في ظل الخلفية الحالية للزيادة الحادة في مبيعات سيارات الطاقة الجديدة ، ألقى النمو المستمر والمستمر للحصة السوقية للسيارات الكهربائية الهجينة (PHEV) اهتمامًا كبيرًا واحترام كبير للبحث وتطوير محركات هجينة مخصصة (DHE). في الوقت الحاضر ، فإن أعلى الكفاءة الحرارية للفرامل (BTE) التي يمكن أن تحققها المحركات الهجينة المخصصة الموجودة في السوق حوالي 41 ٪. لتقليل استهلاك الوقود بشكل كبير للسيارة بأكملها ، يعتبر زيادة تعزيز الكفاءة الحرارية للمحرك استراتيجية فنية فعالة للغاية وحاسمة.
لخص الخطاب الرئيسي الذي ألقاه مارك سينس ، نائب الرئيس الأول لـ IAV ، في مؤتمر تورينو لعام 2024 حول انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في أنظمة النقل ، الوضع الحالي لتكنولوجيا المحرك المختلطة المخصصة. تحدد خارطة الطريق التكنولوجية بوضوح مسار التحدي الفني الشامل لزيادة الكفاءة الحرارية للفرامل تدريجياً (BTE) لمحركات البنزين من 39 ٪ الحالية إلى 50 ٪+. هذا الهدف ليس مجرد زيادة رقمية بسيطة ولكنه يمثل مظهرًا شاملاً للتطورات في علم الاحتراق ، والتحسين الحراري الديناميكي ، والتكامل العميق للكهرباء ، ويمثل اتجاه وتركيز تطوير تقنية المحرك المستقبلية.
التحديات الفنية: ثلاث مجالات اختراق أساسية
ثورة التحكم في الاحتراق: الانتقال من "السلبي" إلى "النشط" PCSP
- PCSP السلبي: يعتمد على اختلاف ضغط الأسطوانة لتوجيه حقن الوقود ، مع تحمل معدل التخفيف المحدود (~ λ أقل من أو يساوي 1.6).
-PCSP النشط: يدمج حقن الوقود وإشعال النقطة متعددة النقاط ، وتحقيق احتراق رفيع للغاية مع λ أكبر من أو يساوي 2. 0 ، مما يزيد بشكل مباشر من الكفاءة الحرارية بواسطة 2-3 ٪.
-التقنيات الرئيسية: تصميم ومعالجة ثقوب حقن غرفة ما قبل الاحتراق والمتانة ، والتحكم في الإشعال عالي الطاقة.
إعادة تكوين تدفق الطاقة: اختراقات هندسية لاستعادة حرارة النفايات (WHR)
نظام دورة Rankine: استرداد طاقة العادم (300-600 درجة) ، يدفع المولد إلى إخراج 5 كيلو واط إضافي.
- تقنية التبريد تغيير الطور: تستخدم مواد تغيير طور Microcapsule (PCM) لامتصاص الأحمال الحرارية المؤقتة ، ويقلل من الطلب على تدفق سائل التبريد ، ويقلل من فقدان الطاقة.
- تحدي تكامل النظام: يحتل WHR أكثر من 8 لتر من المساحة ، يحتاج إلى التنافس على مساحة التخطيط مع البطاريات/المحركات الهجينة.
التصميم المشارك للوقود والمحركات: تأثير الاستفادة من الوقود الإلكتروني
- Ron 97 + الوقود الاصطناعي: يقلل من التفجير الفائق ، يزيد من نسبة الضغط.
- إمكانات التخصيص الجزيئي: يحسن مكونات الوقود لخاصية الترطيب لحاقن GDI ، يقلل من انبعاثات PN.
معركة غير مكتملة: أسئلة مفتوحة نحو 50 ٪+
تحدي الحد المادي
- كثافة تدفق الحرارة المحلية في غرفة الاحتراق> 5 ميجاوات/م² ، يجب تقييم جدوى تطبيق قمم مكبس مصفوفة السيراميك (CMC).
- Corrosion inhibition under high EGR rate (>30 ٪) ، يجب تطوير الطلاء الجديد لمكافحة التآكل.
ينمو مؤشر التعقيد بشكل كبير
- اقتران قوي متعدد المتغيرات: معدل EGR ، VVT ، حقن الوقود ، الاشتعال ، يجب أن تكون صمامات WHR مُنسقًا وتحسينها خلال 100 مللي ثانية.
- Computational power requirement for digital twin models: >1000- تصبح مجموعات الحوسبة في الوقت الفعلي الأساسي قياسيًا للمعايرة.
مفاضلة التكلفة والموثوقية
- New cost for 50% efficiency systems (energy recovery systems, post-treatment systems, etc.): >1200 دولار ، يحتاج إلى مشاركة من خلال أنظمة أخرى.
- WHR evaporator experiences >1000 صدمة حرارية في دورة WLTC ، تفتقر إلى نماذج التنبؤ بالحياة التعب.
الطبيعة التي لا يمكن استكمالها لمحركات الاحتراق الداخلي عالي الكفاءة
- دور "القلب" في الأنظمة الهجينة: يمكن لمحركات BTE بنسبة 50 ٪ تقليل استهلاك وقود PHEV عن طريق 15-18 ٪ مقارنة بالمستويات الحالية ، وتتمكن من انبعاثات الكربون مماثلة للسيارات الكهربائية النقية (BEV ، استنادًا إلى هيكل طاقة الفحم في الصين).
- تقنية الانتقال الرئيسية لحياد الكربون: إلى جانب الوقود الإلكتروني ، يمكن أن تقلل من انبعاثات الكربون النقل العالمية بمقدار 9.2 GT بحلول عام 2035 (التنبؤ IEA).
-قيمة الردم التكنولوجي: السيطرة على الاحتراق الفائق ، والمواد ذات درجة الحرارة العالية ، وتقنيات الإدارة الحرارية الذكية سوف تسريع تسويق محركات الاحتراق الداخلي للهيدروجين.