高压缩比米勒循环对GDI增压汽油机性能和排放影响

通过对一款涡轮增压GDI发动机凸轮型线和活塞形状的设计,研究了不同压缩比米勒循环发动机对增压GDI发动机的燃烧、缸压、排放和油耗等方面的影响。结果表明,对于米勒循环的GDI增压发动机,在外特性会损失一部分最高功率,但是能在一定程度上降低油耗;在部分负荷,米勒发动机减少了泵气平均有效压力,从而对降低燃油消耗率的作用比较明显,同时由于米勒效应导致燃烧温度降低,使得NOx排放得到显著改善,但是在低负荷时THC排放会有所上升。     

可调二级增压结合EGR策略对米勒循环柴油机性能的影响

针对米勒循环柴油机新鲜充量系数低,扭矩输出能力不足的问题,引入了电子增压器(E-Booster)技术,讨论可调二级增压结合EGR策略对米勒循环柴油机性能的影响。在1 400 r/min,p_(me)=1.85 MPa工况分析了米勒度、二级增压策略以及EGR对柴油机性能及NO_x排放的影响。仿真结果表明:无论是在进气门早关还是进气门晚关策略下,随着米勒循环的加深,缸内燃烧温度逐渐下降,使得NO_x排放降低,但由于循环充量系数的减少,扭矩输出降低;采用E-Booster可调二级增压方案,合理控制E-Booster的介入策略,提高进气压力,能够弥补米勒循环扭矩输出能力的不足,同时提高燃油经济性,但也会造成缸内最大压力和NO_x排放的增加;采用EGR策略则能够弥补由较高进气压力造成的不利影响,降低机械负荷和NO_x排放。米勒度、p_(in)、π_H、EGR率分别为M30、0.286 MPa、7%、10%时,p_(me,ac)提高0.03 MPa,同时NO_x排放下降0.47 g/(kW·h),有效改善了米勒循环柴油机动力性和NO_x排放。     

变海拔下米勒循环对柴油机及DPF性能的影响

基于某高压共轨柴油机建立了一维热力学仿真模型,对DPF选型进行了优化,并分析了不同海拔下米勒循环对柴油机及DPF性能的影响。结果表明,选择非对称结构以及适当增加载体目数都有利于降低DPF压降,同时可降低DPF对柴油机动力性、经济性及原始排放的影响。进气门早关可以降低柴油机有效燃油消耗率,提高热效率,降低NOx排放,但会导致颗粒物排放增加;同时可降低DPF压降,提高DPF捕集效率,且随海拔升高,进气门早关的时刻越小,作用越明显。在低海拔条件下,进气门晚关策略对柴油机动力性、经济性及排放特性均影响不大;在高海拔条件下,适当增加进气门晚关时刻可以改善柴油机性能。     

高压缩比米勒循环发动机设计与分析

为提高发动机的热效率,提出了高压缩比结合米勒循环的解决方案。在某2.0 L自然吸气发动机的基础上,通过增加发动机活塞顶凸台的方法实现了压缩比从10到13的提高,并采用遗传算法对凸轮型线进行了选型,通过进气门晚关(LIVC)方式实现了米勒循环。试验结果表明,与原发动机相比,高压缩比米勒循环发动机最低燃油消耗率下降10.4 g/(k W?h),低油耗范围明显扩大,且主要是向低转速小负荷的方向扩展。     

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。     

混合动力汽车用Atkinson循环发动机的探讨

Atkinson循环利用进气门晚关而不是节气门来控制负荷，减少了泵气损失和压缩功，可以更大程度地将热能转换为机械能,提高发动机热效率，从而降低燃油消耗；进气门晚关使得实际压缩比降低、缸内燃烧温度降低，有利于改善NO2排放。结合混合动力汽车对小负荷采用电动机驱动、大负荷采用Otto循环，中间负荷采用Atkinson循环，能提高整车的燃油经济性和排放性能。     

增压汽油机米勒循环应用研究

米勒循环是当前降低汽油机油耗的关键技术,应用该技术需要对汽油机的型线、压缩比等重新设计,文章通过构建发动机一维热力学模型对米勒循环进行了研究。研究表明:早关米勒循环(EIVC)应用到增压汽油机上降低油耗的效果比晚关米勒循环(LIVC)好,EIVC降低油耗5.6%,LIVC降低油耗3.2%;EIVC进气门型线设计受到低速气门重叠角度限制和中高速增压器压比的限制,所以进气门型线设计应具有窄跨度和高升程的特性;压缩比为11.5和增压器减小12%的方案较合适。     

米勒循环对增压直喷汽油机燃烧性能影响的模拟研究

米勒循环通过改变配气策略实现膨胀比大于实际压缩比的效果,从而提高发动机的热效率并降低燃油消耗率,因此被认为是改善小型GDI发动机燃油经济性的重要途径之一.然而,关于米勒循环对汽油机燃烧性能影响的微观机制并不明确,因此利用一维仿真软件GT-POWER和三维CFD软件CONVERGE,针对不同米勒循环策略对GDI发动机的进气以及缸内燃烧过程的影响进行了数值模拟研究.结果表明:在中低转速时,进气门早关策略在改善发动机燃油经济性方面要优于进气门晚关策略,同时不会对扭矩造成太大的负面影响;而进气门晚关能够显著提高燃烧过程中的缸内湍动能,增强油气混合过程.此外,在着火后,进气门晚关的缸内整体温度比进气门早关的低,同时高温区域较小,因此在抑制发动机爆震方面的能力要优于进气门早关策略.     

中型和重型柴油机的发展趋势

本文从燃烧系统选型、增压的峰值燃烧压力、扭矩储备及复合循环、燃烧室尺寸、压缩比、燃油系统及喷油定时、降低噪声、性能等方面剖析了中型和重型柴油机的研制工作。     

低温废气再循环及低压缩比对降低欧6柴油机氮氧化物排放的影响

采用低温废气再循环(EGR)和低压缩比降低氮氧化物(NO_x)排放,开发大型多功能运动车用欧6柴油机。低温EGR是通过低温EGR冷却液来降低再循环废气的温度,因而能在颗粒排放相同的情况下降低NO_x排放。由于燃烧温度低,低压缩比可降低NO_x排放。这两种方法在实际应用中都适用于常规柴油机。另一方面,EGR冷却液温度和压缩比过低可能会导致一些问题,如EGR积炭和冷起动能力不足等。因此,必须具备避免产生这些异常现象的NO_x排放降低策略。结果表明,低温EGR在EGR流量较低的低负荷条件下可显著降低NO_x排放,在新欧洲行驶循环的14个工况点,可降低NO_x排放约4%。考虑到冷起动的持续时间、怠速变动系数和生产偏差,将压缩比确定为15.2。在调整EGR率和主喷油定时以保持相同的颗粒排放后,将压缩比调至15.2可降低NO_x排放约5%。     

燃油含硫量对柴油机排放特性影响的研究

在一台直喷式涡轮增压柴油机上分别燃用4种不同含硫量的柴油,研究了燃油含硫量对柴油机排放特性的影响.研究结果表明,随着燃油含硫量的降低,柴油机的HC、CO和烟度排放按所列顺序明显下降;NOx排放也随燃油含硫量的降低而下降,但变化很小;SO2排放随柴油机负荷的增加显著上升,随燃油含硫量的降低而显著下降,表明燃油含硫量与柴油机SO2排放之间有高度相关性.     

米勒循环对增压汽油机部分负荷影响的试验研究

基于一台3.0L排量的增压汽油机,通过更改凸轮型线和提高压缩比,研究了米勒循环对部分负荷泵气损失和燃油经济性的影响.试验结果表明:进气门晚关策略对米勒循环泵气损失的改善范围为平均有效压力低于0.6MPa,而平均有效压力高于0.6MPa时,需要将进气门关闭时刻接近进气下止点,提高充气效率来保证缸内足够的进气量;进气门晚关结合有效膨胀比的提高,两者共同改善了平均有效压力低于0.6 M Pa时的燃油经济性,而平均有效压力为0.6~0.8MPa时,燃油经济性的改善主要归功于有效膨胀比的提高,平均有效压力高于0.8MPa时,米勒循环的燃油经济性出现了恶化.     

可变压缩比在全米勒循环汽油机上的潜力

考虑到实际行驶排放(RDE)法规,目前改善汽油机部分负荷效率已成为焦点。德国IAV公司和茨维克的西萨克森大学的试验研究已证实,利用米勒循环与可变压缩比组合的方案能显著降低小型化机型的部分负荷燃油耗。     

基于Atkinson循环的混合动力汽车用发动机探讨

Atkinson循环发动机在低速小负荷时性能较差,但混合动力汽车在低速小负荷时采用电动机驱动避开其性能不好的工况范围,使其在中间负荷区域充分发挥优势。Atkinson循环利用进气门晚关控制负荷,减少了泵气损失和压缩功,可以更大程度地将热能转换为机械能,提高发动机热效率,从而降低燃油消耗;实际压缩比的降低使缸内燃烧温度降低,有利于改善NOX排放。采用Atkinson循环能提高整车的燃油经济性和排放性能。     

混合动力客车与充电式混合动力客车仿真对比研究

为了降低客车排放,提高其燃油经济性,研究了混合动力客车的燃油消耗率。开发了柴油机模型和公交道路循环模型。以燃油消耗率和排放为主要评估指标,在ADVISOR软件中利用新开发的模型分别对混合动力客车和充电式混合动力客车进行了仿真。仿真分析的结果表明：在公交路况下,充电式混合动力客车的燃油经济性优于混合动力客车,油耗降低62％。     

以同时降低燃油耗和排放为目的的两级涡轮增压系统的研究

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。     

中型柴油机国Ⅴ燃烧系统改进试验研究

在一台满足国Ⅴ排放法规的6缸中型柴油机上,进行了基于大压缩比和小孔数油嘴配合的燃烧系统改进试验研究。试验结果表明,大压缩比燃烧室可提升柴油机缸内燃烧速率,促进燃油经济性的改善,尤其在部分负荷更为明显,但会显著增加NOx排放和爆压水平;小孔数油嘴可弱化柴油机缸内油气混合,降低NOx比排放1~3 g/k Wh,在大喷油正时下经济性影响较小;结合油嘴垫片调节,可进一步优化燃烧室与油嘴配合,改善整机排放性能。通过燃烧系统改进,柴油机在满足国Ⅴ排放法规要求下,万有特性中低速油耗可改进1%~2%。     

喷水技术在汽油发动机上应用的潜力与挑战

阐述了喷水技术在汽油发动机上应用的潜力与挑战,能增强发动机输出功率,降低氮氧化物与碳烟排放,但会增加HC的排放,对CO与CO_2排放的影响很小。研究表明,在NEDC驾驶循环条件下,通过喷水技术结合提高压缩比可优化发动机燃油经济性4%。     

满足欧5排放法规的2.5 L柴油机的开发

日产汽车公司新开发的2.5 L直列4缸直喷式柴油机在同等级机型中具有超群的性能,并能满足欧5排放法规的限值要求。为实现这一性能,新型柴油机采用喷油压力高达200 MPa的共轨喷油系统、低压缩比,以及电机驱动的可变容量涡轮增压等技术。新开发的稀氮氧化物捕集催化转化器与先进的堇青石柴油颗粒滤清器组合,改善了柴油机的二氧化碳排放性能,降低了有害物排放,同时改善了燃油经济性。介绍了新型柴油机的概要及其性能。     

米勒循环发动机缸内气体流动与燃烧分析

在某1．6L发动机的基础上进行纵向开发,以此来实现高压缩比米勒循环发动机。利用大型三维计算流体动力学（CFD）软件STAR‐CD对采用进气门晚关策略的高压缩比米勒循环发动机进行数值模拟,对比分析了采用两种几何形状活塞的米勒循环发动机的缸内气体流动模式及燃烧过程。计算结果表明：经过结构优化的活塞方案相对于原方案可以获得较优的缸内流动及燃烧特性。计算结果将为实际开发中的高压缩比米勒循环发动机的活塞选型及燃烧室优化提供理论及数据支撑。