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%。     

高效混动专用发动机技术研究

针对高效混动专用发动机开发过程中发动机热效率未达到设计目标的问题，使用试验数据校正了热力学模型，应用模型对问题原因进行了量化评估，提出了提高热效率的优化方案。结果表明：样机燃烧速率慢、抗爆震性能差、压缩比低是热效率未达标的原因；优化方案包括：优化燃烧系统、提高压缩比到12、增加进排气升程的高度；优化方案的部分负荷平均燃油消耗率平均降幅为4.4%,最低燃油消耗率为209 g/(kW·h),对应热效率为40.5%,满足设计目标。米勒循环+冷却EGR技术需要匹配快速燃烧系统使用。     

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.     

单缸EGR发动机压缩比优化及涡轮增压器匹配研究

在1台气道喷射单缸EGR发动机上,独立控制EGR缸喷油及点火,实现燃料改质,研究了不同压缩比对发动机性能的影响,此外还匹配了不同涡轮增压器,用于改善外特性扭矩。试验结果表明:单缸EGR能有效改善发动机的燃油经济性,NOx和CO排放性能均所改善,但THC排放恶化,动力性能下降;提高压缩比能有效提高发动机的热效率,降低燃油消耗,但过高压缩比使发动机爆震倾向严重,限制发动机外特性扭矩;通过匹配小涡轮增压器低速扭矩有所改善。     

具有锯齿式内翅片结构的EGR冷却器换热性能仿真分析

文章对适用于某柴油发动机的板翅式EGR冷却器进行了研究。此冷却器内部由六组扁管组成,扁管内含有锯齿式小翅片。当从发动机排出的高温气体途经此EGR冷却器时,低温冷却水从液体侧流过,实现了对高温气体的冷却。文章应用Ansys Fluent软件建立了EGR冷却器流体热力学有限元模型,对流体的温度场进行了仿真分析,最终经分析计算得到此EGR冷却器的换热效率为89.06%,结果表明所研究的EGR冷却器冷却效果良好,能够满足冷却要求。     

基于LIVC和双VVT技术的增压直喷汽油机抑制爆震试验研究

在1台涡轮增压缸内直喷汽油机上,利用双可变气门正时(双VVT)技术结合进气门晚关凸轮轴(LIVC凸轮轴)来抑制爆震。在实现爆震抑制策略后,采用更高的几何压缩比来进一步提高热效率,改善发动机的燃油经济性。试验结果表明,在1 300r/min,200N.m这一典型的爆震工况点,通过减小气门重叠角,降低发动机扫气量,可以有效提高燃油经济性。推迟进气门和排气门相位均可以实现对爆震的抑制,结合使用LIVC凸轮,使得发动机抗爆震性能进一步大幅度提升。在原机9.3的压缩比下,点火角得以提前,接近最大扭矩点火角(MBT点)。将几何压缩比由9.3提高到了10.9后,抗爆震性能和原机相当,并明显改善了发动机的热效率,从而进一步改善了燃油经济性。     

高压缩比甲醇发动机的试验研究

将Phase 110柴油机改造为高压缩比火花点燃式甲醇发动机样机,进行台架试验,研究EGR阀开度、点火提前角和混合气浓度等参数对发动机油耗的影响规律。经优化后与原机进行性能对比试验,结果表明:高压缩比甲醇发动机的动力性超过原柴油机,在高速工况,热效率高于原柴油机。     

低温和常温环境下 EGR冷却器积碳台架试验对比研究

为研究发动机低温和常温环境下EGR冷却器积碳的差异性，以两台相同型号和配置的国Ⅵ柴油机为试验对象，设计了常温 （25 ℃）、低温 （-8 ℃） 两种不同环境温度下EGR积碳发动机896 h台架试验。结果表明，低温环境下EGR冷却器的积碳程度和速度均大于常温，换热效率下降幅度和压力损失增大幅度均大于常温；EGR冷却器积碳导致的换热效率下降是试验后NOx、PM排放增大，HC排放减小的主要原因，冷却器换热效率下降越严重排放变化越明显；HC的冷凝会导致废气中 HC浓度的下降，排气温度和冷却介质的冷却能力都对 EGR管道内 HC浓度的下降有影响，但是冷却介质的冷却能力起主导作用。     

有效压缩比及再循环废气对直喷汽油机燃油消耗的影响

针对一款2.0 L自然吸气缸内直喷汽油机,通过调整配气相位,试验研究了有效压缩比和外部EGR对发动机燃油消耗的影响.研究结果表明:有效压缩比对燃油消耗率影响显著,降低有效压缩比,能够抑制爆震,改善燃油消耗.试验所选工况范围内,低有效压缩比相对高有效压缩比方案燃油消耗率降低2.7％,热效率提升1个百分点,但低有效压缩比情况下,由于进气持续时间过长,活塞达到下止点后缸内工质的推出量过大,对整体性能的影响较为显著.通过引入外部EGR可改善燃烧过程,燃烧重心有所提前,EGR率达到21％时,燃油消耗率降低约6.8％.EGR率过大会导致燃烧放热过程变缓,滞燃期和燃烧持续期显著延长,同时过高的EGR温度会加剧爆震,导致燃油消耗率恶化.     

直喷增压汽油机采用高压缩比技术的研究

通过在1.3L直喷增压汽油机上,采用两种不同的高压缩比进行试验,研究泵气损失变化规律和对热效率的影响。在转速2500rpm-8bar工况下,采用可变气门正时技术调节发动机有效压缩比和膨胀比。结果表明:高的有效压缩比,必须加大节气门开度来减少节流损失,以降低泵气损失;利用高压缩比并采取进气门晚关、排气门晚开的策略的同时,需要兼顾到燃烧稳定性问题:几何压缩比提高以后,发动机不仅热效率得到提升,同时排放物NOx也在降低,但THC排放有所上升。     

理论空燃比下废气再循环率对汽油机性能的影响

为了提高某增压汽油机的性能,将其压缩比提高到11.5,并加装一套EGR循环系统。通过台架试验,在低速小负荷和中速中负荷工况下,研究了理论空燃比下废气再循环率对改造后汽油机性能的影响。结果表明:当EGR率小于20%时,采用合适的EGR率配合优化的点火时刻,可以使该发动机燃烧稳定,在保证发动机动力性的同时,指示热效率随着EGR率的增加不断升高;与无EGR时相比,EGR率为20%时,有效燃油消耗率在低速小负荷工况下降低了约4.5%,中速中负荷工况下降低了9.7%;随着EGR率的增加,THC排放增加,而NOx排放显著降低,CO排放在低速小负荷时出现上下波动的现象,而在中速中负荷工况时,随着EGR率的增加不断降低。     

Enhancement of NOx-PM trade-off in a diesel engine adopting bio-ethanol and EGR

For realizing a premixed charge compression ignition (PCCI) engine, the effects of bio-ethanol blend oil and exhaust gas recirculation (EGR) on PM-NOx trade-off have been investigated in a single cylinder direct injection diesel engine with the compression ratio of 17.8. In the present experiment, the ethanol blend ratio and the EGR ratio were varied focusing on ignition delay, premixed combustion, diffusive combustion, smoke, NOx and the thermal efficiency. Very low levels of 1.5 [g/kWh] NOx and 0.02 [g/kWh] PM, which is close to the 2009 emission standards imposed on heavy duty diesel engines in Japan, were achieved without deterioration of the thermal efficiency in the PCCI engine operated with the 50% ethanol blend fuel and the EGR ratio of 0.2. It is found that this improvement can be achieved by formation of the premixed charge condition resulting from a longer ignition delay. A marked increase in ignition delay is due to blending ethanol with low cetane number and large latent heat, and due to lowering in-cylinder gas temperature on compression stroke based on the EGR. It is noticed that smoke can be reduced even by increasing the EGR ratio under a highly premixed condition.     

EGR对二甲醚HCCI着火过程的数值模拟研究

从化学反应动力学的角度,应用单区燃烧模型和已建立的二甲醚（DME）化学反应机理,对DME均质充量压燃（HCCI）的着火过程进行了数值模拟,分析了不同EGR率对其着火过程的影响,并从热效应及化学效应两方面分析了内部热EGR对燃料着火过程的影响。研究结果表明：内部热EGR对DME的HCCI着火过程有着显著影响。     

二甲醚均质压燃燃烧的详细化学动力学模拟研究

采用由美国Lawrence Livermore国家实验室提出的二甲醚(DME)详细化学动力学反应机理及其开发的HCT化学动力学程序，对均质充量压缩着火(HCCI)发动机燃用DME的着火和燃烧过程进行了分析。为考虑壁面传热的影响，在HCT程序中增加了壁面传热子模型。采用该方法研究了燃空当量比、进气充量加热、发动机转速和EGR等因素对HCCI着火和燃烧的影响。结果表明，DME的HCCI燃烧过程有明显的低温反应放热和高温反应放热两阶段；增大燃空当量比、提高进气充量温度使着火提前；提高发动机转速和采用冷却EGR使着火滞后。     

车用柴油机冷EGR系统的试验研究

冷EGR技术不仅可以有效降低NOx排放，而且有助于减少因柴油机采用EGR引起的微粒排放量的增加。本文进行了车用柴油机冷EGR系统的试验，研究了冷EGR对柴油机排放性能的影响。并且，对冷EGR和喷油延迟这两种降低柴油机NOx排放措施进行比较。     

进气门晚关机构对高增压柴油机排放与热效率的影响

以某重型柴油机为研究对象,在低速中等负荷工况,通过对比进气门晚关机构开闭两种状态对两级增压系统匹配关系的影响,分析其对柴油机排放和热效率的影响。研究表明,喷油定时(上止点后-2.5°~8.5°)和EGR率(0%~21%)恒定时,使用进气门晚关(IVCA)机构后HC排放降低,有效热效率下降。当喷油定时不变,BNOxdif与BCOdif随着EGR率的增加而减少;当EGR率保持恒定时,随着喷油定时增加,BCOdif呈现先增加后减小的趋势,拐点在4.5°~6.5°(ATDC)之间;同时,开启IVCA机构后,EGR率在15.29%~21.16%,喷油定时在-2.5°~8.5°(ATDC)范围内,Bsootdif均小于0。在保证喷油定时恒定时,EGR率越大,Bsootdif越小。当量比在0.42~0.52范围内,保持喷油策略不变,使用IVCA机构致使进气流量减少,若当量比在原状态的基础上增加超过0.07,即可克服由于流量减少导致柴油机缸内平均温度和燃烧持续期增加对NOx生成的负面影响。     

冷却废气再循环对发动机性能影响的试验研究

在一台双顶置凸轮轴、16气门的四缸汽油机上，研究了不同结构的EGR进气方式以及不同EGR进气温度对发动机综合性能的影响。结果表明：冷却的EGR可以更大幅度地降低NOx生成量。同时可以获得更好的发动机动力性和经济性。另外，试验结果还表明。对每一个工况来说，两者都存在一个最佳的EGR率。     

纯柴油、柴油/CNG两种燃烧模式下应用EGR的发动机性能研究

在一台单缸柴油机上加装天然气电控喷射系统，改造成柴油／CNG双燃料发动机。通过示功图、放热率、排放特性和经济性的实验与分析，研究了纯柴油和双燃料两种燃烧模式下应用冷却EGR的效果。研究表明：不管是纯柴油模式还是双燃料模式，使用EGR之后，NOx都有大幅度降低；纯柴油模式使用EGR之后，会带来碳烟排放的恶化，但是对于双燃料模式，当EGR比例在22％以内，负荷小于75％时，不会造成碳烟排放的恶化。随着EGR比例的增大，燃烧放热率曲线由双峰过渡到单峰形状，具有均质压燃(HCCI)燃烧过程的特征。     

外部热EGR对基于优化动力技术的汽油HCCI燃烧的影响

考察了外部热EGR对基于优化动力技术的汽油HCCI发动机燃烧的影响。试验结果表明:外部热EGR可以推迟HCCI燃烧的着火时刻,减缓放热速率,但对于高辛烷值燃料的HCCI燃烧,它对更高EGR率的兼容能力不强,需要提高进气温度来提高燃烧的稳定性;随着EGR率的增加,燃烧持续期延长,缸内温度和压力峰值均减小,指示热效率也随着减小;NOx排放随着EGR率的增加在经过一个"拐点"后始终维持在一个较低的水平,而CO和HC的排放随着EGR率的增加显著增加,燃烧恶化。