发动机效率的定义是有用的工作提供的热量之比,它转化为燃料燃烧。这可以归结为多少工作可以完成每加仑的燃料消耗。典型的柴油发动机提供了效率40 - 50%速度高达1800 rpm。但最新技术,包括先进的燃油喷射算法,提高内燃机效率和电子集成到机器,转化为提高效率。许多这样的进步已经由EPA-mandated排放法规。
迈向增加功率密度-每立方英寸更大的功率输出位移并不新鲜,但最新的设计是推动边界,导致更有效的发动机。这就需要仔细评估引擎的选择,再选择。你可以节省重量,缩减成本和提高运营效率的引擎。例如,在许多卡车的应用程序已经有一个趋势从15-liter 13-liter引擎。
这也是发生在越野领域。“在过去的几年里,许多oem厂商已经开始更紧凑而强大的引擎安装到他们的应用程序,”尼克•斯蒂芬森说产品营销经理在帕金斯发动机有限公司(公司信息,10055932)。“确保我们符合适用的排放标准,为我们的客户提供最佳的性能和燃油经济,我们努力提高我们的发动机的功率密度范围,提供相同的通过更紧凑的引擎性能优良。这使客户受益于改善燃油经济性没有牺牲生产率或性能,通常很少改变他们现有的机器装置。”
这一趋势并非偶然。“提高功率密度是一个重要设计目标对我们来说,”斯蒂芬森说。“我们使用一套广泛的技术从我们的引擎提供最好的性能,不同的功率范围。的核心,耐用性、可靠性、性能、效率和成本的所有权都是我们列表的顶部。”
要想成功,较小的发动机需要更有效率和产生相同的结果更大的位移单元所取代。“增加功率密度是什么使裁员,”保罗说,经理PV&V和引擎的应用程序,约翰迪尔电力系统(公司信息,10056373)。“发动机更有效在更高的功率密度;因此,裁员导致更高的引擎效率。”Another trend increasing engine efficiency is producing the engine speed at which useful torque is produced. "Downspeeding reduces engine friction losses, also resulting in higher engine efficiency."
裁员的主要好处是更少的燃料燃烧和合成减少温室气体。“从本质上讲,当我们使用小排量发动机,达到相同的性能会有燃油消耗和废气排放的好处,”斯蒂芬森说。“与发动机转速通常也是如此——但更重要的是要考虑客户如何使用机器的引擎在特定的范围内,随着需求各不相同。这就是为什么我们的工作与客户在我们的发动机设计阶段,以确保我们可以提供改进的性能不牺牲其他关键利益,和优化我们的引擎来适应机器的需要。额定转速和发动机排量只提供故事的一部分。”
趋势越来越慢裁员和downspeeding越来越多的关注。“裁员和downspeeding提供机会,以提高整体包装、燃油经济性和成本,”说。
有很多潜在的好处给客户。“Downspeeding和裁员导致更少的燃料燃烧以及低DEF消费,“马里奥·桑切斯说,技术销售支持总监康明斯公司。(公司信息,10055252)。“因为增加燃油经济性是减少温室气体排放的同义词,downsped和规模引擎排放更少的温室气体。”
货运市场来说,没什么比效率更重要,即使是很轻微的增加燃油经济性在运营成本可以产生一个巨大的优势。裁员在货运市场和downspeeding已经成为受欢迎的oem和老板争取最好的组合性能、燃油经济性和可靠性。
“裁员在货运市场中可以看到两种不同的方式,”说康明斯。首先,发动机制造商正在努力在产品尺寸。“在康明斯的情况下,这是显而易见的,中档产品范围ISB6.7和ISL9能够覆盖相同的功率范围(200年至380年惠普北美中型卡车),以前由ISB6.7, ISC8.3 ISL9,”桑切斯说。
“第二种方法精简的体现在货运市场上向小排量引擎是一种运动,通常12 - 13-liter引擎与15-liter引擎”桑切斯说。也经常改变车辆改变功率要求。“车辆效率的改进,如降低气动阻力和滚动阻力和使用更轻的材料减少所需的平均功率来维持目标速度或平均旅行时间。”
记住,裁员并非适合每一个应用程序,可以权衡与增加功率密度有关。”这种类型的裁员需要仔细考虑可能需要确保权衡是可以接受的,”桑切斯。
“大排量发动机,像康明斯的ISX15,操作较低功率密度比小排量柴油机在额定功率相同,提供增加可靠性和耐用性,”桑切斯说。“虽然12 - 13-liter引擎是延伸到他们的机械和热限制,大位移15-liter引擎增加了容量和保证金相对于汽缸压力能力和机械热限制。
“此外,低功率密度可以使一个简单的引擎平台或可能提供灵活性,优化引擎和子系统实现所需的最佳混合性能、燃油经济性和排放特性,”桑切斯。大排量发动机提供改善操纵性能和更高的转售价值。“小排量引擎可能会提供一个更小的包和一个较低的体重。”
downspeeding的理由有两个方法可以实现更低的发动机转速取决于应用程序。“Downspeeding货运市场,指的是传动装置的动力传动系统收获最大转矩柴油提供较低的rpm,让引擎花更多的时间操作在负载和速度BSFC收益率低,从而提供更好的燃油经济性,同时保持安全,driver-pleasing性能,”桑切斯说。“作为一个规则,减少100 rpm相当于1%的改善燃油经济性。
“2013年康明斯其引擎的改进,包括燃烧优化和完善交互与后处理系统,使发动机的性能曲线(评级)的发展与改善低端扭矩,使发动机达到峰值扭矩在1000 rpm(与1200 rpm在前面的模型),”桑切斯指出。“这些变化使downspeeding和相关的燃油经济性收益。”
很多引擎也在开发峰值扭矩较低的引擎的速度。“Downspeeding引擎减少摩擦损失,为整体提高效率提供一个机会,”达林说Treptow,经理外部引擎应用程序,约翰迪尔电力系统。“此外,车辆和机器能够减少动力传动系统寄生损失减少的速度。Downspeeding引擎和相应的动力传动系统的优化提供所需车辆的性能。在某些情况下,空气/燃料系统的优化可以提高低速度性能。”
“它始于正确的大小来支持增加压缩比不牺牲可靠性和耐久性,”桑切斯说。”重型工业和引擎,康明斯优化燃烧和精制与后处理系统为了让引擎交互的发展引擎评级提供峰值扭矩1100 rpm - 100 rpm早于先前的模型。
”传递最大转矩较低的rpm导致燃油经济性收益由于减少摩擦和提高效率的引擎呼吸和后处理较低体积流,”桑切斯说。“我们2013 ISX15能够实现高达2%的燃油经济和SmartAdvantage动力系统提供了一个额外的1%康明斯2013引擎模型。
“在越野的市场,提供更低的发动机转速可能适合一个特定的应用程序而言,燃油效率或实现降噪目标,”桑切斯说。“复杂的电子控制与4层允许利用扭矩塑造技术来达到期望的特征而不影响机器的性能。”
但也有潜在的负面影响downspeeding在特定的应用程序。“更高的运营速度经常导致更广泛的操作变速越野的设备,“Treptow指出。“在许多情况下延长柴油机转速范围可以简化设备操作。更具体地说,一个更广泛的速度范围可以意味着更少的齿轮变化频繁,整体更大的灵活性为不同的应用程序在任何越野和操作应用程序。”
越野裁员层4已经在越野市场缩减的关键驱动因素。
“在越野设备市场,康明斯努力正确大小的发动机产品层4临时允许明显改进燃油经济性和减少安装空间要求,两个重要的好处随着客户变得习惯于后处理技术,”桑切斯说。“例如,9升康明斯QSL9引擎(产品信息,10252498)取代型11升全电控QSM11柴油机使用三线在几个大型叉车和堆垛机的安装。当输出功率,发动机响应和耐用性保持不变,燃油效率增加了约10%。这是可能使用可变几何涡轮增压器和能力更强的高压共轨燃油系统(HPCR) QSL9引擎。
“越野设备,适当的技术和考虑应用程序中,使用低排量引擎是可能的力量带重叠区域,在小位移的高端与低端较大位移的引擎,”桑切斯说。“第四层的决赛康明斯预计其四缸QSB4.5取代一些QSB4.5六缸装置的输出功率173马力增加了。”The new QSG12 also offers the opportunity to replace some larger displacement heavy-duty engines as it provides a high power density and reaches a top output of 512 hp.
排放法规转变点也开一缩小的趋势。“一些引擎制造商利用两个排放截止点:49 - 50惠普和173年到174年惠普重新调整产品的评级,偶尔的分界点的最大努力阻止特定的引擎平台,”桑切斯说。“这可以造福的空间要求,减少冷却要求的设备。事实上,使用排放截止点结构评级4层的另一个例子是正确的大小。一些应用程序可能比扭矩集中更多的马力,oem厂商需要考虑当选择引擎。”
裁员发生在一些关键排放标准截止点,例如75马力。“我们的850系列提供范围从60到120马力,但低于75马力引擎不需要选择性催化还原(SCR)和柴油废气流体(DEF)系统组件,”斯蒂芬森说。”,以满足或超过客户的期望在这个功率范围,我们开发了特定的扭矩和功率曲线提供改善操纵性能和生产率在74马力。我们能够提供一系列的选项下面和75马力以上允许我们裁缝提供客户需求和特定的应用程序,确保他们有正确的解决方案,不管他们的要求。”
杂交的设备可以进一步推动缩小的趋势。“杂交技术为车辆提供了更多的机会和应用程序使用规模引擎,电气化可以补充电力需求,”说。“利用恒速引擎在某些应用程序中提供了机会来进一步优化发动机的性能匹配应用程序的系统需求,结合固有效率的混合动力系统,提供了提高车辆效率。”
“混合设施显然为使用低排量引擎提供了一个机会,尽管这必须考虑应用程序而言,“笔记桑切斯。”同时使用四缸引擎的六缸引擎可能可行的设备,有较低的负载因素像一个挖掘机,同样可能不适用于轮式装载机通常适用于高负荷的因素。在这种情况下,保留同样大小的引擎将是有益的燃油效率和降低二氧化碳排放仍将实现。”
“杂交是很多选择引擎和机器制造商正在积极探索,”斯蒂芬森说。“在许多情况下,这种技术允许一个电动马达,以抵消功率损耗在选择lower-displacement引擎。在所有情况下,我们与我们的客户合作,确定他们的机器工作周期需求的最佳解决方案,其中可能包括一个混合动力引擎,或起停技术,完全不同的东西。”
与客户合作,集成系统,实现最佳效益已成为一个焦点。“在过去的五年中我们有技术集成车间运行以获得客户在设计过程的早期,这是一个重要的方法,以确保我们提供最好的产品,”斯蒂芬森说。
机优化
目前运动向总机器优化。
“我们知道发动机是最大化效率的一个重要组成部分,但它不是唯一的一部分,”斯蒂芬森说。“机器优化,通过改进液压或其它设计更改,也起着很大的作用,也是运营商培训和许多其他因素。这些non-engine因素可以有多达30%的对燃料消耗的影响,和oem的一部分,我们的工作是帮助理解我们的引擎适应更大的图景。
“我们的工作与我们每一个客户提供他们所需要的性能的具体工作周期,”斯蒂芬森说。“发动机转速是其中的一部分,我们与oem厂商密切合作,以确定最好的方法为他们的个人情况。通常,我们可以使用我们的发动机电子控制来调整发动机的性能和功率曲线,给客户最优的混合电力和燃油经济性,满足其特定的需求。
“这项工作进一步不仅仅是思考的额定速度我们必须考虑整个工作循环的一台机器,一个广泛的优化引擎速度是必需的,”斯蒂芬森说。“改进燃烧技术和调整范围的技术帮助我们实现这一点——这取决于发动机功率。”
“电力需求的车辆是由车辆的需求,“Treptow说。“汽车设计师和应用程序优化动力系统效率减少权力飞轮同时提供相同的性能。提高传动系统效率和车辆控制优化发动机飞轮的力量。”
所能取得的结果的柴油机效率是一个移动的目标。“我们将继续投资于节能技术的研究和开发,“Treptow说。“我们继续燃烧优化改进,减少摩擦和引擎呼吸,梦寐以求的目标50%制动热效率。”
“功率密度增加的趋势将持续下去,”预测。“技术进步在原材料、燃料/空气系统、控制策略和整体优化的各种系统是提高功率密度的关键因素。”
