增压汽油机不同排气歧管长度下的压力波动特性

利用台架试验数据校准了增压直喷汽油机一维性能仿真模型,应用校准后的模型研究了低速(1 500r/min)全负荷工况不同排气歧管长度下排气阀口与涡轮机入口处的压力波动特性,并对压力波动形态与低速增压压力的建立、瞬态响应、缸内充气效率等的关联性进行了深入分析。研究结果表明:在现有排气歧管结构形式下,在低转速宜采用较短歧管,从而有望获得更高的增压压力和扭矩;相继工作的气缸不宜在涡轮机前共用一根排气总管,否则容易引起废气倒流,而且歧管越短倒流越严重;排气歧管中的压力波在传向涡轮机入口过程中被"均值化",不能充分应用排气压力波动效应来提高低速扭矩和改善增压延迟。     

基于配气正时的柴油机高排气背压性能优化

针对目前柴油机在高排气背压下泵气功损失增加、残余废气系数升高、燃油经济性下降等性能恶化的问题,提出通过优化配气正时来解决此类问题的方案。利用GT‐Power软件对LD1110单缸柴油机建立仿真计算模型,对上述解决方案进行了分析研究。计算结果表明：排气背压为0．3 M Pa、进气提前角保持不变、喷油量为45 mg时,柴油机在转速2200 r／min下通过优化排气晚关角可以使平均有效压力提高28．33％,有效燃油消耗率降低22．08％;排气背压由0．1 M Pa增大到0．3 M Pa时,通过配气正时优化,柴油机在转速2000 r／min下平均有效压力的损失可减小12．8％,有效燃油消耗率的增加可降低27．1％。     

奔驰4缸发动机M651简介(下)

正(接2018年第6期)4.增压分类增压功能按发动机转速分为3种情况。(1)如图21所示,低转速1 200r/min以内控制翻板、排气门和检验阀关闭,由高压涡轮增压器产生所需的主要的增压压力。(2)如图22所示,中转速1 200r/min到2 800r/min控制翻板和检验阀关闭,排气门缓慢开启,产生的增压压力中,大部分由高压涡轮增压器提供。(3)如图23所示,高转速2 800r/min以上检验阀和排气门开启,由低压涡轮增压器产生所需的主要增压压力。     

利用扫气抑制增压直喷汽油机爆震的试验研究

通过台架试验研究了扫气对增压汽油机爆震的抑制效果。在转速为1 800 r/min,扭矩分别为150,200,250 N.m工况下,分析了扫气对点火提前角、进气流量和涡轮前端温度的影响。研究了相同节气门开度不同配气相位情况下,利用扫气改善大负荷下扭矩的潜力。结果表明:随着负荷的增加,扫气效果逐渐增强,发动机的点火提前角并不随着负荷的增加而推后,只是在一定区域内波动,进气流量增加,涡轮前端温度先降低后增加;大负荷下利用可变气门技术形成的扫气可以有效提高充气效率和动力性;在1 800 r/min下,发动机扭矩可以提高50 N.m。     

混合动力汽车柴油机快速起动燃烧排放特性研究

混合动力汽车发动机起动要快速,其瞬态程度更高,势必造成起动过程排放控制困难.为了研究不同起动瞬态变化条件下的发动机燃烧和排放特性,基于自行搭建的单轴并联混合动力试验平台,分别用24 V原机起动和800 r/min,1 000 r/min及1 200 r/min转速拖动发动机起动.研究结果表明:随着拖动转速升高,起动过程中的缸内压力峰值、平均有效压力和燃烧持续期均减小,但减少幅度会降低,800 r/min拖动起动时,燃烧波动较大;发动机起动过程中的CO,NOx和Soot排放均随着拖动转速的升高而减少;原机24 V起动和800 r/min拖动起动时燃烧和排放特性随循环或时间的变化趋势一致,1 000 r/min和1 200 r/min拖动起动时的燃烧和排放特性变化趋势一致;以800～1 000 r/min拖动起动是较好的快速起动策略,但是需要重新标定起动时的喷油策略.     

增压汽油机高原性能与排放仿真计算

利用GT-power软件建立某1.4 T增压汽油机模型,模拟在不同海拔下发动机外特性的动力性和经济性的变化情况,全负荷下HC,CO,NO_x比排放的变化情况。结果显示:在低速时,随海拔上升,汽油机的平均有效压力下降较大,最大达到42%;燃油消耗率在800~1 800 r/min下降比较明显,最高达10%;全负荷下CO比排放随海拔的上升整体呈下降趋势;全负荷下HC比排放随海拔的升高而升高;NO_x比排放在全负荷时随海拔上升呈现先增加后降低的趋势。     

二级可调增压器旁通阀与喷油参数调节规律的仿真分析

利用Wave仿真软件建立了某二级可调增压V型8缸电控单体泵柴油机的仿真分析模型,应用台架试验数据对模型进行了标定,以最佳燃油经济性为目标,计算了外特性条件下排气旁通阀开度与喷油提前角对柴油机性能的影响规律,得到两者的优化匹配规律。计算结果表明:旁通阀阀门开度及喷油参数直接影响二级可调高增压柴油机系统的燃烧和换气过程;高转速高负荷工况时需要打开排气旁通阀,并适当增加喷油提前角以降低过高的排气背压,减少泵气损失,且转速越高放气阀开度越大、喷油提前角越大;中低转速高负荷工况时,排气背压低于进气压力,泵气损失功小,不需要打开排气旁通阀,并且应适当减小喷油提前角。     

电控高压共轨柴油机燃用生物柴油-柴油混合燃料的燃烧特性

针对1台6缸增压中冷电控高压共轨柴油机,在不改变原柴油机结构和喷油参数的条件下,研究了生物柴油的掺混比例对发动机燃烧特性的影响。结果表明:小负荷时发动机有预喷射,随着生物柴油掺混比的增大,生物柴油-柴油混合燃料的滞燃期缩短、缸内最高燃烧压力下降,预喷阶段压力升高率峰值和瞬时燃烧放热率峰值减小,且对应的相位提前;主喷阶段压力升高率峰值和瞬时燃烧放热率峰值增大,且对应的相位后移。随着负荷的增大,发动机喷油策略改为单次喷射,随着生物柴油掺混比的增大,缸内最高燃烧压力下降,燃烧持续期缩短,压力升高率峰值略有增大,瞬时燃烧放热率峰值逐渐减小且对应的相位前移。两种不同负荷条件下,随着生物柴油掺混比的增大,混合燃料的指示热效率逐渐下降。     

两级相继增压对柴油机低负荷性能影响的试验研究

为综合提升陆用与船舶柴油机中低转速工况动力性、经济性和排放性能，搭建发动机性能试验台架，分别从增压系统性能、柴油机燃烧和整机性能三个方面，对比研究了低压级增压、高压级增压、两级增压和两级相继增压四种增压方式对某型柴油机的性能影响。研究结果表明：柴油机运行在推进特性中低转速工况下，与其他增压模式相比，两级相继增压模式能显著提高进气流量，而不引起增压压力的大幅度增加，缸内最高燃烧压力远离极限值，因此可适当增加喷油量，实现中低转速工况较高的扭矩输出；在高温富氧燃烧条件下虽然NO_x排放略有增加，但两级相继增压模式通过排气能量的合理利用，获得了泵气功的收益和燃油消耗率的降低；在推进特性30%负荷下，与低压级增压相比，两级相继增压泵气平均有效压力提升0.019 3 MPa,燃油消耗率降低4.9 g/（kW·h）,经分析得出两级相继增压为柴油机在低负荷工况下最优的增压模式方案。     

电子增压器对增压米勒循环汽油机性能影响的试验研究

为提高发动机有效热效率和动力响应性,在一台三缸增压米勒循环汽油机上,研究了电子增压器对发动机经济性和动力响应性的影响。结果表明:经济性方面,电子增压器能显著提高发动机低转速大负荷时的低压废气再循环引入能力,发动机在2 000 r/min、平均有效压力为1.4 MPa时低压最大EGR率从15%提升到25%,实现了39.5%的有效热效率。从能量平衡角度分析,热效率提升的主要因素是传热损失、排气损失和未燃HC损失的减少。动力响应性方面,发动机在1 500 r/min时,电子增压器的接入显著提高了发动机增压阶段的压力升高率,瞬态响应时间缩短了58%;同时,电子增压器起到发动机功率放大器的作用,消耗3 kW的电耗使发动机功率增加12 kW。     

喷嘴开启压力对DISI甲醇发动机燃烧和排放的影响

在1台经过改装的1.99L自然吸气缸内直喷点燃式甲醇发动机上,进行了喷嘴开启压力对发动机有效热效率、燃烧及排放影响的试验研究。在发动机转速为2 000r/min的各负荷工况下,选取7.5 MPa,12.5 MPa和17.5 MPa 3个喷嘴开启压力进行试验分析。结果表明:随着喷嘴开启压力的降低,发动机有效热效率、最大缸内压力和放热率略微增加,但是在小负荷工况下降低喷嘴开启压力,HC排放和CO排放显著增加,在大负荷工况下提高喷嘴开启压力会使NOx排放显著增加。     

气门相位对高膨胀比发动机性能影响的研究

在1台几何压缩比为12的双独立可变凸轮相位汽油机上,在转速1 500~5 500 r/min、全负荷工况下进行了不同进排气相位对发动机输出扭矩、燃油消耗率、爆震倾向影响的试验研究,分析了不同转速下进排气相位优化的规律以及对发动机性能的影响。试验结果表明,采用可变相位技术后,低速时扭矩提高超过8%,中高速时功率增长达10%~14.8%,转速在4 500 r/min以下燃油消耗率平均降低5%,在2 000 r/min时最低燃油消耗率达到250 g/(kW.h)。     

内外EGR和喷油压力对柴油机低温燃烧的影响

在1台装有电液可变气门的单缸柴油机上,通过改变内外EGR策略和喷油压力,对柴油机小负荷工况下低温燃烧的燃烧特性和排放特性进行了试验研究。内部EGR通过排气门两次开启实现,发动机转速和喷油量分别固定为1 500r/min和20mg/cycle。研究结果表明,通过高EGR率控制可以实现超低NOx排放,其中采用高喷油压力可以降低内部EGR的炭烟排放,而采用低喷油压力可以降低外部中冷EGR的HC和CO排放。在内外EGR耦合控制策略中,提高内部EGR比例可以降低HC和CO排放,但改善效果逐渐减弱,同时为了抑制炭烟排放,需要结合更高喷油压力,而提高外部中冷EGR比例可以获得较高热效率。     

放气阀增压器在柴油机高原环境适应性改进中的应用研究

基于柴油机进排气高原环境模拟试验平台,针对所研制放气阀涡轮增压器,通过配机试验研究,获得结论如下:基于由冷态测量获得的放气阀开启特性,在考虑放气阀几何结构、排气脉冲压力波动等因素影响后得到预测特性,与高原模拟试验结果具有较好的一致性,偏差在7%以内;放气阀涡轮增压器具有较高的扭矩储备系数,可用于高原环境适应性动力改进,海拔4000 m工况可获得1.27扭矩储备系数,与常规增压器平原扭矩储备系数相当;在高原环境发动机进气量需要增加、压后压力需要提高的情况下,放气阀与平原工作状态近似,在最大扭矩点之后处于开启状态;与平原相比,高原4000 m工况压气机压后压力降低约60 kPa.通过更换高压比压气机放气阀涡轮增压器,在保持原有配机性能近似不变的情况下,可有效解决高原增压器超速问题,可使增压器转速在平原状态下降低10000 r/min左右,在高原4000 m工况,工作转速与更换前平原工作转速相当.     

基于道路载荷谱的柴油机激励分析和台架试验循环研究

基于车辆典型路面行驶产生的道路载荷谱,对发动机的典型运行工况和瞬态行为进行了分析和研究,构建了基于道路载荷的台架运行循环。研究表明:1 500r/min和1 600r/min是车辆行驶过程中柴油机的常用转速,其使用频率远高于其他转速;转速超过1 800r/min时柴油机多数工作于满负荷工况点;柴油机在1 400~1 800r/min运行时主要集中在中高负荷工况,负荷百分比统计值高于60%;整个载荷时间历程中,500~600r/min幅度的转速跃变比例高,且转速最大跃变不会超过1 000r/min。构建的台架运行循环与实际道路载荷强度相似、转速分布类似,能够表征车辆行驶过程中柴油机的激励状态。     

发动机燃用生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的性能试验

为了降低柴油机燃用中等比例生物柴油-柴油混合燃料的污染物排放,在1 400r/min和2 000r/min不同负荷条件下,首先对比分析了发动机燃用生物柴油-柴油混合燃料与纯柴油的性能差异,然后在中等比例的生物柴油-柴油混合燃料中分别掺混10%和20%(体积比)的无水乙醇,测定了乙醇掺混比对发动机经济性、动力性和排放特性的影响。结果表明:与纯柴油相比,生物柴油-柴油混合燃料的有效燃油消耗率上升,动力性略有下降,炭烟排放降低,而NO_x排放升高。随着乙醇掺混比的增大,生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的有效燃油消耗率升高,小负荷时受乙醇汽化潜热的影响导致有效热效率下降,中等负荷时乙醇对有效热效率的影响不大,而大负荷时乙醇的高含氧量能够提高发动机的有效热效率。1 400r/min和2 000r/min全负荷条件下,发动机的最大功率随乙醇掺混比的增大而下降。在不同负荷条件下,随着生物柴油-柴油-乙醇混合燃料中乙醇掺混比的增大,发动机的炭烟、NO_x和CO排放逐渐降低,小负荷时乙醇的高汽化潜热导致HC排放明显升高。     

进气节流对柴油机低负荷性能影响的试验研究

在柴油机上加装节流阀是提升小负荷工况排温、改善排放的途径之一,但会对柴油机的其他性能造成影响。本研究通过给柴油机加装节流阀,研究了进气节流对柴油机小负荷工况性能的影响。试验结果表明:进气节流对柴油机的排温和NOx排放提升明显;柴油机进气节流后缸内压力下降,缸内平均燃烧温度、机械效率升高,滞燃期延长,燃烧始点后移;中低转速小负荷工况,随着节流程度的增加,燃油消耗率和烟度增加;高转速小负荷工况,一定范围内通过进气节流可以实现燃油消耗率和烟度的降低。2 500r/min,29N·m工况,保持EGR阀全开,随着节流程度的增加,NOx和烟度出现同时下降趋势,当空气流量由191.4kg/h降至140.6kg/h时,燃油消耗率、NOx、烟度分别下降了7.9%,58.1%,27.3%,排温提升了42.5%。     

进气压力对汽油混氢发动机性能影响的研究

在1台加装了电控氢气喷射系统的4缸汽油机上,研究了进气压力对混氢汽油机燃烧与排放性能的影响。试验结果表明:随着进气压力的增加,混氢前后发动机平均指示有效压力与指示热效率均有所升高;相同进气道压力条件下,混氢后发动机热效率有所提高,但进气压力较高时混氢后发动机平均指示有效压力有所降低;发动机HC与CO排放随进气道压力的增加而逐渐降低,但NOx排放随进气压力的增加而升高;相同进气压力条件下,进气混氢有利于改善发动机HC与CO排放。