预混合压燃式发动机的燃烧特性及着火控制

在1台均质充量压燃式发动机上测定了着火定时的特性、失火条件、燃烧噪声和排放。在发动机试验中,利用详细的化学反应动力学模型进行发动机循环模拟,揭示出着火定时的特性,并观察到了低氮氧化物（NOx）燃烧。通过利用动力学模型的定容燃烧模拟,推算出燃烧期内燃烧噪声与压力升高率的关系。基于废气再循环、进气温度、压缩比和燃料组分对着火定时、燃烧噪声和NOx排放的影响,探讨了均质充量压燃式发动机的燃烧控制方法。     

燃料性质的变化对重型车用发动机均质充量压燃的影响

均质充量压燃（HCCI）为显著改善效率和大幅削减排放提供了可能。然而，在实用负荷和转速下实现重型车用发动机的HCCI运行面临大量的技术挑战。必须把HCCI的运行范围成功地扩展到全部负荷和速度范围，同时要保持适当的燃烧相位，控制最高缸内压力和压力升高率，并限制氮氧化物和颗粒排放。Caterpillar和ExxoMobil公司的合作研究已在这方面取得重大进展。评估了燃料对HCCI发动机运行范围和排放的影响。测试燃料是在汽油和柴油的馏程范围内开发的，涵盖很大范围的着火性、燃料化学性质和挥发性。所有燃料均利用Caterpillar3401E单缸油料试验机、在HCCI条件下测评。测量了废气排放和性能等关键变量，以及发动机转速、废气再循环率、燃油喷射定时等参数。结果表明，燃料品质和发动机条件的适当组合可实现重型车用发动机在宽广负荷范围内的HCCI运行，同时显著削减排放。在发动机压缩比为12的条件下进行测试，发现某种着火性介于目前汽油和柴油之间的燃料可提供最大的高负荷运转能力。     

连续可变气门升程汽油机的管理系统

连续可变气门升程汽油机可按发动机转速优化气门升程和凸轮相位,以减小泵气损失,改善燃油耗和提高最大扭矩。为低燃油耗高功率发动机开发了一种能兼顾驱动性和低排放的新型控制系统。通过选用主从控制的新颖吸入空气管理系统可达到较低的燃油耗和良好的驱动性。为控制怠速,设计了新的、具有协同控制的二自由度滑模算法的控制器。该控制器可改善怠速稳定性,实现较低的怠速转速。为减少冷起动工况下的排放,开发了I—P控制与滑模控制算法相结合的点火定时控制系统。这样可使发动机转速平稳地达到目标值并促进催化转化器的激活。为减小各气缸间空燃比不一致的影响,利用具有扩展乎d调制算法的滑模控制机理,设计了一种新的优化控制器。通过将此控制器用于二次氧反馈,可精确控制催化器后氧传感器的输出,改善催化转化效率。利用这些新技术,可同时实现低的排放和好的驱动性,而不影响连续可变气门升程发动机独特的低燃油耗和高输出的优势。     

重型柴油机部分预混合燃烧的燃烧特性研究

部分顸混合燃烧（PPC）在燃烧可控性高和排放特性方面接近于均质充量压燃发动机。为了实现PPC,滞燃期必须足够长,以使燃油在燃烧前与空气充分混合。喷油需足够早,同时采用高废气再循环（EGR）率,以获得较长的滞燃期。为了明确PPC的原理,创建了燃烧特性随喷油定时、EGR率变化的脉谱图。在一台6缸重型柴油机上进行燃烧特性的研究,喷油始点由早到晚变化,EGR率的范围也很大。在参数扫描期间监控发动机的排放情况,在低排放、高效率的最佳区域内,研究了喷油压力和发动机转速对燃烧的影响,以获得对燃烧更全面的了解。     

基于光谱测试的均质充量压缩着火燃烧的研究

介绍利用光谱测试方法对均质充量压缩着火（HCCI）的燃烧特性进行分析的实例。分析结果显示，一定波长的消光系数与低温氧化反应的活性程度有关，相关知识将对解释HCCI燃烧的机理有所帮助。     

发动机速度特性的数学模型

本文对发动机台架试验数据进行曲面拟合，建立发动机供油拉杆不同位置时速度特性的数学模型。根据该模型，实测发动机转速和供油拉杆位移，得出实际工作过程中发动机的输出转矩和功率。     

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。     

2013年车用发动机排放控制回顾（下）

回顾2013年汽车排放法规和车用发动机排放控制技术的重要进展。介绍该领域排放法规的主要进展,包括美国建议收紧轻型车污染物排放标准,以及欧盟制定车辆实际行驶排放标准的情况。在应对严重的空气质量问题方面,中国和印度出现值得注意的转变。简要阐述了发动机燃油的发展状况。估计目前正处于石油稳定供应的初期阶段,这有可能使燃油价格保持稳定。轻型车和重型车的发动机技术促使发动机效率明显提高。回顾汽油机和柴油机在满足现行氮氧化物和温室气体排放法规方面取得的重要进展。证实或不久将证实,重型发动机可以采用常用的方法达到50％有效热效率。回顾包括选择性催化还原系统和选择性催化还原过滤器在内的氮氧化物控制技术进展,重点是低排气温度下的氮氧化物减排,以及各种部件的整合和控制。柴油机的颗粒减排技术正在围绕积灰特性和选择性催化还原一体化方面发展。直喷汽油机使用的颗粒捕集器正在快速发展,在某些情况下,这种捕集器的背压、点火特性和减排功能已与三效催化转化器的十分接近。氧化催化转化器的发展涉及一些棘手的问题,如排气中碳氢化合物和CO较高时的低温减排性能,以及甲烷氧化问题。讨论汽油机气态排放物控制技术的主要进展,重点是发动机标定与排放控制系统的匹配,以及稀燃汽油机的排放控制。下半部分介绍车用发动机排放控制技术的发展。     

燃料着火性对预混合压缩着火燃烧特性的影响

研究目的是为预混合压缩着火燃烧方式建议一种最适宜的燃料特性。在一台单缸试验发动机上探讨了燃料着火性对废气排放和燃油耗的影响。研究结果表明，降低燃料着火性（十六烷值）可以增加预混合周期，因而不容易形成碳烟，并可将着火时刻向上止点延迟。所以，可以在改善排放和燃油耗的同时扩大柴油机的工况范围。     

DA控制技术在凿岩台车行走系统中的应用与研究

中深孔凿岩台车是一种用于窄矿脉的开采凿岩设备,其行走系统一般采用集成DA控制功能的闭式液压驱动。DA(DriveAnti stall control)控制是一种与发动机转速或自动行驶速度有关的控制系统,系统中液压泵的排量随着发动机转速变化而自动调节,从而使发动机的负载扭矩与额定扭矩相匹配,实现系统的自动变速和防熄火控制。本文分析了DA控制的工作原理及特性,介绍了DA控制技术在中深孔凿岩台车行走系统的应用,试验测试了凿岩台车行走系统的DA控制Block-curve和Q-curve曲线,验证了DA控制功能的有效性。     

大缸径燃气发动机燃烧系统的开发

由于环保以及经济原因,大缸径燃气发动机,尤其是中速机正在引起越来越多的关注。除了发电用途外,这种发动机也在海运和铁路运输领域发挥了很大的作用。除了必须满足严格的排放法规外,发动机可达到的燃料经济性水平也是客户考虑的关键因素。文章分析了大缸径燃气发动机特定的应用要求。由于其独特的应用要求,发动机燃烧系统的设计更具挑战性。与客车和商用车发动机不同,大缸径燃气发动机需要一种截然不同的设计理念。文章重点描述了FEV公司预燃室燃烧系统的开发。为开发该燃烧系统,在单缸发动机上将既有的CMD方法与试验进行了有机结合。依据CMD所进行的预燃室设计,开发进程因测试变量数量的减少而明显缩短。经系统优化后,较好的燃烧稳定性可将BMEP值控制在30 bar范围内。通过参数的调整,仿真和试验结果之间建立了良好的相关性,而且还明确了预燃室结构改变对试验结果的影响。     

活塞组降低摩擦的潜力及其裙部涂层的影响

降低发动机的内部摩擦是发动机开发的重要目标之一。Mahle公司开发出一种整机摩擦功率试验台，作为重要的开发工具，其不仅能在外源增压倒拖运转情况下，而且能在着火运转的发动机上，对所有对摩擦功率有影响的发动机零部件进行参数试验，确定出活塞组各个结构参数降低摩擦的潜力，并借助于试验设计程序为每种试验方案绘制了摩擦功率特性曲线场。同时，为了查明活塞裙部涂层对降低摩擦和磨损的作用和潜力，对3种不同涂层材料进行了摩擦和磨损试验，然后对各项参数对降低摩擦功率的效果进行排序。它可为发动机试图达到更合理的结构设计提供参考。     

发动机运转条件对柴油机颗粒排放的影响

研究了1台单缸柴油机的颗粒排放特性。使用扫描电迁移率颗粒粒径谱仪测量颗粒的粒径分布。检测了发动机运转条件（当量比、喷射压力、喷油定时和废气再循环率）对颗粒粒径分布的影响。结果表明，颗粒粒径分布随发动机运转条件的变化而发生变化。在所有的条件下，核态颗粒与聚集态颗粒都呈现出相反的趋势。     

2013年车用发动机排放控制回顾（上）

回顾了2013年汽车排放法规和车用发动机排放控制技术的重要进展。介绍该领域排放法规的主要进展,包括美国建议收紧轻型车污染物排放标准,以及欧盟制定车辆实际行驶排放标准的情况。在应对严重的空气质量问题方面,中国和印度出现值得注意的转变。简要阐述了发动机燃油的发展状况。估计目前正处于石油稳定供应的初期阶段,有可能使燃油价格保持稳定。轻型车和重型车的发动机技术促使效率明显提高。回顾了汽油机和柴油机在满足现行氮氧化物和温室气体排放法规方面取得的重要进展。证实或不久将证实,重型发动机可以采用常用的方法达到50％有效热效率。回顾了包括选择性催化还原系统和选择性催化还原过滤器在内的氮氧化物控制技术进展,重点是低排气温度下的氮氧化物减排,以及各种部件的整合和控制。柴油机的颗粒减排技术正在围绕积灰特性和选择性催化还原一体化方面发展。直喷汽油机使用的颗粒捕集器正在快速发展,在某些情况下,这种捕集器的背压、点火特性和减排功能已与三效催化转化器的十分接近。氧化催化转化器的发展涉及一些棘手的问题,如排气中碳氢化合物和CO较高时的低温减排性能,以及甲烷氧化问题。讨论了汽油机气态排放物控制技术的主要进展,重点是发动机标定与排放控制系统的匹配,以及稀燃汽油机的排放控制。上半部分介绍排放法规、燃油,以及发动机技术的发展情况。     

利用发动机数据采集处理装置减轻内燃轻内燃动车维修工作量

为减轻内燃动车维修工作量，开发了发动机数据采集处理装置，该装置安装在内燃动车上，可对柴油机扭矩进行了测量，其原理是利用伟传动变矩器的滑动速度特性提供发动机飞轮扭矩，测量装置在ＲＴＲＩ－ＪＲ上试验后又在日本铁路的干线上进行了试验，结果个人满意。本     

燃料的混合特性对天然气发动机性能的影响

评价了各种供油条件下单缸火花点燃式发动机燃用天然气时的性能和燃烧特性。在同一台发动机上,采用激光诱导荧光法测定进气行程缸内燃油的分布,并分析了燃气状态。通过调整喷嘴在进气道的位置,控制混合气形成及其对发动机性能、尤其是热效率和氮氧化物排放的影响。     

柴油机的发展现状

介绍了柴油机特别是机车柴油机转速和功率调节系统的发展过程及目前所达到的水平，其中包括英国Ｂｒｕｓｈ公司对６０型内燃机车柴油机功率调节系统的改进；指出机车柴油机目前已采用微型计算机进行转速和功率的调节和控制，即出现了所谓的发动机管理系统，这种管理系统不仅能根据实际运动要求对柴油机精确地进行转速和功率调节，还可以优化燃没吧及对柴油机的各种运动参数进行监控，其中包括对排放参数的控制。     

发动机燃用GTL柴油的颗粒数量排放

以一台电控高压共轨柴油机为样机,研究了发动机燃用天然气制油(GTL)的排气颗粒数量及粒径分布规律.所用燃油分别为纯柴油、纯GTL柴油以及GTL柴油掺混比为10％,20％的G10、G20燃料.试验工况为最大转矩转速1 500 r/min和标定转速2 300 r/min的负荷特性试验,负荷百分比分别为10％,25％,5％,75％和100％.结果表明无论燃用柴油,还是GTL柴油或混合燃料,该柴油机排气颗粒数量随粒径变化大都呈现明显的双峰对数分布状态.其排气核态颗粒的峰值粒径在10 nm附近,聚集态颗粒峰值集中出现在40～50 nm之间.随着GTL柴油配比的增加,各工况下不同粒径的颗粒数量大都持续下降,其中排气核态颗粒数量明显下降,在高速高负荷下更为显著;而聚集态颗粒也较纯柴油有一定的降幅,其中G20和纯GTL柴油更为明显.     

高增压点燃式发动机早燃的研究

介绍了高增压点燃式发动机产生早燃原因的研究结果。研究中,首先将早燃涉及的现象,按照工作的物理原理,构建到决策树中。然后,利用决策树,推断出所有能想到的被认为是早燃原因的单一机理。进行了试验研究和数值仿真,用以判断每种机理在试验发动机上促进早燃的能力。改变特定参数进行试验,以核实发动机运行工况与早燃频率之间的相互依赖关系。此外,使用紫外光光敏高速摄影机进行光学测量,以获得早燃源的空间分布及其进展信息。数值仿真应用详尽的化学反应动力学,分析了空一燃混合气在不同热力学条件、混合气成分及其他因素下的总体自燃性能。此外,还进行了三维计算流体动力学仿真,以确定燃烧室内的主要工作条件。综合试验和数值研究的结果认定,很多可能机理可被排除,只有气缸套甩出的润滑油滴,是产生早燃的最合理解释。已识别影响油滴的甩出量,也就是影响早燃频率的主要因素之一,与侧向布置喷油器造成的喷雾撞击所引起的润滑油稀释有关。     

控制排放任重道远

本文介绍里卡多公司对大型发动机排放控制技术领域进行研究的全貌。作者分析了大型发动机不同的典型应用以及排放法规的相关趋势,回顾了不同排放控制技术（包括主要技术和辅助技术）的优点和缺点。所给出的数据包括试验的结果和基于计算机的模拟结果。本研究评述了这些排放控制技术正在对发动机制造商和发动机用户提出的挑战,其中对前者的挑战在...