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具有相变材料的热能系统设计与分析外文翻译资料

 2021-12-25 16:44:53  

英语原文共 17 页

碳罐蜂窝状结构:目前蒸发碳罐使用较高的工作容量活性炭,通常具有多个隔间,以优化蒸汽加载和吹扫行为,这些碳罐有时在每个隔间使用不同工作容量的碳。生产企业可以调整内部隔间的形状和尺寸(包括设计,变更不同区域的不同碳等级,以在发动机启动之后最好地管理快速吹扫、在夜间停车过程中反向脱附、不同速率的蒸汽加载、以及机动车不工作时蒸汽重新分布与消除。蒸发排放碳罐最大的预期变更是增加了次级碳罐元件(或者连接碳罐本体、或者与碳罐本体集成在一起),其中具有非常低工作容量的碳可用于捕集扩散排放(也称为放气排放),这通常称为碳罐除尘器。尽管这种碳元件只能够保持几克碳氢化合物,其反向脱附容易,并且短行程方便吹扫,因此,其常常适合于捕集少量碳氢化合物,由于碳床内蒸汽迁移的扩散,这些碳氢化合物易于逃脱蒸发碳罐本体。鉴于本分析,我们期望该法规所涉及的所有机动车使用碳罐除尘器。预期稍微较大的除尘器用于机动车(佩V-4和V-6发动机),因为预期其较少的主要碳罐可用吹扫量,而V-8发动机将具有较大的碳罐可用吹扫量。除尘器尺寸将变化,但是常规装置的DMC是7.50-8.50美元。我们期望,在多数情况下这些将制作成碳罐整体式结,以避免过多的包装成本。在某些情况下,双油箱HDGV可以使用两个蒸发排放碳罐。

发动机/燃料系统转换:在生产企业使用直接喷射的程度上,从进气系统中产生的燃油蒸汽应该非常少,喷油器而来的任何未燃烧的燃料将保留在缸内或者释放到尾气系统和催化剂中,少量曲轴箱蒸汽可能仍然存在,但是这将可能不足以解释碳进入进气系统中,如我们2017-2025车型年GHG排放最终法规RIA 所预期的那样,EPA预计进气道喷射(PFI)发动机显著变化到汽油直接喷射(GDI)发动机,涉及到所有车辆种类产品的60-100%(除了汽油卡车-GVWR:gt;14,000磅),因为相比PFIGDI使用不同的燃料喷射正时策略,这样将不涉及到控制Tier 3蒸发排放的任何额外成本,所以这样将减少空气诱导系统排放90%。

空气进气除尘器:生产企业具有验证过的发动机的进气系统,作为蒸发排放的另一个来源,其原因是曲轴箱蒸汽和喷油器未燃烧的燃料、或者有时是在发动机停机前短时间内发生的喷射事件。防止这些排放的一种方法是在空气过滤器的空气进气下游增加一个包含活性炭的装置,通常是活性炭具有涂布网泡沫的形式,该装置将只具有几个工作容量,并且将设定用于方便吹扫,以确保在任何时候关闭发动机均可使用蒸汽储存,该碳插入件将几乎完全消除空气进气系统的蒸汽排放。本分析预期机动车/发动机不 转换为GDI,将使用空气进气除尘器,依据车辆种类介绍排放源的百分比,参见上表2-13。进气 除尘器DMC大约为6.00美元/机动车。

燃料系统结构:如以下讨论内容,可能有机会减少某些燃料管路的渗透排放。然而,关于预期开发燃料管路的更大领域是重新整合整个系统,以减少燃料系统零部件和其他燃料管路段之间的连接。尽管生产企业已经在这方面进行了某些更改,由于装配和生产考虑因素或者其他因素,这些系统可以仍然远没有达到最优的连接和片段数量。更仔细设计燃料系统,尽量减少连接点,将可能限制燃料蒸汽排出通道,这样将降低排放率,并且还应该通过消除潜在的失效点来改善系统耐久性。解决这一排放源的更广义方法是将整合设计,将燃料系统零部件移进油箱内,这样消除那些零部件和连接蒸汽排放和渗透的问题,与这些更新相关的大部分成本在于开发和加工,可能会有某些其他零部件成本,但是总的趋势应该最终允许降低成本,减少零部件数量,缩短装配时间。至于将燃料系统零部件移入油箱,可能会有进一步节约成本,因为那些零部件不再需要由低渗透材料制作,这些措施的DMC大约是2.50美元。

车载诊断系统(OBD):对于LDV、LDT、MDPV以及HDGV(GVWR:14,000磅),EPA和CARB具有类似但不相同的OBD要求。在过去的五年中,CARB已经修订了他们的实施方案和升级要求,以改善其系统的有效性,解决使用过程中可能的尾气和蒸发系统性能问题。EPA法规允许生产企业符合CARB的最新要求,并且基于符合CARB要求寻求联邦认证,全国范围内应用那些OBD系统是行业中常见的做法(只有少数例外情况)。EPA目前采用CARB OBD认证、验证和监测要求。作为我们法规的一部分,我们包括两个新组成部分:

(1) 认证OBD蒸发系统泄漏监测仪,其能够发觉0.020英寸的泄漏;

(2) 在整个OBD泄漏检测协议最后成功运行并且得到评估结果的情况下,要求OBD计算机存储信息,由于生产企业符合目前CARB OBD要求,额外的成本归咎于认证0.020英寸泄漏探测要求和软件修改,以保留关于OBD蒸发系统泄漏监测仪上次成功运行的资料。EPA估计这两项成本平均约为0.10美元(以2011年的美元计价)/机动车,这些反映在以下所讨论的间接成本中。

泄漏标准测试:作为Tier 3蒸发排放要求的一部分,EPA目前拟定了一项蒸汽泄漏排放标准,EPA预期上述蒸发减排的许多技术和方法,将有助于解决可能的蒸汽泄漏问题,而且在大多数情况下不需要具体的其他措施。然而,可能还有两个额外成本方面:

1. 认证测试,然而,EPA目前允许通过书面证明(而不是测试)符合蒸汽泄漏排放标准的认证要求,因为如果具有0.02英寸的泄漏,认证机动车有可能不满足热浸 昼间蒸发排放标准,生产企业认为这是适当的。

2. EPA目前建议在用验证测试方案(IUVP)中包括蒸汽泄漏排放标准评估。然而,我们具有结构化方案,尽量降低其他成本,将要求测试所有机动车,否则会要求为尾气排放采购测试车辆,测试尾气排放的所有车辆必须还依据泄漏排放标准测试。因此,我们通常期望每组多个泄漏测试结果,但是在任何情况下每个蒸发/加油/泄漏族系起码有一个代表性测试组,除非有性能问题,预期无任何其他机动车采购成本。同时,我们目前建议允许生产企业使用其目前的蒸发系统泄漏监测OBD硬件,以依据泄漏的IUVP测试筛选机动车、和/或者在需要测试的情况下使用拟定EPA测试程序的其他选项,IUVP泄漏排放测试的附加成本(大约是0.10美元(以2011年的美元计价)/机动车)纳入以下所讨论的间接成本。

综上所述,这些技术应用于车队,达到上述各段所述的程度,估计DMC为10-15美元/机动车(以2011年的美元计价)。

2.4.2 如果有必要进一步减排的话,可以优化技术的DMC

RIA第1章还给出了目前广泛使用的四种技术方法,但是具有某些改进和优化,可能具有供额外的减排作用,下面将讨论这些技术方法,但不包括在总体成本分析中,相比第1章表1-11中可用的减排的技术(参见第1章的表1-12),成本较低,这些技术可能应用有限,如果实施的话,参见表2-13所示,即使考虑非燃料碳氢化合物影响,上述讨论的五种方法将足够的减排量,在认证时符合热浸 昼间和碳罐排气标准的排放目标。因此,我们目前没有预期这些技术的普及率。

更新碳罐和改善吹扫:最近和预计的发动机设计变更增大了在通过蒸发碳罐抽吸吹扫空气过程中保持歧管真空的挑战性,某些不同的技术选项将有助于解决该日益严峻的挑战。对于碳罐给定的空气流量,不同等级的碳和碳罐构造能够具有更有影响的碳罐吹扫,如果采用这些策略,其成本为2-4美元/机动车。

改进油箱阻挡层厚度和减少夹缝缝隙:油箱设计用于限制渗透排放,油箱通常由高密度聚乙烯制成,其具有乙基乙烯醇(EvOH)内嵌阻挡层,通常平均相对壁厚大约为1.8%,EvOH层可以有效降低渗透排放,生产工艺的最近开发改善油箱端部的覆盖层,其中塑料件悬挂式点焊上去,行成一个封闭容器,这是消除油箱壁渗透通道的一个重要步骤。生产企业能够增大EvOH阻挡层厚度(大约单位平均壁厚的3%),提供更均匀的阻挡层,使用基于乙醇的燃料具有更好的保护功能,普遍提升渗透阻力,该加厚EvOH层的材料成本增量大约是3.50美元。

加油颈部连接和材料更新:可能存在蒸发排放的另一个区域就是油箱与加油颈部之间的连接,该处的挑战性在于设计一种低成本的解决方案,易于组装,并满足与刚度和灵活性相关的性能需求,最好的方法可能是使用低渗透材料制成的配合件、或者常规材料,但是使用材料覆盖该连接,作为阻挡层,最终的设计方案可能会有很大的不同,改善注油管渗透阻力以及油箱连接安全的技术的成本将大约是4-6美元/机动车。

燃料管路渗透:目前在用的燃料管路还设计成低渗透率的,燃料和蒸汽管路的最大的部分是由金属制成,但是可能仍然会机动车留有几英尺非金属燃料管路,开发新材料可能会进一步降低渗透率,但是更有可能生产企业将调整现有塑料燃料管路类型的组合,也许使用更多燃料管路,在可能最低的价格约束下达到理想的性能,各个车型可能差别较大。作为一个行业的平均数值,我们估计该项更新涉及到1.60美元的另外材料成本,油箱具有更好的渗透阻力。

2.4.3 完整HDGV的ORVR

车载加油蒸汽回收(ORVR):目前的EPA标准要求所有LDV和LDT整车(GVWR: 10,000磅)具有基于机动车的加油排放控制。我们目前从2018车型年开始将EPA的加油排放标准扩展到重型汽油车(HDGV)整车 (GVWR: 10,000磅) ,目前这些HDGV是三家OEM生产的,其底盘和燃料系统构造非常类似于更轻GVWR LDT的底盘和燃料系统构造,目前执行加油排放标准。由于相比类似更轻的GVWR LDT,这些HDGV(GVWR:10,001-14,000磅)的年销量相对较小,鉴于生产的一致性和其他节约成本,生产企业自从2006车型年在这些车辆上安装ORVR 。然而,他们不进行认证,因为对其没有认证的排放控制要求,我们目前包括这些机动车的加油排放控制要求,但是除了目前的做法外期望不增加成本,到2022车型年该加油排放标准适用于所有HDGV整车,与其GVWR无关,目前没有HDGV整车(GVWR:gt;14,000磅),但是过去有这样的HDGV整车(GVWR:gt;14,000磅),如果将来有HDGV整车(GVWR:gt;14,000磅)的话,这将是2022车型年的要求。

表2-14给出了以上所讨论的蒸发系统成本,同时给出了这些成本如何加权,以得到本成本分析中所用机动车种类的蒸发系统成本。

表2-14:汽油车的蒸发排放控制系统DMC(以2011年的美元计价)

机动车类型

DMC(美元)

销量占比

Tier 3成本分析车辆种类

Tier 3成本分析DMC(美元)

LDV

13.15

100%

乘用车

13.15

LDT1

12.37

17%

轻型卡车

12.00

LDT2

12.15

57%

LDT3

11.47

17%

LDT4

11.37

8%

MDPV

11.27

1%

LHDGV

9.75

100%

类型2b amp; 3

9.75

HHDGV

15.50

100%

GVWR:gt;14,000磅

15.50

我们认为,这些成本增量在2015车型年适用,其后适用平坦学习,我们认为,低复杂性技术的蒸发排放控制一直到2022车型年及其后适用于短期因子相应的成本参见表2-15。请注意,所给出的数值不包括阶段导入率。因为预期那些机动车不存在新的蒸发排放控制成本,我们没有给出柴油车的成本。

表2-15:汽油车的蒸发排放控制系统成本(以2011年的美元计价)

车辆种类

成本

车型年-成本(单位:美元)

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

PC

DMC

13

13

12

12

11

资料编号:[3717]

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