Национальный центр передовых технологий (NCAT), входящий в состав Национальной лаборатории EPA по выбросам транспортных средств и топлива (NVFEL) в Энн-Арборе, штат Мичиган, возглавляет группу, которая оценивает эффективность передовых технологий с низким уровнем выбросов и расходом топлива путем сравнительного анализа широкого спектра ключевых легковых автомобилей, двигателей и трансмиссий (LD).
Команда Te NCAT тестирует передовые технологии, используя лабораторные методы тестирования для характеристики контроля двигателей и расхода топлива. Среди сравниваемых технологий на сегодняшний день - форсированные двигатели с высокой степенью сжатия (CR) и естественной аспирацией (содержащие такие современные компоненты, как регулируемый ресурс клапанов (VVL) и синхронизация, деактивация цилиндров и интегрированные выпускные коллекторы), высокоскоростные автоматические коробки передач 8+, трансмиссии с непрерывным вариатором, а также гибридные компоненты.
NCAT использует углубленный, подробный инженерный анализ наряду с обширными лабораторными испытаниями двигателей и динамометров шасси для оценки передовых технологий транспортных средств, двигателей и трансмиссий.
Тестовые данные используются для различных целей, включая документирование работы двигателя в полных картах двигателей, проведение технического анализа эффективности технологии и предоставление информации для полного моделирования транспортных средств с помощью инструмента АООС "Advanced Light-Duty Powertrain and Hybrid Analysis" (ALPHA). Данные лабораторных испытаний и результаты моделирования ALPHA продолжают использоваться для поддержки оценки стандартов топливной экономичности низкотемпературных транспортных средств (FE) и выбросов парниковых газов (ПГ), а также для определения разрыва между лабораторными и фактическими выбросами в процессе эксплуатации.
Уменьшенные форсированные двигатели являются ключевой технологией, используемой сегодня для достижения целевых показателей, а также стандартов выбросов парниковых газов и энергоэффективности. Чтобы понять текущие характеристики и эффективность усовершенствованных двигателей на переднем крае автомобилестроения, EPA сравнила модель 2016 Honda Civic с 4-цилиндровым 1,5-литровым двигателем L15B7 с турбонаддувом и его CVT. Полное сравнительное исследование этого транспортного средства включало как испытания на шасси, так и испытания на динамометрическом двигателе для измерения эффективности работы транспортного средства и двигателя.
Эталонное тестирование методом бенчмаркинга
Испытание методом Te включало установку двигателя в испытательную ячейку динамометра двигателя с привязкой проводки двигателя к полному автомобилю, припаркованному вне испытательной зоны. Эта технология позволила составить карту двигателя с помощью бортового устройства управления двигателем (ECU) автомобиля со встроенной калибровкой и всеми необходимыми входными сигналами, включая сигналы, интегрированные с другими датчиками автомобиля. Измеренные значения включают крутящий момент, расход топлива, температуру, давление, давление в цилиндрах и данные шины OBD/CAN.
Сбор и анализ данных испытаний
Данные были собраны с использованием как стационарных, так и переходных тестовых процедур для надлежащего описания работы двигателя на холостом ходу, низких/средних и высоких нагрузках. При более высоких нагрузках была разработана процедура кратковременных испытаний для наблюдения за изменениями в управлении и рабочих характеристиках двигателя, которые происходят, когда блок управления начинает защищать двигатель от перегрева, предварительного зажигания и ударов. В то время как транспортные средства редко работают в области высоких нагрузок их карты двигателей по городу и шоссе циклов регулирования, выбросы двигателей могут значительно увеличиться во время цикла вождения в реальном мире и становятся все более важной областью исследований в EPA и в автомобильной промышленности.
Карты расхода топлива
Если тестирование двигателя было завершено, то карты расхода топлива были составлены на основе данных испытаний двигателя. Эти карты необходимы в качестве исходных данных для ALPHA, полной имитационной модели автомобиля EPA, для оценки выбросов CO2 в городах и при движении по автомагистралям.
Сравнение двигателя Honda с другими производственными двигателями
Использование ALPHA-T для получения аналитических результатов по выбросам CO2, EPA использует ALPHA, основанную на физике компьютерную имитационную модель, способную анализировать различные типы транспортных средств и технологии силовой передачи. Для моделирования характеристик приводного цикла модель ALPHA требует ввода различных параметров автомобиля, включая параметры инерции и нагрузки (RL) автомобиля, характеристики компонентов и эксплуатационные данные.
Технология Сравнение с другими турбодвигателями
Проведена сравнительная оценка конструкции и производительности 1,5-литровых двигателей Honda L15B7 по сравнению с некоторыми другими двигателями прошлых, настоящих и будущих моделей с уменьшенной мощностью. Этот анализ помог продемонстрировать, как новый движок Honda вписывается в технологический фронт с другими движками, разрабатываемыми в настоящее время. Текстовый анализ показал, какие технологии использует этот движок и есть ли потенциал для добавления дополнительных технологий, чтобы сделать его еще более эффективным.
Потенциал для повышения эффективности
В конце концов, обсуждаются два примера потенциальных будущих технологических достижений, которые могли бы расширить преимущества сокращения выбросов CO2 двигателями с турбонаддувом.
Метод эталонного тестирования
Метод АООС для сравнительной оценки движков включал его установку в испытательную зону динамометра двигателя при подключении (привязке) проводки двигателя ко всему транспортному средству, которое припарковано рядом с испытательной зоной. Данная методика испытаний позволяет управлять движком с помощью бортового компьютера транспортного средства со встроенной калибровкой и всеми необходимыми входными сигналами, включая сигналы, интегрированные с другими датчиками транспортного средства.
Транспортное средство
Цель этой сравнительной оценки состояла в том, чтобы охарактеризовать двигатель при работе в испытательной зоне динамометра движка так, как если бы он работал в транспортном средстве. Te ECU в современных автомобилях требует связи с другими модулями управления для мониторинга работы всего транспортного средства (безопасность, вход, включение клавиш, сигналы приборной панели и т.д.). Поскольку для работы блока управления необходимы сигналы от этих модулей, их необходимо распространить на испытательную ячейку, чтобы блок управления мог принимать сигналы, указывающие на правильную работу транспортного средства. Для этого эталонного тестирования жгуты проводов были удлинены, чтобы соединить блок управления в испытательной зоне с остальной частью транспортного средства. В результате движок, расположенный в динамометрической зоне, был привязан к шасси своего транспортного средства, расположенного вне зоны.
Количественная оценка степени Atkinson - Существует множество способов количественной оценки степени использования двигателем цикла Atkinson или Miller в данной рабочей точке, в том числе:
- Коэффициент расширения и хода сжатия (м/м)
- Коэффициент расширения и коэффициент сжатия (м3 /м3 )
- Повышенная эффективность конверсии топлива в Отто-цикле (%)
- Чрезмерно расширенный цикл Отто с насосным контуром (%)
Выводы
- Метод эталонного тестирования с использованием привязки транспортного средства к движку в динамометрической ячейке был расширен и теперь включает более надежную процедуру испытания при высоких нагрузках, которая фиксирует переходный характер работы движка в зоне высокой нагрузки, в которой происходит обогащение.
- Разработанные новые методы испытаний, наряду с традиционными процедурами испытаний в установившемся режиме и низкоскоростными испытаниями трансмиссии, позволили проводить испытания двигателя во всем рабочем диапазоне, включая холостой ход, нагрузку от низкой до высокой при стехиометрической нагрузке и высокую при командном обогащении топлива.
- Карта Te BTE для двигателя Honda L15B7, разработанная на основе тестовых испытаний, показывает высочайшую эффективность среди всех общедоступных карт для серийных турбонаддувных двигателей. Текстовая карта, разработанная на основе бенчмаркинга, аналогична карте, ранее опубликованной компанией Honda для версии этого же 1,5-литрового движка.
- Обзор других двигателей с турбонаддувом, выпускаемых в настоящее время, свидетельствует о постоянном прогрессе в освоении технологий и повышении эффективности, приближающемся к уровню проектирования EPA перспективного движка с турбонаддувом на основе моделирования двигателя EPA/Ricardo EGRB24, разработанного на основе передовых технологий. Многие из технологий, включенных в эту будущую концепцию, уже включены в последние производственные движки, и дополнительные технологии, не предусмотренные в Анализе регулирующего воздействия EPA 2012 года, появились на рынке двигателей.
- Значимый неиспользованный потенциал повышения эффективности все еще "на столе", как из уже реализованной в той или иной форме технологии в существующих производственных движках, так и из технологии, которая даже не применялась в сочетании с другими передовыми технологиями (например, деактивация фиксированного цилиндра, деактивация ФЦН, VVL, цикл Миллера, VCR и варианты зажигания бензиновых компрессоров).