高负荷下应用米勒循环提升高压比汽油机热效率机理研究

对高负荷工况下应用进气阀早关(EIVC)或者迟关(LIVC)技术实现的米勒循环进行仿真计算,基于热力学第一定律比较分析两者改善高压缩比增压直喷汽油机热效率的机理。结果表明:几何压缩比的增加提高了发动机的理论热效率,但由于高负荷时的爆震限制使油耗恶化了1.9%;米勒循环的应用可以有效降低爆震倾向,与原发动机相比,采用EIVC与LIVC策略燃油经济性的分别提升2.4%和3.0%;对比分析EIVC与LIVC对汽油机热效率的影响发现,LIVC策略能使燃烧相位更加优化、缸内燃烧更为充分,使得其燃油改善效果好于EIVC策略。     

米勒循环对增压直喷汽油机燃烧性能影响的模拟研究

米勒循环通过改变配气策略实现膨胀比大于实际压缩比的效果,从而提高发动机的热效率并降低燃油消耗率,因此被认为是改善小型GDI发动机燃油经济性的重要途径之一.然而,关于米勒循环对汽油机燃烧性能影响的微观机制并不明确,因此利用一维仿真软件GT-POWER和三维CFD软件CONVERGE,针对不同米勒循环策略对GDI发动机的进气以及缸内燃烧过程的影响进行了数值模拟研究.结果表明:在中低转速时,进气门早关策略在改善发动机燃油经济性方面要优于进气门晚关策略,同时不会对扭矩造成太大的负面影响;而进气门晚关能够显著提高燃烧过程中的缸内湍动能,增强油气混合过程.此外,在着火后,进气门晚关的缸内整体温度比进气门早关的低,同时高温区域较小,因此在抑制发动机爆震方面的能力要优于进气门早关策略.     

带EGR的两段式VVL发动机点火策略仿真分析

基于GT-Power软件构建两段式可变气门升程发动机性能仿真模型,并对模型进行标定。燃烧模型及外特性计算结果与实测数据吻合,验证了模型的有效性。基于该仿真模型,分析采用大、小两种不同进气门升程时点火提前角对发动机爆震、动力性、经济性及NOx排放特性的影响。无EGR时,使用小进气门升程时较大气门升程有更高的缸内峰值压力和最高缸内温度,更易爆震且NOx排放也更高;在各自爆震边界点火时,两者动力性及经济性相近;EGR增加后爆震趋势减弱。     

单缸EGR发动机压缩比优化及涡轮增压器匹配研究

在1台气道喷射单缸EGR发动机上,独立控制EGR缸喷油及点火,实现燃料改质,研究了不同压缩比对发动机性能的影响,此外还匹配了不同涡轮增压器,用于改善外特性扭矩。试验结果表明:单缸EGR能有效改善发动机的燃油经济性,NOx和CO排放性能均所改善,但THC排放恶化,动力性能下降;提高压缩比能有效提高发动机的热效率,降低燃油消耗,但过高压缩比使发动机爆震倾向严重,限制发动机外特性扭矩;通过匹配小涡轮增压器低速扭矩有所改善。     

高几何压缩比活塞的燃烧室形状探讨

提高几何压缩比与延迟进气门关闭正时技术相结合的目的是为了在维持最高燃烧压力不超过机械限制的前提下改善燃油经济性。另外,利用数值模拟方法,分析燃烧过程的变化,以观察高几何压缩比条件下的排放性能恶化过程。根据研究结果,改进燃烧室形状,以改善发动机的排放性能。数值模拟和试验结果均证实,改进燃烧室形状,并与延迟进气门关闭正时的技术措施相结合,可以显著改善发动机的排放性能和燃油经济性。     

日产可变压缩比发动机

“可变压缩比的目的在于提高增压发动机的燃油经济性。在增压发动机中,为了防止爆震,其压缩比低于自然吸气式发动机。在增压压力低时热效率降低, 使燃油经济性下降     

高压缩比米勒循环发动机设计与分析

为提高发动机的热效率,提出了高压缩比结合米勒循环的解决方案。在某2.0 L自然吸气发动机的基础上,通过增加发动机活塞顶凸台的方法实现了压缩比从10到13的提高,并采用遗传算法对凸轮型线进行了选型,通过进气门晚关(LIVC)方式实现了米勒循环。试验结果表明,与原发动机相比,高压缩比米勒循环发动机最低燃油消耗率下降10.4 g/(k W?h),低油耗范围明显扩大,且主要是向低转速小负荷的方向扩展。     

气门重叠角对HCNG发动机回火性能的影响

为研究某高压缩比HCNG发动机的回火特性,进行了发动机回火工况台架试验,结合试验数据,建立HCNG发动机三维仿真模型,对不同气门重叠角下的回火性能进行仿真计算。试验与仿真结果表明:压缩比越高,发动机越容易回火;其他条件不变,较小的点火提前角容易引起回火;原机气门重叠角较大,压缩比提高,导致进气口富氢新鲜充量受热,这是造成回火的重要原因;随着气门重叠角的减小,发动机功率以及最高燃烧压力降低,当气门重叠角为0°时,可有效避免回火。     

DVVT对缸内直喷增压发动机性能影响的试验研究

通过对GDI增压发动机进行DVVT扫点试验,研究了DVVT对GDI增压发动机外特性性能、部分负荷燃油经济性和怠速稳定性的影响。试验结果表明:对于试验发动机的凸轮轴型线而言,排气VVT的开启对发动机性能起到负面影响;外特性方面,中等转速工况采用较大的气门重叠角可提高体积效率;高转速采用较小的气门重叠角可提高充量系数;怠速和部分负荷工况下,较小的气门重叠角对改善发动机稳定性有一定帮助。     

捷豹/路虎Ingenium I63.0L汽油发动机与轻混MHE技术介绍（二）

正进气门延迟打开模式(LIVO):在启动发动机和怠速运转期间,延迟进气门的打开。气门打开时间较短,并且升程较小,从而可以精确地控制送入气缸的准确空气量。因而在怠速运转期间,燃油经济性得到改善。在冷启动期间,只有少量的冷态空气进入气缸,这意味着发动机更加容易启动。进气门提前关闭模式(EIVC):在低至中等发动机转速期间激活。在凸轮轴轮廓以正常方式关闭进气门之前,系统会以液压方式关闭进气门。这将会减少泵气损失,提高发动机输出并防止燃油混合物意外回流到进气口。     

改善火花助然甲醇发动机小负荷经济性的研究

小负荷时经济性差，是火花助燃甲醇发动机存在的主要问题。以1130立式水冷直喷柴油单缸机为对象，研究了点火系统、压缩比、喷油嘴油线分布和喷油嘴针阀开启压力等因素对火花助燃甲醇发动机小负荷时经济性的影响，并将之与柴油发动机进行了对比分析。     

发动机临界爆震控制特性研究

对爆震的临界控制特性及发动机性能进行了试验研究，包括点火提前角变化控制规律、基本点火提前角变化影响和各缸爆震差异性，以及发动机的动力性和经济性的控制影响。爆震控制系统使发动机工作在轻微爆震或临界爆震状态下，追求最佳的动力性和经济性。试验研究表明，适宜的爆震控制对发动机性能影响是极其重要的，并具有明显优势。     

换气与压缩过程对汽油机燃烧特性的影响研究

针对增压气道喷射汽油机进行了发动机换气与压缩过程对燃烧特性的影响研究,对比了两种状态下的气门升程与配气正时,基于发动机试验台架测试数据,重点分析了发动机动力性、经济性和燃烧特性。试验数据表明了配气相位的改变对燃烧有较大的影响,可使燃烧效率大幅度提高,爆震倾向减小。同时基于AVL-fire软件进行发动机进气与压缩过程三维CFD分析,分析结果表明:对燃烧特性的影响不能仅靠瞬态滚流比和缸内平均湍动能进行判断,真正影响燃烧的是火花塞附近湍动能的变化,即发动机换气与压缩过程对燃烧特性的影响来自压缩上止点火花塞附近的湍动能。     

二甲醚均质压燃燃烧特性试验研究

介绍了在一台单缸柴油机上进行的二甲醚(DME)均质压燃燃烧过程的试验研究,DME的燃烧保持了低温反应与高温反应两个阶段的特征,着火时刻较早。试验结果表明,混合气燃空当量比的变化对低温反应开始时刻影响不大,但对高温反应开始时刻有较大影响,随着燃空当量比的增大,高温反应开始时刻逐步提前,当燃空当量比为0.21时,出现轻微爆震现象。随着发动机转速的增加,低温反应开始时刻提前,高温反应阶段的放热率略有增大。进气温度和冷却水温度升高,低温反应和高温反应时刻都有较大的提前。在进气温度(T)大于300 K后,缸内最大压力出现在上止点前,进气温度是控制着火时刻的重要参数。     

基于 GT-Power 的天然气发动机爆震分析与研究

为了改善增压天然气发动机的燃烧状况、提高发动机的性能,对某发电用增压天然气发动机爆震现象进行研究。利用 GT‐Power 软件建立了增压天然气发动机整机仿真模型,通过模拟数据与试验数据的对比验证了模型的准确性,然后在仿真模型中利用自主建立的爆震预测模型对天然气发动机的性能和爆震现象进行了模拟计算,并对得到的数值结果进行分析。结果表明：随着压缩比的增加,发动机发生爆震的可能性增大,爆震开始时刻提前,爆震强度增大,燃气消耗率呈现先减小后增大的趋势,压缩比为13时,燃气消耗率最小;随着点火提前角的增加,发动机发生爆震的可能性增大,爆震开始时刻提前,爆震强度基本不变,燃气消耗率变化趋势是先减小后增大,当点火提前角为－21°时,燃气消耗率最小。     

Combined effect of boost pressure and injection timing on the performance and combustion of CNG in a DI spark ignition engine

There is an increasing interest in supercharging spark ignition engines operating on CNG (compressed natural gas) mainly due to its superior knock resisting properties. However, there is a penalty in volumetric efficiency when directly injecting the gaseous fuel at early and partial injection timings. The present work reports the combined effects of a small boost pressure and injection timing on performance and combustion of CNG fueled DI (direct injection) engine. The experimental tests were carried out on a 4-stroke DI spark ignition engine with a compression ratio of 14. Early injection timing, when inlet valves are still open (at 300°BTDC), and partial injection timing, in which part of the injection occurs after the inlet valves are closed (at 180°BTDC), were varied at each operating speed with variation of the boost pressure from 2.5 to 10 kPa. A narrow angle injector (NAI) was used to increase the mixing rate at engine speeds between 2000 and 5000 rpm. Similar experiments were conducted on a naturally aspirated engine and the results were then compared with that of the boosting system to examine the combined effects of boost pressure and injection timing. It was observed that boost pressure above 7.5 kPa resulted in an improvement of performance and combustion of CNG DI engine at all operating speeds. This was manifested in the faster heat release rates and mass fraction burned that in turn improved combustion efficiency of the boosting system. An increased in cylinder pressure and temperature was also observed with boost pressure compared to naturally aspirated engine. Moreover, the combustion duration was reduced due to concentration of the heat release near to the top dead center as the result of the boost pressure. Supercharging was also found to reduce the penalty of volumetric efficiency at both the simulated port and partial injection timings.     

均质充量压缩着火燃烧技术及其研究进展

均质充量压缩着火发动机由于其混合气是预混合好的，因此可以减少甚至达到无颗粒物排放；又由于是压缩着火而且没有节气门的节流损失，可导致高的热效率。分析了均质充量压缩着火的益处及技术难点，论述了其研究现状及在可变压缩比、可变配气相位及着火添加剂等几个方面的燃烧控制技术，并对其适用燃油也进行了研究。     

喷水对氩气循环天然气发动机爆震及热效率的影响分析

基于一台汽油/天然气两用燃料的涡轮增压三缸发动机，建立 GT-Power仿真模型，研究喷水对准氩气动力循环发动机工作过程的影响。结果表明，在低负荷工况下，喷水后缸内的温度和压力都下降；增大水气比 （水和甲烷的质量比） 和推迟点火则传热损失减少但排气损失增加，存在热效率提升的较宽水气比范围和最优的水气比，推迟点火时刻和喷水对于爆震有良好的抑制作用。在大负荷爆震工况下，喷水能够显著抑制爆震，提前点火时刻可以得到更优的燃烧效率，喷水可使制动平均有效压力 （Brake Mean Effective Pressure，BMEP） 为0.6 MPa时指示热效率提高0.2%、有效热效 率提高0.1%，0.8 MPa工况的指示热效率提高0.4%、有效热效率提高0.2%，1.2 MPa工况的指示热效率提高1.2%、有效热效率提高0.8% （水气比为1工况相对于水气比为0.4工况）。结合低负荷工况和高负荷工况的表现，发现喷水能有效抑制发动机的爆震，并能提升发动机的热效率。