电热塞辅助点火的直喷式天然气发动机的设计和研制

由于受爆燃的限制和需要在接近理论空燃比的条件下运行，常规（奥托循环）的天然气发动机与柴油机相比，功率和热效率都较低。现正在开发在直接喷嘴的狄塞尔循环中燃烧天然气的技术，这种燃烧方式不易产生爆燃也不易受空燃比控制的限制。采用直接喷射天然气（ＤＩＧ）技术能使天然气发动机达到与同型柴油机相同的功率和热效率水平。现在正在进行的实验的研究目标是对铁路调车机车用的、功率为１５００ｋＷ的ＤＩＧ３５１６型发动机进     

通过高压直接喷射实现高效率和低氮氧化物排放的氢燃烧方式

氢可以从各种再生能源中产生,因此预计,氢将会在社会长期能源需求中起到重要作用。传统氢发动机存在的一些缺点是：冷却损失较高导致热效率较低,以及不正常燃烧（回火、早燃、燃烧速度较快）限制了大负荷运行。氢燃料直接喷射是克服这些缺点的一种有效办法,但是要实现高效率和低氮氧化物（NO。）排放的燃烧方法还需要进行更详细的研究。采用一种试验性氢高压喷射器（最大喷射压力30MPa）对高效率和低NOx排放的氢燃烧进行了研究。采用1台2．2L4缸涡流形燃烧室柴油机进行试验,氢喷射器安装在气缸中心,火花塞安装在预热塞位置。为了能向1个气缸提供氢气,对这台发动机进行了改装。通过控制喷油定时和点火定时研究了氢气的均相和分层燃烧。另外,还研究了联合使用火花点火的扩散燃烧（即火花点燃辅助扩散燃烧）。结果显示,采用高压直喷的分层扩散燃烧与传统的均相燃烧相比,指示热效率提高了约39／6。热效率提高的原因是：（1）分层扩散燃烧改善了冷却损失与等容度之间的折衷关系;（2）接近上止点喷射的压力恢复效应十分有利于热效率的提高;（3）在废气再循环（EGR）与扩散燃烧相结合的情况下,能使EGR更为有效。通过抑制喷束的贯穿度以减少较多的冷却损失,使这台小型发动机达到了52％的优良指示热效率,并通过计算流体动力学和可视化缸内燃烧研究得到了证实。另外,还获得了一些有价值的认识：EGR除湿能增加工作气体的比热比,并能在降低NOx的同时提高热效率。     

Opel公司新型1．0L涡轮增压直接喷射汽油机

Opel公司开发了一种新型1．0L涡轮增斥直接喷射汽油机,其功率为85kw。当发动机转速为1800～4700r／min时,扭矩可达到166N·m。12气门的1．0L火花点燃直接喷射汽油机是1．6L以下排量的3缸、4缸汽油机型谱中首款模块化发动机。该发动机运用了火花点燃直接喷射技术、可变气门控制机构,以及铝合金机体。据研发人员称,新型发动机的运行噪声比同类3缸机的低,甚至比4缸机的低。     

提高各种发动机热效率的技术

论述了改善发动机热效率的燃烧技术,并概述了汽车、船舶、发电等用途发动机的燃烧技术。汽油机通常采用的技术手段是提高压缩比,以及包括直喷、预混合压缩着火在内的稀燃技术和优化进、排气门正时及升程的技术。而柴油机的关键技术是增加喷油速率、多次喷射等喷油系统控制及高增压技术。进一步缩小发动机排量、增加燃烧控制系统柔性、回收废气热能将是未来改善系统效率的主要手段。     

新的MTU ADEC．发动机管理系统

MTU公司利用ADEC装置，不仅满足了严格的发动机排放法规要求，而且还能使今天的大型发动机的功率进一步提高。文中介绍了MTU发动机管理系统的结构原理和作用、燃油喷射技术的进步、相关硬件的发展、产品的寿命期、发动机数据控制装置、发动机和用户接口的划分、各种诊断装置及ADEC系统主要部件的结构原理。     

2．0L涡轮增压进气道喷射与缸内直接喷射汽油机应用无节气门负荷控制策略的对比研究

对1台2．0L涡轮增压进气道喷射汽油机和1台对比用的2．0L涡轮增压缸内直接喷射汽油机进行了台架试验研究,这2台汽油机都采用全机械式连续可变气门升程技术的无节气门负荷控制策略。对比中使用的基础发动机是不带连续可变气门升程机构的缸内直接喷射涡轮增压汽油机。运行试验重点是研究部分负荷时的燃油耗及全负荷时的低速最大扭矩。在这2种发动机运行模式下,采用连续可变气门升程机构后,发动机性能比无连续可变气门升程机构的涡轮增压发动机更好。这是因为更好的涡轮增压器响应优化了扭矩特性。带连续可变气门升程机构的涡轮增压进气道喷射发动机的扭矩与涡轮增压直接喷射的基础发动机相当,但低速状态下扭矩比基础发动机更好。涡轮增压连续可变气门升程缸内直接喷射汽油机在全负荷低速状态下能获得最大扭矩。涡轮增压连续可变气门升程进气道喷射汽油机在降低燃油耗方面具有更大的潜力。     

用燃油喷射策略和废气再循环提高二甲醚均质充量压燃发动机的性能

研究了二甲醚均质充量压燃（HCCI）发动机的燃烧和排放特性。测试了废气再循环（EGR）条件下不同喷射量及喷射定时的燃油喷射策略。缸内直喷和EGR导致缸内温度及混合均匀性的改变,也改变了HCCI燃烧相位。随着空燃当量比的提高,总平均指示压力（IMEPgross）升高,碳氢（HC）和一氧化碳（CO）排放降低。由于二甲醚具有更高的十六烷值和更好的自燃性,大部分燃烧在上止点前完成。缸内直啧二甲醚的潜热作用导致滞燃期延长,所以缸内直喷的IMERgross比气道喷射的高。但是,2种喷射的HC和CO排放很接近。直喷时,IMEPgross持续升高,直到喷射定时达到260°CA之后下降。气道喷射时,喷射时刻对IMEPgross的影响较小,因为随着直喷定时的推迟,IMEPgross随缸内气体均匀性而改变。局部较浓的燃烧会产生较高的燃烧温度,导致在较晚喷射时生成氮氢化物（NOx）。研究表明,HCCI燃烧最佳的喷射定时约在260°CA。喷射定时延迟到260°CA之后会使NOx增多。EGR可以提高IMEPgross因为燃烧推迟使燃烧相位从上止点前改变到上止点后,同时,更低的燃烧温度使HC和CO排放增加。缸内直喷和更高的空燃当量比使燃烧效率提高,从而导致更高的燃烧温度。随着EGR率的增大和喷射定时的推迟,燃烧推迟,从而提高了热效率。此外．较大的空燃当量比会导致过早自燃,降低热效率。     

采用后喷射改善柴油机的燃烧过程

在一系列运转工况下试验研究了后喷射对共轨直喷式柴油机减排的效果。结果表明,在全部工况范围内,采用后喷射可以降低排气烟度,而热效率和其他排放指标并无恶化。降低排气烟度的后喷射最佳油量为总喷油量的20％。后喷射的最佳定时为紧接主喷射之后。从燃烧室底部观察的燃烧火焰显示,后喷射促进了碳烟的氧化。     

短讯5则

Alfa Romeo公司在意大利开发了一种新型缸内直接喷射涡轮增压发动机,将于2013年初在PratolaSerra市的FMA工厂投入生产。这款既可横置又可纵置安装的新型4缸发动机的排量为1．8L,最大功率达到221kw,而且,还能满足未来欧6排放标准和美国第2阶段第5级排放标准。这款全铝合金制造的发动机装用一种20MPa缸内直接喷射系统,可变气门机构,以及高功率的涡轮增压器。     

小型非道路用共轨直喷式柴油机的技术理念

近年来,由于对工业用发动机运行平顺性和低燃油耗方面的要求日益提高,因此,要求农业、园林及工程机械等非道路用发动机具有高功率、低燃油耗和低噪声的特点。此外,即使是小型发动机,其电子控制装置的发展趋势也需保持一致。基于这些背景,开发了采用共轨燃油喷射系统的新型非道路用直喷式柴油机,以满足上述要求。评述了在小排量非道路用柴油机上采用共轨燃油喷射系统,以及优化燃烧系统和喷油特性的技术。     

小型化汽油机面临的成本压力

Volkswagen公司推出1款第5代Golf车用小型化汽油机,旨在提高发动机性能。这一发动机采用机械增压、涡轮增压和直接喷射技术,使功率和扭矩分别提升到125kW和240N·m。     

ECU——电子燃料喷射系统的“大脑”

过去，通过采用电子控制，实现了技术产品功能的显著改善和降低了造价，近年来，在所有的技术领域，都越来越多地采用了电子控制，在发动机领域，对其功率，燃油消耗率，排放值，动力特性和总体性能各个方面的要求不断提高，需要功能更强的喷射系统和范围更广泛的发动机管理系统。只有通过采用先进的电子喷射系统，才能达到这个目的，并且在造价方面比较合理。     

柴油、重油和气体燃料发动机电子燃料喷射系统的耐久性和长期稳定性

更严格的排放法规不仅要求更高的系统性能（诸如喷射压力的提高以及每燃烧循环喷射次数的增加），还对与燃烧有关的燃油喷射系统及部件的质量水平提出更高的要求，而运营者对于延长大修期的普遍要求又进一步增强了这一趋势。这种趋势在系统早期开发阶段已经加以考虑，而在以后的设计、生产以及使用期内，也必须加以重视。 本文介绍的功率范围为500kW～20MW的模块式DUARAIL系统既包括使用柴油和重油的发动机，也包括使用微量引喷的气体燃料发动机。这种电子控制的燃料喷射系统是为满足高性能要求而与发动机制造厂和最终用户密切合作开发的。为避免产生与设计有关的故障或使性能受限，主要零部件均基于有限元法的应力和温度分析以及流体动力学模拟来进行设计。 喷射系统和部件经过大量试验优化，并通过累计几万小时的耐久试验进行验证。在专门的磨损试验中，在各种液压和热状态下对磨损随时间的变化规律进行了分析。为确认其在实际条件下的功能和耐久性，在最终产品出厂之前，喷射系统先在试验机上运行。 随着发动机部件的磨损，运行参数会逐步改变。为避免喷射参数在大修间隔时间的末期超过其相应的允许值，对部件设计、材料组合和工艺均进行相应的选择，并通过耐久试验对预期性能进行预测和验证，由此获取的信息可用于延长大修期以及用于发动机状态修。 正常运行和总的耐久性以及稳定性的先决条件是良好的零部件清洁度以及在严格控制的高清洁度标准条件下的组装。因此，所有新的和经过整修的高压泵和喷油器的组装和校准工作均在清洁的室内设备上进行。 基于以上原则，有关运行技术条件、维修和大修期的要求均被最大限度地满足。     

采用全可变气门机构的BMW公司V8双涡轮增压直接喷射汽油机

2012年6月,BMW公司将采用双涡轮增压技术的新型V8汽油机推向市场,该发动机采用汽油缸内直接喷射、Valvetronic全可变气门机构和双涡轮增压等先进技术,其主要开发目标是明显降低燃油耗和适度提高功率,同时推出4．0L机型,并且与BMWM公司采用相同基础发动机的新型BMWM5直接喷射汽油机具有较高的零部件通用率。新型V8汽油机首次同时配装于BMW公司新型6系GranCoup6轿车、5系GranTurismo轿车,以及6系和改进版7系轿车。     

MAN B＆W RK280型柴油机从方案设计到投产广泛应用工程预测方法

为了设计出世界上最大功率的1000r／min柴油机，广泛应用了工程预测工具。设计功率为10MW的RK280型柴油机在零部件的热负荷和机械负荷两方面均达到了新的技术水平。其安全性、可靠性、排放、整机尺寸／重量目标以及输出功率和燃油消耗率指标的实现，均离不开可靠的工程预测工具的广泛应用。MAN B＆W柴油机公司经过市场调查，并吸取了RK270型柴油机10多年的经验，确定了RK280型柴油机总的设计目标。其后再经过周密严谨的概念分析程序，其中包括公司内的性能预测程序、计算流体力学分析以及有限元分析，很快就确立了诸如缸径和行程、V形夹角、转速和功率范围等主要参数。在RK270型柴油机上取得的紧凑的排气管系统经验帮助设计师们设计出从气缸出口到高效涡轮增压器的高效排气传递系统。高喷射压力和短喷射持续期的燃油喷射系统是其早期分析过程的另一特点。 随着过程的进一步扩展，进行了单个部件和系统的更为详细的热力学、结构和动力学的分析。在进行详细设计的同时，对关键部件进行超负荷条件下的加速疲劳试验，这使得关键部件的结构在开发过程的较早时期就固定下来。燃烧过程的3维模拟对设计进行了验证，并进一步减少了在权衡燃油经济性和排放性能方面所需付出的工作量。 发动机开发和制造工程师在设计中广泛应用工程预测方法以保证所完成的设计能以最有效的优化方式进行制造和组装以及使用和维修。 本文将介绍在预测发动机热力学、气体动力学特性过程中所采用的方法和程序，并介绍在获取发动机可靠的安全系数和发动机的完善性的过程中所采用的有限元方法。     

新型发动机技术信息

Ford汽车公司开发出一种新型发动机。它是一种缸内直接喷射、涡轮增压和可变气门控制的1．0L3缸汽油机。新型发动机首次被配装在将于2012年上市的B-Max汽车上。它达到4缸发动机所具有的功率,但燃油耗显著降低,并且二氧化碳排放处于100g／km水平。另外,该公司声称：将推出1款混合汽车用的自主研发的新型变速器。     

BMW公司3缸直接喷射汽油机的热力学

BMW公司在可变气门机构、废气涡轮增压和汽油缸内直接喷射等技术基础上开发了发动机标准组合部件,未来,它们将被应用于BMW公司的所有汽油机。同时,研究证实,为了充分挖掘燃烧过程的潜力,0．5L被认为是最佳的单缸排量。因此,BMW公司针对140kw以下的功率需求．开发了一种1．5L直接喷射汽油机。介绍这种机型的热力学潜力。     

Audi公司TT RS轿车用新型2．5L涡轮增压燃油分层喷射汽油机

Audi轿车搭载直列5缸涡轮增压发动机具有悠久的传统史。经过持续不断的开发,又将缸内直接喷射与涡轮增压相结合,2．5L发动机在5400～6500r／min时功率达到250kW,并在1600r／min时扭矩达到450N·m。Audi轿车的发动机动力指标与优化匹配的6档手动变速箱相结合,在保持适当燃油耗的情况下,能使其加速性和机动性指标达到运动型车型的水平。     

大型高速柴油机共轨式燃油喷射系统

为了满足日益严格的排放法规及对提高燃油经济性和在适当的价格范围内实现更大功率输出的更高要求，开发出一种用于高速柴油机的新型电控同喷射系统。它适用于单缸最大输出功率为120KW，最高转速为2300r/min的发动机，这种新型同系统采用模块化设计，在对柴油机作微小变动的情况下可取代直列泵燃油系统。     

汽油直接喷射点燃式发动机起动过程的研究

要降低汽油机的碳氢化合物（Hc）排放,了解有关冷起动期间燃油喷射、蒸发及燃烧的过程非常重要。为了了解更多关于冷态发动机起动过程的情况,在1台4．2L8缸直接喷射汽油机上进行了研究。改变喷油定时、点火定时和喷油量等参数,以了解它们对燃烧过程和转速上升的影响。特别是在发动机加速运行期间,对每个后续的燃烧进行研究非常有必要,因此,在发动机各缸中安装了高压示功装置。发动机的瞬态压力和瞬时曲轴转速借助于l套显示系统进行记录。此外,还采用快速响应的氢火焰离子化分析仪来测量发动机初始几次循环期间的瞬态HC排放。各缸的压力用最高压力和平均指示压力评定。并且,转速信号用每次点火的增加量进行分析。为了获得关于燃烧品质的额外信息,对未燃HC的排放进行了分析。基于这些测量结果,得出了发动机起动期间每次后续点火的最优参数设置。