双碳目标背景下商用车能源与动力系统技术进展

为探明“双碳”目标背景下商用车能源与动力系统技术进展，通过查阅相关文献以及行业调研，系统梳理商用车能源与动力系统技术研究现状，详细总结传统商用车、纯电动商用车、混合动力商用车、氢燃料电池商用车的能源与动力系统技术的发展进程，归纳分析能源与动力系统技术的发展方向，以及商用车行业短期发展趋势。从用车能效、能源互动及全生命周期减碳的视角，为“双碳”目标背景下的商用车能源与动力系统技术发展路径提供建议。     

节能减排的多种思路

大众汽车集团正致力于在2015年前实现每公里CO2排放低于120g的目标，每一代新车型的效率都；肾比上一代车型改进10～15个百分点。为了实现这一目标，大众将采取包括燃料电池、替代燃料、电动车、混合动力和传统内燃机在内的多种技术方案。     

中国零碳商用车市场渗透率建模：以重型长途牵引货车为例

商用车碳减排已经成为我国道路交通减碳的关键瓶颈,新能源商用车被视作重型商用车减碳的重要途径,但是新能源商用车的市场渗透率远低于其他车辆部门;但与此同时,现阶段新能源零碳商用车的发展还存在着应用场景复杂、技术路径多样化、同时成本较高的显著的瓶颈。本研究构建了基于新能源汽车总拥有成本（total cost of ownership, TCO）、使用便利性等因素的多元Logit离散选择模型——零碳商用车市场演进模型（discrete choice-based market evolution of green truck model, DC-MEGT）,使用自下向上的方法计算TCO,并将车辆使用便利性使用补能时间成本进行货币化量化,构建综合效用函数对纯电动车、燃料电池汽车及零碳燃料等不同动力类型从目前到2060年的市场渗透率演进情况进行预测分析。研究以重型长途牵引场景为例进行分析,结果表明2060年主要的技术路径包括燃料电池汽车、纯电动车、天然气及柴油车,占比分别为48%、28%、12%和10%。政策推广、技术进步、商业模式等因素的不确定性会引发纯电动车和燃料电池汽车2060年市场份额17%...     

看跨国军团碳中和放大招儿

2020年9月,我国宣布力争于2030年前,二氧化碳排放达到峰值,2060年前实现碳中和的目标。为达成碳达峰和碳中和目标,作为“排头兵”的汽车产业更是责无旁贷。其中,包括大众、宝马、戴姆勒、博世等在内的越来越多跨国企业相继提出了各自的碳中和战略布局及调整措施。     

双碳目标下的汽车产业发展路径

正10月26日国务院发布《2030年前碳达峰行动方案》,重点提出推动城市公共服务车辆电动化替代,推广电力、氢燃料、液化天然气动力重型货运车辆。到2030年,当年新增新能源、清洁能源动力的交通工具比例达到40%左右,营运交通工具单位换算周转量碳排放强度比2020年下降9.5%左右,陆路交通运输石油消费力争2030年前达到峰值。     

氨燃料内燃机研究现状及展望

为了满足碳中和目标,除了采用电驱系统和燃料电池发动机,还需要开发零碳或低碳燃料内燃机,以满足不同应用场景需求。氨作为零碳燃料和富氢载体,在碳中和时代越来越受到关注,成为研究热点。在总结氨及氨与其他燃料组成的混合燃料燃烧特性和燃烧机理基础上,分析氨在内燃机上应用的可行性,及与化石燃料内燃机相比氨内燃机显现的新特点,提出未来应用需要解决的关键技术。现有研究表明：氨燃料与其他高活性燃料组合,采用高活性燃料引燃是内燃机上比较可行的技术方案。内燃机可采用汽油、天然气、氢气引燃,与传统汽油机相比,在不改变发动机结构情况下,气态氨使内燃机动力性能降低,同时NOx和未燃NH3排放增加。压燃内燃机可采用低自燃温度燃料如柴油、二甲醚等引燃。与纯柴油或二甲醚内燃机相比,氨内燃机动力性能降低,排放与燃料混合比例相关。在所有引燃燃料中,采用氢燃料引燃燃烧改善效果最大,且为零碳排放,因而氨氢融合内燃机是碳中和时代非常有竞争力的零碳动力。未来,实现氨氢融合燃料内燃机应用也需要解决一些研发课题,包括专用氨喷射系统研发、合适的后处理系统研发和车载氨裂解系统研发等。     

小型化和氢燃料可有效应对双碳目标挑战

正2021年5月,中央层面成立了碳达峰、碳中和工作领导小组,作为指导和统筹做好碳达峰、碳中和工作的议事协调机构,统一部署,加快建立"1+N"政策体系。10月,国务院发布《2030年前碳达峰行动方案》,重点提出推动城市公共服务车辆电动化替代,推广电力、氢燃料、液化天然气动力重型货运车辆。到2030年,当年新增新能源、清洁能源动力的交通工具比例达到40%左右。陆路交通运输石油消费力争2030年前达到峰值,有序推进充电桩、配套电网、加注(气)站、加氢站等基础设施建设。     

新能源环卫车的发展趋势探讨

相比传统燃料环卫车，新能源环卫车在驾乘体验、操作性、节能减排、能量转换效率等方面有着显著优点，这无疑是环卫车发展的必然趋势，也符合我国力争实现2030年前“碳达峰”和2060年前“碳中和”的长远目标。然而，目前新能源环卫车的普及仍存在诸多挑战，如整车成本高昂、智能化水平较低、配套设施不完善、政府补贴政策滞后等。因此在行业内，专用车生产企业必须不断加大研发投入，切实降低车辆生产成本，推动新能源汽车产业全面发展，打造更适合清洁环境的新型新能源环卫车。     

中国碳中和目标下交通部门低碳发展路径研究

实现碳达峰、碳中和目标（以下简称“双碳”目标）的关键是能源系统绿色低碳转型。交通部门在我国碳排放中占有较大比重且仍在继续增加,加快推进交通部门低碳转型极为迫切。分析了中国交通部门的碳排放现状和主要特点,结合已有的国家政策、目标和以往的研究,提出交通部门的碳中和发展路径。在碳中和目标下,中国需在交通运输结构优化、替代燃料技术推广和能效提升等多方面努力,力争在2030年前实现碳达峰,并在2060年将排放控制在1亿t以内。     

2020年中国重型商用车然料消耗量研究

存节能减排的双重压力下，汽车节能成为主要部分，商用车节能是汽车节能的重要组成，而重型商用车燃料消耗量目标值设定将成为下一阶段汽车节能管理的重要工作。本文对燃料消耗量目标值设定方法深入分析基础上，基于权威的重型商用车数据，采用领跑者制度，以目前产品结构及技术水平，2020年中国重型商用车燃料消耗量目标值难以接近世界先进水平．需加快技术水平的提升。     

Exhaust nanoparticle emissions from internal combustion engines: A review

This paper reviews the particle emissions formed during the combustion process in spark ignition and diesel engine. Proposed legislation in Europe and California will impose a particle number requirement for GDI (gasoline direct injection) vehicles and will introduce the Euro 6 and LEV-III emission standards. More careful optimization for reducing particulate emission on engine hardware, fuel system, and control strategy to reduce particulate emissions will be required during cold start and warm-up phases. Because The diesel combustion inherently produces significant amounts of PM as a result of incomplete combustion around individual fuel droplets in the combustion zone, much attention has been paid to reducing particle emissions through electronic engine control, high pressure injection systems, combustion chamber design, and exhaust after-treatment technologies. In this paper, recent research and development trends to reduce the particle emissions from internal combustion engines are summarized, with a focus on PMP activity in EU, CARB and SAE papers and including both state-of-the-art light-duty vehicles and heavy-duty engines.     

我国商用车低碳化发展环境研究与技术路径分析

商用车保有量约占汽车保有量的12%,但NO;和PM污染物排放量分担率高达80%,温室气体排放量占道路交通总排放量的77%。商用车是汽车产业减污降碳的关键。基于机动车出厂合格证数据对我国商用车市场发展现状、发展趋势和低碳化发展路径进行研究分析。结果表明,当前我国商用车低碳发展仍面临排放高、降耗压力大,新能源化程度低且差异较大等现实困境。同时,我国商用车具有产品分类复杂、应用场景多元化的特点,使用同一标准和政策目标对其进行约束难度较大。基于以上情况,在“碳达峰,碳中和”目标下,商用车低碳发展,仍需多措并举和多路径协同,才能有效推进。     

重型车测试工况研究的一种新方法

为了评估车辆尾气排放和燃油经济性。研究重型车测试工况是一项重要的课题。本论文提出了一种新方法用于从速度—时间曲线的行驶数据中提取典型的测试工况。本文介绍了提取这种测试工况的方法,还使用这样的试验工况做了测试尾气排放和燃油消耗的试验,并得出了较好的试验结果。     

Emissions simulation in a 7000 kg-grade diesel hybrid electric vehicle

Hybrids combine a combustion engine with an electric motor and battery. The two technologies can be combined to reduce fuel consumption and exhaust emissions. This paper presents the concept of hybrid electric vehicles (HEVs) applied to truck or van vehicles with diesel engines. The simulation results from the advanced vehicle simulator (ADVISOR) demonstrate that the required power may be properly shared between the internal combustion engine and electric motor. The simulation can also be used to prove that the technique is useful for improvements in driving performance; additionally, the technique is suitable for hybrid electric vehicles, allowing for good fuel economy and low emissions performance.     

利用广安博之模型对柴油机高原运行性能和排放特性的模拟研究

为研究柴油机高原运行的动力性、经济性和排放特性,使用广安博之燃烧模型对一台增压中冷的重型柴油机进行了模拟分析。模拟计算的结果显示,随着海拔高度的增加,柴油机的动力性下降,油耗上升,排放物中的氮氧化物有所减少,而碳烟排放增加。     

氨燃料汽车发动机燃烧技术研究进展

为缓解全球气候变暖,可考虑在汽车发动机上燃烧零碳氨燃料以减少碳排放。但由于氨(NH₃)的燃点高、最小点火能量高以及燃烧缓慢等劣势,需要借助氢气(H₂)作为助燃剂,帮助改善氨燃料发动机的燃料燃烧过程。针对国内外相关文献进行综述,总结了氨氢双燃料发动机掺混燃烧调控方法的研究进展,并分析了氨催化分解制氢与氨燃料发动机耦合的研究现状,发现采用氨燃料在线重整制氢可以避免采用双燃料供给系统。研究结果表明,氢气助燃能提高氨燃料发动机的燃烧速度,降低NO_x的排放量。对于氨燃料发动机依旧存在的动力性能下降和未燃氨气排放等问题,仍需在今后的研究中探索解决。     

面向碳中和的新能源汽车全生命周期评价研究综述及趋势展望

为应对能源安全和全球气候变暖问题,从全生命周期评价理论出发,系统梳理国内外生命周期评价方法研究现状,详细总结国内外纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车全生命周期评价研究进展,归纳我国新能源汽车生命周期评价现存问题,基于现存问题对新能源汽车清单数据精细化、研究对象多元化、评价模型动态化和评价体系标准化等生命周期评价方向进行前瞻性研究,为面向碳中和的汽车生命周期降低碳排放提供对策和建议。     

耦合不同车辆类型的城市道路交通全生命周期评价研究

城市道路交通是我国节能减碳重要领域,如何量化集成道路和车辆的城市道路交通的能源消耗和碳排放成为交通绿色发展的迫切需求。利用全生命周期评价方法,量化评价了城市道路交通原材料获取、施工制造、运行维护和报废拆除阶段的全生命周期化石能源消耗量ADP(f)和全球变暖潜值GWP (以CO₂当量计),讨论对比了基于传统燃油汽车(ICEV)、混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)、纯电动汽车(BEV)和燃料电池汽车(FCV)的城市道路交通的全生命周期ADP(f)和GWP,并对关键因素年均日通行量、FCV的技术进步和不同车型占比进行了敏感性分析。研究发现,基于ICEV的城市道路交通的全生命周期ADP(f)和GWP分别为3.26E+09 MJ和2.16E+08 kg。相比于ICEV,基于BEV的城市道路交通的全生命周期ADP(f)和GWP分别降低32.5%和36.1%。     

Emission analysis of a compressed natural gas directinjection engine with a homogenous mixture

In an era in which environmental pollution and depletion of world oil reserves are of major concern, emissions produced by automotive vehicles need to be controlled and reduced. An ideal solution is to switch to a cleaner fuel such as natural gas, which generates cleaner emissions. In addition, control over the in-cylinder air-fuel mixture can be best achieved through a direct-injection mechanism, which can further improve combustion efficiency. This need for cleaner automobiles provides the motivation for this paper’s examination of the use of computational fluid dynamic (CFD) simulations to analyze the concentrations of the exhaust gases produced by a compressed natural gas engine with a direct-fuel-injection system. In this work, a compressed natural gas direct-injection engine has been designed and developed through a numerical simulation using computational fluid dynamics (CFD) to provide an insight into complex in-cylinder behavior. The emissions analyzed in this study were carbon monoxide (CO), nitric oxide (NO) and carbon dioxide (CO₂), i.e. the main pollutants produced by natural gas combustion. Based on a stoichiometric mixture, the concentrations of CO and NO were computed using the dissociation of carbon dioxide and the extended Zeldovich mechanism. CO₂ was calculated using a mass balance of the species involved in the combustion process. The simulation results were then compared with the experimental data generated by a single-cylinder research engine test rig. A good agreement was obtained with the experimental data for the engine speeds considered for all emissions concentrations.