近期，发动机技术论坛 (ETF) 举办了一场网络研讨会，重点讨论了内燃机领域为提高发动机效率和减少排放而进行的各种创新。行业专家就燃料、后处理等话题进行了深入探讨。
然而，网络研讨会的很大一部分内容都集中在内燃机本身的技术进步上。
网络研讨会的这一部分由发动机和动力总成制造商FPT工业公司的技术中心总监伊万·泰特 (Ivan Tate) 拉开序幕。他回顾了FPT为提升性能、降低油耗和提高生产效率而进行的创新。
泰特称内燃机“在未来几年仍将是主要动力来源”，并重点介绍了FPT公司的13升XC13发动机平台，该平台可配置使用多种燃料，包括柴油和天然气，而这两种燃料也是他讲话的核心。
引擎演化
泰特讨论了 XC13 的发展历程，从 1998 年的 Cursor C13 开始。
FPT Industrial 的 XC13 在 2022 年 IAA 交通运输展上亮相。（图片：FPT Industrial）“这款发动机最初是为公路行驶而设计的，我们在2010年代初将其应用于非公路领域，”他说道。“动力方面有所提升——采用了双级涡轮增压技术。然后，大约在2012年，严格的法规开始出台。之后，它发展成为天然气动力（2017年），作为一家公司，我们意识到了当前形势。因此，在2018年，我们推出了Cursor X概念车——我们真正关注的是产品的可持续性、模块化和灵活性。而XC13正是真正意义上的新一代产品。”
无论燃料类型如何，FPT 为 XC13 选择的一项共同创新是将气缸体和气缸盖的标准铸件改为球墨铸铁 (CGI)。
“这使我们能够减轻重量，同时提高刚性，”他说。“因此，这有助于减少排放，也有助于我们维持更高的气缸压力。”
与 C13 发动机相比，FPT 的改进使柴油和天然气车型的重量减轻了约 10%。
减少摩擦
FPT 还试图通过在连杆和销上使用新材料来减少 XC13 的摩擦——泰特称之为一项关键发展。
“这看起来很简单，”他说。“改进轴承表面材料，减小接触面积，调整间隙以优化摩擦。但我们也考虑维护性，例如延长维护周期，提高承载能力（相比前几代产品）。因此，我们需要与润滑油制造商合作，并进行大量的耐久性研究，才能真正实现这些优势，并达到我们预期的效果。”
气门机构系统的其他改进使柴油版 XC13 的制动性能提高了 29%，天然气版 XC13 的制动性能提高了 300% 以上——两者均与前代 C13 相比。
“这在一定程度上显然提高了驾驶性能，但也接近了其他一些正在进入排放范围的排放物，”他说道，并补充说，这包括刹车粉尘和与部件磨损相关的排放物，这些排放物在尾气燃烧排放量大幅降低后开始出现在排放图表上。
辅助设备和控制装置
除了更轻的发动机重量外，另外两项改进也提升了车辆的性能和燃油经济性，分别是智能辅助系统和先进的燃烧控制系统。泰特表示，这些辅助系统包括变速油泵和水泵，它们可以采用两级变速或全变速设计。从控制角度来看，XC13 配备了先进的燃烧控制系统和热管理系统。
“尤其是在启动条件、寒冷条件和瞬态条件下，燃油喷射的优势在于能够控制涡轮增压器背压、排气背压，然后改变喷射模式，这表明我们不仅可以提高动力，还可以同时达到排放和燃油消耗目标，”他说。
与C13相比，XC13的这些改进以及其他方面的提升，使得柴油版车型的动力提升超过2%，扭矩提升超过12%，同时油耗降低了7%。天然气版车型的动力和扭矩分别提升超过9%和10%，燃油效率也提高了约8%。
液化石油气直接喷射
燃料系统公司 Stanadyne 的首席工程师 Srinu Gunturu 探讨了丙烷动力内燃机的创新——特别是液化石油气 (LPG) 的直接喷射。
Stanadyne燃油喷射器和泵通过Katech公司开发和设计的气阻抑制系统输送液化石油气。（图片：Stanadyne）“我们相信这将是一个极好的替代方案，”他说，“而且还能提高目前市场上可用的液态丙烷港口燃料系统的效率。”
Gunturu指出，液化石油气的优点之一是能够提高发动机效率并降低排放。
“辛烷值是105，使用三元催化器的话，我们或许能进一步降低排放，而且成本也比柴油改装系统更低，”他说。“由于使用了液态丙烷，颗粒物（PM）排放几乎可以达到零。”
Gunturu 提到了Stanadyne与Katech Engineering和丙烷教育与研究委员会 (PERC)合作，将液化石油气直接喷射技术推向市场的工作。
解决气阻问题
他说：“我们基于通用汽车的平台，也就是L8T发动机，开发了一套系统，没有对汽油发动机进行任何重大改动——我们直接将其改装成使用液态丙烷。我们能够转换软件和硬件，并进行一些较小的修改，并在系统中应用一些气阻抑制剂，以帮助该发动机使用液态丙烷点火。”
气阻是斯坦纳迪恩公司在使用液化石油气运行发动机时必须克服的一个关键问题。
“我们遇到的主要障碍是燃料，”贡图鲁说。“丙烷在常压下会变成气体，并在系统中蒸发。”
Gunturu表示，他们对丙烷泵和喷射器进行了改进，以解决气阻问题。
“我们对泵和整个系统进行了设计改进，以帮助解决液态丙烷的汽阻问题，”他说道，“这样可以防止高压泵输送过程中出现汽阻，使泵能够在更高的压力下运行，从而避免汽阻的发生。此外，我还开发了一套泄压系统，以防轨道内形成任何蒸汽，该系统有助于消除这些蒸汽，并将其释放并重新连接到底盘侧。”
Gunturu补充说，喷油器还经过特殊设计，以实现更高的流量，从而改善液化石油气在气缸内的燃烧。
与汽油相当
通用汽车的L8T 6.6升GDI测试发动机经过升级，采用了Stanadyne公司的部件，并采用液化石油气直喷技术。（图片：Stanadyne）据贡图鲁称，L8T发动机使用液化石油气时的性能与使用汽油时的性能相当。在3000至3500转/分的转速范围内，发动机的马力略高于汽油基准值。
Stanadyne 进行了测功机测试，以确保使用液化石油气运行发动机不会损坏或摧毁发动机、气缸盖和其他机械部件。
“我们没有发现任何异常机械磨损或气门座凹陷的迹象，燃油泵和燃油喷射器也没有出现任何问题，”Gunturu说道，并补充说，这是在喷油器运行超过1600万次循环和燃油泵运行超过5000万次冲程之后得出的结论。“而且不仅仅是稳态运行。我们还进行了瞬态循环测试，包括不同的启停条件、冷启动条件以及55至65英里/小时的巡航测试，以检验这项技术是否会对发动机的可靠性或耐久性以及燃油系统部件产生影响。”
未来计划
Stanadyne公司正在研究该技术是否可以利用可再生二甲醚（rDME）混合物以及可再生丙烷。
Gunturu补充说，Stanadyne计划将一辆搭载5.3升V8发动机的通用汽车卡车改装成使用液化石油气。
“我们计划完成所有全面的EPA排放测试，以证明您将获得可衡量的二氧化碳减排效益，以及许多您将会看到的排放量减少，这些都是将产品推向市场更高水平的下一步措施。”
