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。     

Atkinson循环发动机性能改进研究

本文中利用理论计算、结构及参数改进和试验标定相结合的方法,将某自然吸气Otto循环汽油机改为Atkinson循环混合动力发动机。首先通过减少活塞顶部凹坑容积将压缩比从10.5提高到13以克服Atkinson循环中由于进气门晚关所带来的有效压缩比的降低;然后利用AVL Excite Timing Drive软件重新设计了满足Atkinson循环要求的进、排气凸轮型线;最后通过发动机台架试验标定了Atkinson循环发动机万有特性下的过量空气系数、配气相位和点火正时等参数。试验结果表明:在保证动力性满足要求的前提下,改型后Atkinson循环发动机的燃油消耗率在整体上比原Otto循环发动机低得多,尤其在中低转速中大负荷时。另外,改型后Atkinson循环发动机的低油耗区域范围比原Otto循环发动机大得多,且低油耗区向低转速和较小负荷区域移动。改型后的Atkinson循环发动机最低燃油消耗率由原来的250g/(kW·h)降低到234.5g/(kW·h),达到了目标要求。     

长安475Q混合动力发动机的仿真开发

按照长安475Q混合动力发动机开发要求,利用GT-POWER软件建立了汽油机工作过程的仿真模型,通过外特性数据的对比,用试验验证了所建模型的合理性.然后基于Atkinson循环的原理,利用该模型优化了压缩比和配气相位.据此,对原汽油机进行改进,并进行了台架性能试验.结果表明,改进后的发动机能满足混合动力汽车对发动机性能的要求.     

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。     

汽油机瞬态工况仿真与试验

为掌握汽油机在瞬态工况下的工作特性,建立了汽油机准维燃烧模型,编制了循环仿真程序。对某四缸汽油机稳态和瞬态加速工况进行了仿真,并通过台架试验进行验证。两者结果的对比表明,缸内燃烧压力、燃烧放热率和平均指示压力等指标的仿真与实测结果相当一致。该程序充分考虑了汽油机燃烧室内紊流流动、燃烧室形状和瞬态工况对燃烧过程的影响,可用于研究火花塞位置、燃烧室结构尺寸对汽油机燃烧过程和火焰传播的影响。     

燃烧室缩口尺寸对柴油机燃烧过程的影响

基于某大功率农用柴油机,对燃烧室不同缩口尺寸下柴油机缸内燃烧和排放规律进行了仿真计算,结果发现:减小缩口尺寸可以增大缸内湍动能,有利于缸内燃气混合,促进缸内流动;减小缩口尺寸,缸内压力减小,但缸内最大压力变化不大;缸内温度则随缩口尺寸的不同而略有变化,在燃烧室结构中设置缩口可以在一定程度上改善燃烧过程,但缩口尺寸并非越大越好;对于不同缩口的燃烧室,发火时刻缸内速度场基本相同,上止点处速度场随着缩口直径的减小略有增强,当燃烧进入到缓燃期,对于缩口直径较小的燃烧室,燃烧速率迅速下降;随着缩口直径的减小,缸内NO_x最大生成量先增大后减小,而炭烟最大生成量先减小后增大;排气门打开时刻,NO_x排放先增大后减小,炭烟排放则呈锯齿形上升;热效率随缩口直径的减小先增大后减小。     

高热效率混合动力自然吸气汽油机提高进气道流通能力方法研究

开发了一款用于混合动力的2.0L直列四缸自然吸气(NA)汽油机,采用高速燃烧技术实现更高的动力性和热效率。对于采用EGR技术的自然吸气汽油机来说,如何平衡更多进气充量的同时尽可能提高缸内湍流强度成为实现快速燃烧的关键因素。为了提高进气流通能力,借助CFD模拟仿真技术,针对进气道流通截面面积变化、气道关键结构尺寸控制、缸盖燃烧室结构等影响流通能力的因素进行规律性研究和优化设计。研究结果显示通过优化气道截面面积、气道气流走向及缸盖燃烧室结构可显著提高进气道流通能力,同时也实现了更高的滚流强度。     

缸内直喷式汽油机工作过程三维数值模拟

将一台柴油机改装为缸内直喷式汽油机,采用KIVA-Ⅱ软件时缸内直喷式汽油机的两个典型工况(分层燃烧和均质预混合燃烧)的燃烧过程进行了三维数值模拟。计算结果表明,采用分层燃烧和均质预混合燃烧具有不同的火焰传播方式和特点。     

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。     

Flame propagation model for a rotary Atkinson cycle SI engine

The rotary Atkinson cycle engine includes two modes of combustion: combustion initiation and propagation in ignition chamber and then flame jet entrainment and propagation in expansion chamber. The turbulent flame propagation model is a predictive model for SI engines which could be developed for this type of combustion for the rotary Atkinson engine similar to the congenital engine with pre-chamber; in split combustion chamber SI engines, small amount of fuel is burned in pre-chamber while the fuel burned in ignition chamber of rotary Atkinson cycle is considerable. In this study a mathematical modeling of spherical flame propagation inside ignition chamber and new combined conical flame and spherical flame propagation model of a new two-stroke Atkinson cycle SI engine will be presented. The mathematical modeling is carried out using two-zone combustion analysis and the model also is validated against experimental tests and compared with previous study using non-predictive Weibe function model.     

Experiments on knocking and abnormal combustion through optical diagnostics in a boosted spark ignition port fuel injection engine

In this paper, flame front propagation during normal and abnormal combustion was investigated. Cycle-resolved flame emission imaging was applied in the combustion chamber of a port fuel injection-boosted spark ignition engine. The engine was fueled with a mixture of 90% iso-octane and 10% n-heptane by volume (Primary Reference Fuel 90: PRF90) and commercial gasoline. The combustion process was monitored from the flame kernel formation until the exhaust valves opened. Different phenomena associated with abnormal combustion were analyzed, including the fuel deposition burning. Moreover, the ignition surfaces and end-gas auto-ignitions were investigated in terms of timing, location and frequency of occurrence. The analysis was performed by considering different knocking intensities for both the selected fuels.     

排气早开角对低散热Atkinson循环汽油机能量分配的影响

基于GT-Power软件建立某增压汽油机仿真模型,并通过试验验证模型的准确性。优化原模型配气机构,设计包角更大的进气凸轮以实现Atkinson循环,设计多组排气凸轮以得到20°~80°范围内的多个排气早开角(θ_(EVO)),改变传热模型实现缸内的低散热条件,模拟分析了1 500 r/min,40%负荷时,θ_(EVO)对低散热前后Atkinson循环增压汽油机能量分配的影响。结果表明:常规散热条件下,该汽油机的燃油经济性在θ_(EVO)为60°~70°范围内时较佳,而低散热条件下,该汽油机的燃油经济性在θ_(EVO)为50°~60°范围内时较佳;降低传热系数后,该汽油机散热损失的能量大幅减少,由此减少的能量在不同θ_(EVO)下转化为指示功的比例不同,θ_(EVO)为55°时转化比例为17.4%,此时指示热效率与原机相比提高了6.58%;而常规散热条件下Atkinson循环增压汽油机的指示热效率只比原机高3.79%,说明结合低散热技术能进一步增强Atkinson循环的节能效果。     

优化动力HCCI汽油机的试验研究

采用优化动力(OKP)技术手段,利用进气加热实现了产品4缸汽油机的HCCI燃烧.研究了OKP HCCI汽油机的燃烧、HC排放及燃油消耗等特性,分析了压缩比及过量空气系数对HCCI燃烧的影响,并对SI-HCCI切换过程中HC排放规律进行了试验研究.结果表明,OKP HCCI汽油机能在15个循环内实现SI-HCCI燃烧模式...     

点火位置对汽油转子发动机燃烧过程的影响

以点燃式汽油转子发动机为研究对象,建立了相应的湍流和燃烧模型,实现了发动机工作过程的三维动态模拟,并利用试验结果进行对比验证。在此模型基础上,模拟计算和分析了4种不同点火位置对缸内压力、温度、火焰传播及NO_x生成的影响。结果表明:点火位置选择在燃烧室中轴线上,与转子凹坑中心位置重合,能优化燃烧,获取较大的功率;在燃烧室后部点火时,燃烧初期火焰传播速度快,压力升高率大,但是受限于燃烧室后部燃料少,压力峰值不高,且NO_x的生成量偏高;在燃烧室前部点火时,在补燃期阶段燃烧速度最快,但是点燃后压力升高阶段的燃烧效率一般;点火位置位于燃烧中轴线两侧错位排布时,燃烧效率低下导致压力峰值最低,同时NO_x的生成量稍高;一定工况下,双点火位置的坐标分别为(10 mm,-56 mm,-37.2 mm)和(-10 mm,-56 mm,-37.2mm)时,该发动机能获得最大的功率且NO_x生成量较少。     

HEV用高膨胀比汽油机研究现状与挑战

从高膨胀比汽油机循环理论研究和高膨胀比汽油机与混合动力电机-电池系统协同工作时的工作特性两个角度,综合论述和分析了国外混合动力高膨胀比汽油机的研究现状,包括高膨胀比循环对燃油消耗和排放的影响规律,高膨胀比汽油机在与电池-电机系统协同工作时的燃烧稳定性控制策略,瞬态工况和高速工况下燃油经济性和排放性能,混合动力高膨胀比汽...     

进气道对增压汽油机流动特性及性能的影响

基于某款增压发动机,通过C FD软件对不同进气道的进气组织及燃烧过程进行模拟计算,并分析了气道对发动机着火特性和燃烧参数的影响。研究结果表明：减小气道拐角半径 R或进气门直径,均可提高发动机滚流比和湍流强度;火花塞处较低的湍动能强度不利于火焰中心的形成;湍动能较强区域位于燃烧室中间区域更有利于点火之后火焰向四周迅速传播,优化了发动机的燃烧过程。