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AVL：内燃机ICE 4.0概念

2018-12-19 22:11:34·  来源：汽车动力总成  
　
在环保与能耗的助推下，新能源车处在了时代的风口，随着AI、通讯技术的发展，完全的智能网联汽车也已不再遥远。仿佛在这样的大时代背景下，我们太专注于新的东西
在环保与能耗的助推下，新能源车处在了时代的风口，随着AI、通讯技术的发展，完全的智能网联汽车也已不再遥远。仿佛在这样的大时代背景下，我们太专注于新的东西，而忽略了车辆的核心-内燃机，亦或者认为它就是夕阳产业的代名词，可事实真的是这样吗？在未来的世界里，我们真的就不需要内燃机了吗？那么内燃机还有怎样的发展潜力呢？AVL对照“德国工业4.0”提出的“内燃机4.0”概念给了我们答案和方向。
在AVL的定义中：ICE 1.0描述了第一批量产车辆的内燃机，动力输出和可靠性是决定性的参数。在20世纪60年代，美国加利福尼亚州设定了第一个机动车排放限值，确定了一个里程碑进入了ICE 2.0时代。在接下来的几十年中，随着污染物排放和油耗目标的进一步趋严，需要增加内燃机的可变性，AVL在此把ICE 3.0描述为“完全灵活的内燃机”。
随着国6b/欧6d排放的执行，RED实际道路排放和碳排放的进一步加严，要求此排放的降低负担，不能仅靠内燃机承担，即不再仅在ICE本身内分配，而是分配给整个动力系统（“完全灵活的动力系统”）。此外，动力总成将与车辆环境联网，使所有可用于降低排放的最佳动力系统运行的数据得到利用，并将越来越多地使用来自可再生能源燃料 - 以上即为对全面满足未来需求的“ICE 4.0”的描述。
因此，新一代动力系统需要采用整体的设计方法方法和显著增强/扩展的功能性，以满足未来的污染物和二氧化碳排放限制。除了动力总成电气化之外，动力总成本身还需要进一步联网，以实现“内燃机4.0”。
内燃机4.0时代首先需满足零影响排放
内燃机现在面临着在其一百多年的历史中最重大的挑战。尤其是在欧洲，柴油发动机的排放造假问题和大城市排放限制，比如深圳对轻型车限柴，已经越来越多地影响客户的购买行为。因此我们不仅对乘用车中柴油发动机的未来产生疑问，而且从长远来看也会对ICE的未来产生疑问。
其实很多时候，我们似乎并没有考虑到目前用于国6b/欧6d的ICE已经实现了环境友好，它们对环境的污染排放已经大大减少，当前一些城市的排放问题几乎完全是由现有的旧车辆造成的，而不再是符合最新排放标准的车辆造成的。
许多国家或地区都在未来的发展规划中表示，未来某年将暂停销售燃油车，但这没有考虑未来基于ICE的动力总成系统尚未开发的潜力。为了保持内燃机继续被接受，ICE首先有必要将其污染物排放降低到不再与环境相关的水平。
零影响排放意味着污染物排放量非常低，不再对空气质量产生负面影响，甚至于排除的尾气比我们呼气的空气还要干净。
上图为Euro6d-Temp车辆的污染物排放，重要的排放值仅发生在低温或高负荷状态下。在热机状态下，NOx排放在2至5毫克/公里的范围内，因此比冷机状态低了一个数量级。根据德国Stuttgart Neckartor 中最重要的空气质量检查模型计算，符合欧6d-Temp的车辆对总污染的贡献约为0.2至0.5μg/ m3，这几乎可以忽略不计。因此，对于具有汽油发动机和热机Euro 6d-Temp车辆来说，我们甚至可以说这就是“零影响排放”。对于柴油发动机，其值略高，但仍低于非汽车来源产生的背景排放水平。
因此，汽油和柴油发动机进一步减排的主要挑战在于ICE启动和非预热运行范围内的污染物排放的改善，以及废气后处理的温度管理。此外，在上部负荷范围内需要各种限制污染物排放的措施。
内燃机4.0时代需加深电气化
对于以上挑战的优化，采用适合的48 V系统来管理冷机工况，主要是电气运行，并通过电加热催化剂调节排气后处理，可以显着降低冷排放。由于发动机即使处于热机状态，采用48V可以提供助力，这种轻混技术就可以抑制与排放相关的动态峰值，也有可能达到排放水平，这有助于实现“零影响排放”。
在未来，同时减少污染物和二氧化碳排放将需要显着增强动力系统的功能，单独的ICE无法充分表现。自动变速箱和电气化都有助于有效地覆盖这些扩展功能，这些功能不再仅限于ICE本身（“完全灵活的内燃机”），而是分布在整个动力系统（“完全灵活的动力系统”）上。巧妙地平衡电气化和ICE的互补特性，在减少污染物和二氧化碳排放方面可以产生了协同效应。
内燃机4.0需要网联化
可以在排放关键区域，Euro6d-Temp车辆也肯定会低于排放限值。但由于RDE法规的扩展边界条件不再仅限于循环内的驾驶条件，而是可以涵盖几乎所有可能的操作模式，因此短期满足这些要求对汽车行业来说是一个难以置信的挑战。
市场对未来需求的反应的不确定性要求开发ICE，变速箱和电气化部件的模块化结构。从长远来看，ICE的新潜力可以通过污染物和二氧化碳排放来确定。特别是，新的燃烧过程以及与电气化的协同效应以及动力总成控制与所有与车辆相关的交通和环境信息的联网，以支持更为智能化、精细化的控制逻辑，如此，内燃机4.0将能够进一步改善燃料消耗和排放水平。
 
 
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