一款令人神往的超高性能发动机

根据《奥托理论热效率的大幅突破》和《传统发动机的污染排放与爆燃诠释》,非曲轴连杆机构发动机不仅拥有传统发动机100%的热效率提高潜力,还有近零排放巨大的降低空间,不仅如此,由于省去了曲轴连杆机构而使得结构更为简明紧凑,由于近零排放及其低温燃烧的稀燃特性使得缸内燃烧温度减低而无需冷却系统,由于没有惯性负荷下的滑动摩擦使得没有机件之间的较大磨损而无需润滑系统,更由于两大性能之高而无需任何先进复杂的高难技术和眼花缭乱的辅助装置,非曲轴连杆机构发动机还可拥有极好的经济性能。既然非曲轴连杆机构发动机拥有如此之好的性能提升前景,那么可否打造一款从未奢望过的理想发动机呢?按照这一思路,以奥托定容循环为原则,以两大性能为目标,以高效清洁着火燃烧条件为基础,开启你的逻辑探索力,拓展你的空间想象力,模拟设计一款令人神往的超高性能发动机。     

传统发动机的污染排放与爆燃诠释

传统发动机之所以被淘汰出局不仅只是效率不高,还有更为重要的大量污染排放,虽然传统发动机效率不高,但依然位居各类发动机的较高者之列,而污染排放虽经尾气后处理而大幅下降,但却难以摆脱环境污染的最大贡献者。已经发现污染排放与爆燃或者粗暴密切相关,致使传统发动机始终受制于爆燃或者粗暴的束缚限制,而爆燃或者粗暴则是曲轴连杆机构构成的固有缺陷。如果没有曲轴连杆机构这一固有缺陷,排放性能就会很好,燃油发动机不仅不会被淘汰,还将再续昔日辉煌。     

新型发动机降低单位油耗的途径

1 传统发动机效率不高的原因 从化学能转化为机械能的角度来看,带有曲轴连杆机构的传统活塞式发动机还不完善,因为汽油机的热效率不到35%,柴油机的热效率也仅为45%.也就是说,仅仅不到一半的燃料能量被用来使发动机作有效功.     

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。     

较高压缩比对柴油机性能影响的研究

为了提高发动机的有效热效率,必须尽量减少各种损失,例如理论热效率中的冷却损失和摩擦损失。然而,除了减少各种损失外还必须提高理论热效率。在努力提高商用车用大型柴油机有效热效率的工作中,重点研究关注了影响发动机理论热效率的2个重要因素:压缩比和比热比。根据这2个因素所起的作用而进行理论热力学循环分析,预计将压缩比从基本发动机的17提高到26,并增加比热比,使理论热效率得到显著的提高。利用1台单缸发动机研究了上述2个因素对指示热效率和有效热效率的影响。通过改变燃烧室容积来改变几何压缩比,通过外部供气系统调节过量空气和EGR率来控制缸内气体的比热比。由初步理论分析得知,理论热效率可提高8%(较高压缩比和较高比热比相结合时),指示热效率和有效热效率分别可提高6%和4%。     

氩氧氛围下天然气发动机的燃烧特性研究

为提高内燃机热效率,将发动机进气由空气替换为氩氧混合气,试验研究了过量氧气系数、氩气比例、点火正时对发动机指示热效率、平均指示压力(IMEP)及燃烧循环变动的影响.试验结果表明:在过量氧气系数为1时,直接用79％氩气比例的氩氧混合气代替空气可使发动机的指示热效率从36.9％提高到43.0％,平均指示压力从0.81 MP...     

大型单缸柴油机利用高膨胀比循环改善热效率

为了说明柴油机通过控制最佳的压缩比和膨胀比来获得热效率改善的效果。使用带可变气门正时,并配装外部增压系统的大型单缸柴油机进行验证试验。试验装置可组合多种有效的压缩比与膨胀比,装备3个不同活塞,以获得18.0~26.0的几何压缩比。研究结果表明,由于增加有效膨胀比和高的压缩比,总指示热效率得到改善,同时,由于急剧增加的机械损失与泵气损失,制动热效率降低。另外,验证了通过扩大膨胀比,过度的排气损失能够有效地转换为有效功。     

氢内燃机的热力学性能分析

以实际气体代替标态空气作为奥托循环的工质,得到改进的理论循环。以此为模型讨论氢(H2)内燃机的特殊性,计算发动机主要指标随进气温度(Ta)、压缩比(cε)、过量空气系数(a)等参数而变化的数值,绘制了热力学特性曲线。讨论了不同混合方式的影响。     

大缸径天然气发动机几何压缩比与米勒度协同优化

利用GT-Power建立了某大缸径天然气发动机的一维热力学循环仿真模型,用原机台架试验数据标定,使仿真模型计算准确后,研究了发动机设计参数几何压缩比以及米勒度对发动机性能的影响.以提高发动机热效率和降低排气温度为目标,利用神经网络建模与遗传算法对发动机设计与控制参数进行协同优化.优化结果表明,在保证发动机扭矩输出的条件下,通过对几何压缩比与米勒度的协同优化可以提高指示热效率,降低排气温度,改善发动机性能.     

基于冷却 EGR和压缩比的增压汽油机燃油经济性优化

通过冷却EGR结合高几何压缩比的方式来改善发动机热效率,利用GT‐Power软件建立并标定了发动机热力学循环仿真模型,预测了带外部冷却EGR系统的进气道喷射发动机提高压缩比后的性能。提出了一种考虑EGR影响的爆震预测方法,并进行了试验验证,通过神经网络结合遗传算法及一维热力学模型对冷却 EGR发动机的几何压缩比进行了预测优化。结果表明,提高压缩比后可以在基本不损失外特性扭矩输出的前提下进一步提高发动机的热效率。     

高效燃烧汽油机技术特点分析与研究

参照近代内燃机技术手段可知,采用阿特金森循环等传统降油耗技术手段往往伴随着发动机动力性能的妥协,因此寻找一种兼顾动力性与经济性的提升热效技术手段变得迫在眉睫。阐述了马自达SKYACTIV-X、现代起亚Smartstream 1.5 L Turbo GDI等高热效汽油机技术路线的原理、结构形式、技术特点,为日后研发工作指明了方向。     

基于瞬态分析的柴油机活塞疲劳寿命预测

以某增压柴油机活塞为研究对象,建立了由曲柄连杆机构和缸套组成的装配体有限元模型,计算了活塞在热载荷、机械载荷和热-机耦合作用下的应力分布,在此基础上将计算得到的热-机耦合应力场作为疲劳载荷,采用名义应力法对活塞进行疲劳寿命计算。结果表明:活塞的短寿命区域出现在活塞销座内侧上部,最低循环次数为8.823×10~7次,折合1 470.5h。从计算结果看,活塞的结构较为合理,能满足柴油机的使用要求。     

大功率柴油机活塞连杆组机械损失分析

某大功率柴油机的整机机械损失试验研究表明,活塞连杆组机械损失占比最大,后续着重开展该组件机械损失研究。考虑到整机试验难以考察活塞连杆组各摩擦副机械损失,因此借助仿真方法开展其机械损失分配研究,并通过各分项机械损失之和与修正试验数据对比验证模型有效性。在此基础上,进一步研究了活塞连杆组机械损失随最高燃烧压力和转速的变化规律,为该柴油机未来强化和机械效率提升提供依据。     

一种车用高速柴油机曲柄连杆机构的动力学仿真分析

利用ADAMS／View建立了车用高速柴油机曲柄连杆机构的动力学仿真模型，通过计算机动态仿真实际柴油机的运行，获得了仿真模型的动力学特性数据，得到了与理论分析和实际发动机测试相吻合的结果，为该类型柴油机曲柄连杆机构的优化设计提供了依据。     

ANSYS的发动机连杆的模态分析

发动机连杆的动态特性研究是提高发动机性能的重要途径,模态分析是对连杆动态特性进行合理评价的重要手段。文章利用ANSYS软件建立了某发动机连杆的三维模型,通过计算得出了该连杆的模态分布情况以及每一模态下的振型,找出了连杆结构上的薄弱环节。指出在连杆设计过程中要采取抗弯扭措施,尽量减少变形对连杆性能的损失。     

提高柴油机尿素SCR系统氮氧化物转化效率的试验研究

针对柴油机Urea-SCR后处理系统,为了有效提高NOx转化效率,考虑了包裹保温材料减少排气管散热从而提高载体温度、调整喷嘴位置、安装混合器等3种方法,并进行了不同温度和空速下SCR的NOx转化效率试验。试验结果表明:包裹保温材料能够在ETC循环中提高SCR载体温度20℃左右,从而使发动机更多工况处于SCR催化剂反应高效区域;喷嘴安装在更靠近发动机涡轮出口处(沿排气流反方向移动20 cm后),各工况下NOx转化效率均有所提高;安装混合器后在各工况下NOx的转化效率均有5%左右的提高,尤其在低温220℃时NOx的转化效率提高7%。     

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。     

废气再循环技术对发动机工作过程的影响

本文分析了废气再循环技术如何影响发动机机械效率和热循环效率,对废气再循环技术在自然吸气汽油发动机上改善燃油经济性的原理进行了介绍。为以后相关研究及应用提供理论基础。