上个月，发动机技术论坛在其网络研讨会“丙烷的未来发展”中探讨了丙烷作为内燃机替代燃料的可行性。
发动机技术论坛在活动结束后发布的新闻稿中表示：“丙烷作为一种燃料具有诸多优势，包括辛烷值高、加注范围广、供应充足（超过3500家分销商）。与汽油或柴油相比，丙烷的排放量通常更低，而且可以通过使用类似于汽油的三元催化器来经济有效地控制这些排放。”
治疗后差异
丙烷教育与研究委员会 (PERC) 产品开发和发电总监 Gavin Hale 在网络研讨会上谈到了柴油和丙烷后处理系统之间的差异，他表示，对于发动机制造商和汽车 OEM 而言，丙烷最大的机遇在于简化尾气后处理。
给丙烷运输车加油。（图片：丙烷教育与研究委员会）“他们可以使用现有的燃料来减少排放，并保留卡车的大部分设计内容，”他说，“这很关键，因为许多其他替代能源意味着原始设备制造商需要进行大规模的改造。”
在介绍当前柴油发动机后处理技术时，黑尔引用了加州空气资源委员会 (CARB) 2020 年 6 月发布的一份报告中提到的博世公司用于低氮氧化物 (NOx) 重型柴油发动机的 SCR 系统。他指出，该后处理系统的组成部分包括初级和次级柴油氧化催化剂 (DOC)、选择性催化还原 (SCR)、氨逃逸催化剂 (ASC)、燃料燃烧器、NOx 传感器和柴油颗粒过滤器 (DPF)。
“实际上，你的发动机后处理系统比你的发动机复杂得多，”他说。“它成为了决定性因素。”
相比之下，黑尔表示，丙烷动力内燃机的后处理要简单得多。
“目前使用丙烷只需要一个三元催化转化器，类似于你现在汽车上用的那种。但到了2027年，可能只需要两个催化转化器了。”
他还补充说，第三阶段温室气体排放限制可能需要稍作修改。
“这仍然是关键所在，可能会在尾气后处理中加入选择性催化还原（SCR）技术，”黑尔说。“但这取决于我们能够在缸内部署哪些技术来最大限度地提高发动机效率，而不是仅仅依赖后处理来捕获所有杂质。”
直接注射的检验
发动机技术论坛执行董事艾伦·谢弗表示，创新也是使丙烷成为公路和非公路应用领域替代燃料的关键。其中一项创新就是丙烷直接喷射（DI）技术。他在新闻稿中指出，DI技术“有望彻底改变丙烷技术的应用范围”。
制造、工程和测试公司Katech Engineering与燃油系统专家Stanadyne合作，探索丙烷直喷技术在内燃机中的应用。他们在网络研讨会上介绍了他们的研究成果。
Katech公司的首席工程师埃里克·苏茨表示，出于多种原因，探索丙烷直接喷射技术是值得的。他指出，就汽油发动机而言，直接喷射技术在轻型汽车市场占据了很大份额，根据美国能源部2月24日发布的一份报告，2023款车型中有73%采用了这项技术。
“它已被广泛接受，并具有其天然的优势、效率和更佳的排放，这就是为什么目前使用它的原始设备制造商 (OEM) 的比例不断上升的原因，”苏茨说，并补充说，当丙烷的辛烷值高 (105) 且排放量低时，“将这两种技术结合起来是一个显而易见的领域”。
然而，仍有一些障碍需要克服。苏茨表示，其中之一是气阻，因为丙烷会根据温度和压力的不同而以气态或液态存在。如果丙烷在输送到加油泵的途中被加热到一定程度，而压力却没有相应升高，它就会汽化，从而导致气阻现象。
此外，苏茨表示，丙烷直接喷射技术的研究并不深入。“虽然零星有一些文章提到过，但从可行性角度来看，没有人真正研究过如何解决这个问题。”
DI 测试
苏茨表示，凯特克公司首先开展了非点火测试，旨在对市场上现有的汽油直喷（GDI）组件（例如喷油器和油泵）进行基准测试，以确定这些组件在使用丙烷时存在哪些缺陷。随后进行了点火测试，旨在对汽油和丙烷的性能进行基准测试，并将结果提交给斯坦纳迪公司，以便该公司确定使用丙烷所需的具体特性。
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）据斯坦纳迪公司首席工程师斯里努·贡图鲁 (Srinu Gunturu) 介绍，斯坦纳迪公司在研发出必要的燃油系统组件后，以通用汽车公司的6.6升L8T V-8汽油发动机为基础平台验证了该概念。他表示，斯坦纳迪公司仅对部分硬件组件进行了改动，使其能够使用丙烷燃料。
“发动机上只有燃油泵和喷油器，”他说，“而且发动机是原封不动地使用的。”
Gunturu 表示，Stanadyne 必须提高泵的容积效率，并对喷油器进行改进，以提高燃油流量，从而向发动机输送适量的燃油。
他说：“我们增加了一个辅助入口，以确保泵内不会出现气阻，尤其是在柱塞和套筒区域。”
诉讼称，发动机测试是在λ值为1.0的条件下进行的，并补充说，从排放角度来看，这一点很重要。
“到2027年，新规将禁止在全开路测试期间进行燃油浓缩，”他说道。“而使用丙烷，我们可以轻松做到这一点，无需担心排气温度限制或相关问题，并且能够让催化剂发挥其应有的作用。”
DI 测试结果
Stanadyne 和 Katech 进行的测试不仅限于检查发动机和部件的性能。
“我们对发动机进行了长达 250 小时的耐久性测试，以证明这款 DI 发动机对丙烷系统很有前景，”Gunturu 说。
Suits补充说，耐久性测试包括公路和非公路测试循环，以及美国环境保护署 (EPA) 和加州空气资源委员会 (CARB) 的测试循环。
耐久性测试结束后，斯坦纳迪公司对其燃油系统组件进行了检查。
“在丙烷燃料下运行250小时后，我们没有发现泵的性能有任何变化，”贡图鲁说道。但他表示，燃油喷射器的性能确实出现了一些变化。
他说：“我们发现喷油器由于升程变化而出现了一些磨损。我们能够找出导致升程变化的原因，并采取了一些措施来修复这些问题。”
Gunturu 表示，仔细检查发现衔铁和保持架之间存在磨损，Stanadyne 将此归因于提升力下降。
“我们已经实施了一项设计改进方案，以解决升降机构和保持架磨损方面的变化，”他说道。“此外，我们已经在计划进行进一步的测试。” Gunturu表示，Stanadyne正在与原始设备制造商（OEM）合作，以验证这些纠正措施的有效性。
苏伊茨表示，就发动机而言，耐久性测试显示没有明显的机械磨损。
“早期，人们可能会说——比如使用丙烷10年、20年、30年后——你需要升级气门座，你需要升级这个部件，因为丙烷不会像液体那样流过气门，”苏茨说道。“但现代直喷发动机已经考虑到了这一点。相关的材料和技术都取得了进步。因此，即使在非常严格的测试条件下，使用丙烷运行时，发动机的任何部位都没有出现气门凹陷或损坏的情况。”
关于气阻问题，Suits 表示 Katech 已在项目中成功解决了这个问题。
他说：“Katech 重点关注的领域之一，是由 Stanadyne 提供硬件，构建一个能够将丙烷正确输送到泵的软硬件系统，并且永远不会出现气阻情况。”
Suits表示，Katech通过一些阀门和控制系统，“能够在所有测试条件下向泵输送液态丙烷”。
