以具备多连杆机构的可变压缩比系统提高发动机性能的研究

介绍了一种应用多连杆机构的可变压缩比（VCR）系统的基本结构及其工作原理,并描述了该系统实现压缩比连续可变控制的特点与潜力,以及设计紧凑、低振动、低摩擦的VCR原型机的方法。另外,还着重研究了VCR系统应用于涡轮增压发动机时对发动机性能的影响,以及改善燃油经济性等多种应用效果。     

用多连杆可变压缩比机构提高发动机性能的研究

介绍了一种采用多连杆机构的新型活塞一曲柄系统,它能改变活塞在接近上止点时的运动,从而获得与运转工况相匹配的最佳压缩比。只要选择合适的连杆机构并优化具体的参数,就可以在不增加原发动机尺寸或重量的情况下安装这种多连杆可变压缩比（VCR）机构。以前的文章中已清晰地说明了该VCR机构的特点,它能很容易地实现压缩比的连续可变控制。通过在膨胀冲程中对上连杆的垂直定向能减少由活塞侧推力引起的发动机摩擦。此外,通过连杆尺寸的优化设计可以实现类似简谐运动的活塞行程特性,从而降低由活塞二级惯性力引起的发动机噪声和振动,并减少曲轴扭矩的波动。将上述多连杆VCR机构应用于一台涡轮增压发动机,研究了它对发动机性能的影响。研究表明,在低负荷时提高压缩比和采用废气再循环,在高负荷时降低压缩比并提高增压压力,可以提高发动机的燃油经济性和输出功率。采用这种多连杆机构后的发动机活塞行程与传统发动机不同,类似于简谐运动。这种活塞行程的特征是接近上止点时活塞速度较慢,接近下止点时活塞速度较快。根据燃烧稳定性、时间损失、冷却损失以及摩擦情况,研究了在部分负荷工况下这种活塞行程特性对燃油经济性和最大功率的影响。     

Fiat公司极度小型化的2缸汽油机

新型0．9L2缸增压汽油机是Fiat动力传动技术公司发动机开发的重要里程碑。被命名为“Twinair”的汽油机是极度小型化的杰出代表,不仅其总排量被减小,而且气缸数也减少了。通过废气涡轮增压与Multiair可变气门机构相结合,达到了出众的发动机功率,即相当于排量比其大50％的自然吸气发动机的功率,而且至少节油25％,废气排放满足目前实施的欧5排放标准。此外,Twinair2缸汽油机的整个系统是按欧6排放标准要求设计的。由于采取了全面的优化措施,其噪声一振动一平顺性性能也成了小排量发动机的新标杆。     

新型直列3缸1．2L机械增压汽油机

介绍新型1．2I．3缸HRl2DDR型汽油机，其开发目标是达到欧洲B级车市场最低的二氧化碳排放，并通过优异的动力输出性能来满足用户的驾驶乐趣。同时，该汽油机的开发目的也是为了满足日趋收紧的法规要求，以及将来取代轿车柴油机。2011年，该汽油机已被应用在日产汽车欧洲市场的Micra车型上，达到了新欧洲行驶循环的二氧化碳排放限值95g／km。为了降低燃油消耗率，通过提高压缩比，最大限度地提高热效率，并尽可能降低机械摩擦损失。通过汽油直接喷射系统优化燃烧。选择带有旁通阀和电磁离合器的机械增压系统，在不牺牲动力性的前提下实现更好的燃油经济性。详细介绍了HRl2DDR型汽油机及其应用的技术亮点。     

以同时降低燃油耗和排放为目的的两级增压系统研究

为降低重型柴油机的实际燃油耗和排放,对采用不同低压涡轮流量和进气控制策略的2种两级增压系统进行对比研究。结果表明,所选择的增压系统可在发动机宽广转速及负荷范围内获得更高的增压压力,如再结合较高的压缩比,就能在改善车辆实际行驶工况排放性能的同时,降低燃油消耗率。     

Mahle公司作为技术示范的小型化发动机——方案、设计和结构

发动机小型化是指减小排量和增压相结合。它使得汽油机完全有可能在获得良好行驶动力性能的同时降低燃油耗和CO2排放量。为了展示创新发动机小型化方案的可能性及其核心技术,Mahle公司开发出一台独具特色的发动机。该发动机排量1．2L,其全负荷性能指标使小型化效果达50％,同时具有将新欧洲行驶循环燃油耗和CO2排放量降低30％的潜力。     

Audi公司新一代1．8L增压燃油分层喷射汽油机（第1部分）——基础发动机及其热管理

Audi公司已成功将EA888型4缸汽油机系列的第3代机型,即1．8L增压燃油分层喷射汽油机投放市场。鉴于日趋严格的二氧化碳排放限值和未来的欧6排放标准,对该机型进行了全面改进,应用了众多的创新技术（例如,集成在气缸盖中的整体式废气冷却）,使用了缸内直接喷射和进气道喷射的双重喷油系统,以及采用双凸轮轴相位调节器的可变气门机构（Audi可变气门升程机构）。同时,运用新颖的全电动冷却液调节,使实施创新的热管理成为可能。介绍了这种新一代汽油机的基础发动机及其热管理。     

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。     

高增压汽油机动力总成系统的整体优化

目前,降低燃油耗乃至达到法规所规定的二氧化碳排放限值是动力总成创新的主要推动力,这促使研发人员需根据不同的汽车市场和发动机等级采用不同的解决方案。除了在极度小型化的情况下,采取一些机内措施以获得可靠的燃烧过程之外,还讨论了选择哪种变速箱方案及不同的混合动力结构型式。Bosch公司为汽油机动力总成系统在沟通内燃机、变速箱和电子控制3个主要领域方面起到了桥梁作用。     

高功率低燃油耗的新一代蜗壳式增压器

德国HandtmannSystemtechnik公司重新启用蜗壳式增压器的理念,以期通过增压提高汽油机的功率,并对其进行了全面的改进。这一项目的合作伙伴Bertrandt公司对发动机工作过程进行仿真,证实了蜗壳式增压器相比其他增压系统所具有的优越性。介绍了HandtmannSystemtech—nik公司的蜗壳式增压器在发动机缩缸强化理念中的应用。单级和两级蜗壳式增压器适用于汽油机和低排放柴油机。     

利用二级增压降低Wrtsil四冲程中速柴油机排放

NOx和CO2的减排要求是促进未来内燃机发展的主要因素。NOx排放可通过使用Miller循环冷却燃烧过程来有效地降低。但是高度Miller循环(进气门提前关闭)需要高增压压力。对此,有效的措施之一就是采用二级增压系统,可使增压压力达到10bar。采用二级增压还可提高发动机效率以及降低CO2排放。发动机效率的提高是采用高效二级增压系统以及通过Miller循环使发动机压缩和膨胀冲程之间实现更佳的比例划分的结果。因此,Miller循环与二级增压系统相结合能使NOx和CO2排放都得到有效降低。为查明进气门关闭(IVC)提前与二级增压系统相结合所蕴含的潜力,采用一维模拟软件进行了研究。为寻求各种负荷下的最佳IVC,还利用可变的IVC系统进行了研究。在Wartsila20型柴油机上进行了二级增压系统样机、极端提前的Miller定时以及短的扫气期的试验。将这些试验结果与模拟结果以及与前期试验(一级增压,压比最高达6.2bar,中度Miller定时)的结果进行了对比。本文还介绍了样机的结构以及目前的发动机为适应增压度的提高以及为增设辅助设施而需要作出的修改。模拟结果以及作出的假定通过试验得到验证。以下几点是在Wartsila...     

未来汽油机的小型化

近年来,汽油机小型化已成为降低燃油耗和二氧化碳排放的重要技术措施之一。以Mahle公司1．2L汽油机为例,小型化率已达到50％,与同排量的自然吸气汽油机相比,其新欧洲行驶循环燃油耗的优势高达30%。     

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。     

高增压汽油机的两级增压方案

汽油机缩缸强化降低CO2排放已成为一种发展趋势,并有可能通过开发汽油缸内直接喷射而使其成为可投产的成熟产品,同时建立起增压汽油机喷油定时和充量更换的新自由度。因此,FEV发动机技术公司在当前的开发周期中,正在讨论以排量明显减小的发动机方案替代现有的汽油机结构系列。     

可变气门机构技术的发展与动向

可变气门机构现已几乎成为车用汽油机的标准配置，对提高发动机效率及降低发动机排放正在发挥较大的作用。介绍了可变气门机构的种类及结构，并较为详细地描述了可变气门机构的发展过程和采用的新技术，以及在不同时期对提高发动机性能所作出的贡献，也阐述了可变气门机构技术未来的发展动向。     

涡轮增压器仿真分析能力的增强

由于涡轮增压能提高发动机效率,从而可减少排放,因而它先是在轿车柴油机上,近年来又在小型汽油机上取得显著的市场增长。多涡轮增压、可变几何截面、废气旁通阀、废气旁通人进气歧管,以及发动机管理系统的联合应用,伴随着拥挤的发动机舱内较高的工作温度（汽油机超过1000℃）,这些都对从事动力总成、发动机舱内布置和标定的工程师们提出了严峻的挑战。     

Hyundai公司新一代1．8L汽油机

Hyundai公司开发出1款新型1．8L汽油机,以替代紧凑型及中型轿车上的老机型。该汽油机首次被配装在2011年亮相北美市场的Hyundai公司新款Elantra汽车上。通过应用双连续可变气门正时系统,以及能获得中、低速大扭矩和高速大功率的两级可变进气系统,这一新机型实现了高动力性能和低燃油耗。此外,优化了下部结构件和进气系统零部件,与此同时,也十分重视减轻部件质量,以降低噪声水平。该汽油机符合美国特超低排放车和欧5排放法规。简要介绍了新一代1．8L直列4缸汽油机（Nu汽油机）,以及为提高动力性能、减少燃油耗、降低排放和振动噪声而采取的各种相关技术。     

未来汽油机技术的展望

除了石油资源短缺和污染物排放外，汽油机产生二氧化碳带来的温室效应也成为日益严峻的问题。为了解决这些问题，汽油机有待实现以下技术：减少泵气损失、提高压缩比、增加燃烧等容度、抑制爆燃，以及采用直喷燃烧系统。均质混合气压缩点燃发动机是解决以上问题的最佳方法，但其实用化仍尚未定论。     

乘用车用小型涡轮增压器的开发

发动机要实现小型化与高功率化，需要采用涡轮增压器等有效装置。近年来，汽油机在应用直接喷射技术的同时，也开始重视涡轮增压器的应用，而柴油机配装可变截面涡轮增压器的实例则更多。日本IHI公司正在开发乘用车用的小型涡轮增压器，并将涡轮增压器的小型化，以及改进结构部件的质量和外形尺寸列为开发目标。通过应用一系列新技术和新工艺，开发出的涡轮增压器相比其他机型，可减轻质量22％，同时，发动机起动15S后的催化器入口温度上升了40℃。     

车用发动机增压及拓宽涡轮增压器工作范围的技术动向

自2008年秋季以来,汽车行业受全球经济低迷的影响,遭受了极大的打击。同时,涡轮增压发动机的数量也持续减少。另一方面,混合动力车和电动车近年来备受关注。但不管怎样,对于提高功率及降低燃油耗的目标来说,涡轮增压发动机仍是极具吸引力的,因为在未来的数十年内,内燃机仍将是汽车的主要动力装置。因此,柴油机和汽油机都在持续不断地研发各自的涡轮增压新技术,例如可变截面涡轮增压,以及扩大工作范围的压气机等。基于大量的已公开发表的论文,简要介绍了涡轮增压发动机的最新发展趋势,以及车用涡轮增压器的技术发展。