料类型的范围，柴油发展仍然占有优势。顾客价值更为重要，正如很多高清超越所证明的那样美国的二氧化碳监管要求。然而，令人惊讶的是一些高清电气化概念引起了人们的兴趣。201年3月30日星期五下载武汉理工大学SAE国际本节将提供新引擎的最新示例技术在2016年有报道。许多有前途的方法从前几年开始逐步推进，但事实并非如此。
汽油机：
在MY2022-25温室气体标准的中期技术评估中，开会中确定了几项能够运用的技术--MY2025的目标。 检查的发动机技术包括气缸停用，可变气门正时，涡轮增压缩小GDI发动机，EGR，阿特金森和米勒循环，减少发动机摩擦，等等。本节回顾值得注意的引擎技将在2016年取得进展。
表1列出了一些有前景的发动机减排技术在燃料消耗和二氧化碳排放。如图4所示，马自达的Okita概述了他们的愿景，即在许多电网中，与电动汽车实现井 - 轮CO2等效的IC发动机效率提高25％。其战略要素包括：（a）从3.7 L V6至2.5升增压I4发动机可使每个泵送损失和发动机摩擦减少30％; （b）通过在低速下清除和在中/高速下HP冷却的EGR，在高负荷下改进的耐敲击性，有效CR = 10.5。最近有关HCCI（均质充气压缩点火）发动机首次实际应用的报告，尽管马自达尚未正式发布此类发动机。此外，车辆和传动技术的改进也被考虑用于改善燃料经济性。在EPA进行的基准测试和模拟研究中显示，从2014年马自达SkyActiv2.0L开始，通过应用未来的技术包，如减重，滚动阻力和空气动力阻力，停止启动技术和8速变速器。城市 公路燃油经济性可达52英里/加仑。
在开发汽油直喷技术方面取得了进展压缩点火（GDCI）发动机的目标是满足Tier3-Bin30限制。BSFC（制动燃料消耗量）为211-214克/千瓦时，在宽负载范围内展示，略高于200克/kWh BSFC。 Gen 3设计使用16：1的高CR和注射350巴的压力。有关方面仍然存在重大挑战与低温燃烧相关的催化剂起燃。HC需要高转换效率（gt; 99％）尤其难以在较低的排气温度下转换。该机构正在探索的后处理系统具有预涡轮催化剂，HC捕集器，SCR和用于非循环颗粒的被动式GPF。专用EGR概念，其中一个汽缸的排气被输入用于四缸发动机的恒定25％EGR的进气歧管，进一步改善。高CR的发动机设计优化证明13.6：1能够从12-14提供小于200克/千瓦时的BSFC BMEP和1500 - 3500 rpm。之前的车辆测试显示达到31 mg / mi的NOx NMOG排放的潜力，就在LEV-III限制之外。较低的排气温度构成HC排放的挑战和HC陷阱正在考虑之中缓解这个问题。使用比较发动机性能燃料
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