改善未来柴油机热效率的探讨

提高膨胀比可获得更高的指示热效率,这已在采用可变气门机构和优化喷油定时的单缸机试验中得到验证。从这个观点出发,要进一步改善柴油机的指示热效率,就应当提高膨胀比和等容度,以及降低缸内热损失。     

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%。     

进气门延迟关闭对小型商用车柴油机性能的影响

为满足严格的排放法规和燃油经济性要求,乘用车柴油机呈现出低压缩比的趋势。较低的压缩比在降低排放方面具有优势。但是,较高的压缩比对获得更高的理论热效率有益。米勒循环的进气门延迟关闭策略可使压缩比低于膨胀比,这样可以降低压缩行程终点的温度。将米勒循环应用于轻型商用车柴油机,并对其降低排放和燃油耗的效果进行了验证。通过应用米勒循环,降低了日本排放测试循环JE05运行工况下的发动机燃油耗和碳烟排放,并且对氮氧化物排放没有产生负面影响。     

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。     

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。     

活塞表面镀复,可提高压缩比,消除敲缸——西德KS公司技术开发成果

西德的活塞制造厂商 kilbenschmidt公司(简称KS公司)最近发表了目的在于提高汽油机和柴油机效率的技术开发成果。在一次新闻发布会上,KS公司的技术工作者介绍说,通过提高压缩比来改善汽油机热效率的可能性由于高速敲缸而造成活塞     

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.     

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。     

车用柴油机排气污染物检测的现状及相关问题

由于柴油机的压缩比和功率大,热效率比汽油机约高30%～40%,并且有优异的转矩特性,故障少,使用寿命长,因此深受人们的喜爱,现广泛用于大中型客货汽车、农业机械、工程机械及国防车辆等。在柴油机排气污染物中,CO和HC的含量较低,但NOx和颗粒物含量较高,其中颗粒物含量     

凸轮轴调节装置对汽油机节能和环保的贡献(上)

汽油机燃油经济性不及柴油机的原因之一是,汽油机在部分负荷工况下通过节气门调节负荷,使得进气管内的压力降低,增加了发动机的泵气损失,而柴油机没有节气;原因之二是,汽油机的过量空气系数比柴油机小,使得热效率降低。因此,除了提高发动机负荷率以外,近年来国外汽车发动机行业还花费了大量的人力物力研究和开发汽油机减少泵气损失的技术和稀薄燃烧技术。笔者将以减少汽油机泵气损失为中     

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。     

直喷柴油机低压缩比双壁面反射燃烧系统快速燃烧的试验研究

本文除在先前对低压缩比直喷柴油机双壁面反射燃烧系统试验研究的基础上,扩展试验内容,以进一步验证该燃烧系统的优势和良好效果之外,着重对该燃烧系统的快速燃烧这一特征进行了试验研究。结果表明:采用该燃烧系统,在全工况范围内降低了气缸爆发压力和NOx排放,改善了低速油耗率和烟度排放,只是在高速区指示热效率降低,油耗率略有增加。通过外特性工况瞬时放热率在中高速区呈单峰趋势和累积放热率5%~70%对应的曲轴转角θ5~θ70范围内与原机有相同的燃烧速率,证实了低几何压缩比的双壁面反射燃烧系统仍具有快速燃烧的特征。     

废气再循环对增压直喷汽油机热效率的影响

结合热力学第一定律和第二定律深入分析了EGR对增压直喷汽油机在全负荷和中等负荷时热效率的影响机理。全负荷时,EGR的引入可以消除缸内混合气加浓,增加工质比热容比,改善燃烧放热等容度,减少传热损失,从而提高热效率,但其燃烧不可逆损失增加;中等负荷时,EGR的引入除了上述几个因素的改善外,还减少了进排气行程的泵气损失,从而较显著地提高了热效率。尽管EGR使得燃烧过程中产生的不可逆损失增加,但在全负荷和中等负荷时汽油机的有效效率均得到改善。     

七、法国Hyperbar超高增压柴油机

<正>(三)概述 超高增压柴油机是法国在研制坦克发动机过程中出现的新技术,于1972年首次在法国海军装备展览会上出现。超高增压柴油机是一种高增压、低压缩比、加上旁通和补燃的柴油机。增压比可高至4～9,气缸压缩比可低至6～10。发动机与压气机和废气涡轮并联布置,其间的旁通箱始终相通,其通过截面积由旁通阀门控制。该柴油机的主要特点是:在不增加热负荷和机械负荷的条件下,发动机的功率可增加为原机的2～5倍。平均有效压力可     

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.     

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%。     

低NO_x、低噪声、低排烟以及高效率的柴油机所需的燃料及放热率

<正> 在现有的一切动力机中,柴油机热效率最高,在船用大型柴油机中,有的热效率超过45％,并且可以认为在不久的将来小型柴油机的有效热效率也有可能达到60％。这样一来,柴油机是最省能源的热机,与汽油机相比,尽管它具有CO、HC及NOx等有害排放气体较少,的优点,但由于这种发动机尚存在单位体积功率和比重量功率小、噪声大、冒黑烟以及价格昂贵等一些缺点,因此在小汽车领域内的推广却进展缓慢。     

大幅提高热效率的新结构节油内燃机

在内燃机中,提高压缩比一直是降低油耗的主要方式,压缩比提高后,会相应减少燃烧室的容积损失,但由于汽油机受爆燃限制,柴油机受最大爆发力的影响,提高压缩比的幅度有一定限度,燃烧室容积也很难变得更小直至消除。为了消除燃烧室容积损失,提出了利用辅助曲轴带动辅助活塞与气缸内的活塞相配合运转的节油内燃机结构方案,并介绍了这种节油内燃机的工作过程和提高效率的途径。     

新一代清洁型乘用车柴油机

相比汽油机,柴油机在热效率方面更具优势。近年来,在采用共轨喷油技术和柴油颗粒捕集器的基础上,通过应用稀氮氧化物捕集器及选择性催化还原系统等后处理装置,柴油机已经变得更加清洁。另一方面,由于在全球范围内对发动机燃油经济性的要求不断提高,所以也希望能进一步降低柴油机的燃油耗。在这一背景下,马自达汽车公司开发了新一代的清洁型柴油机,将其用于日本国内市场销售的运动型多功能车。新型柴油机采用串联式顺序两级涡轮增压系统,并结合低压缩比技术,获得了理想的燃烧。配装新型柴油机的车辆具有良好的驾驶乐趣和较高的燃油效率,并且能在不采用氮氧化物后处理装置的情况下满足现行排放法规的要求。     

通过高压直接喷射实现高效率和低氮氧化物排放的氢燃烧方式

氢可以从各种再生能源中产生,因此预计,氢将会在社会长期能源需求中起到重要作用。传统氢发动机存在的一些缺点是:冷却损失较高导致热效率较低,以及不正常燃烧(回火、早燃、燃烧速度较快)限制了大负荷运行。氢燃料直接喷射是克服这些缺点的一种有效办法,但是要实现高效率和低氮氧化物(NOx)排放的燃烧方法还需要进行更详细的研究。采用一种试验性氢高压喷射器(最大喷射压力30 MPa)对高效率和低NOx排放的氢燃烧进行了研究。采用1台2.2 L 4缸涡流形燃烧室柴油机进行试验,氢喷射器安装在气缸中心,火花塞安装在预热塞位置。为了能向1个气缸提供氢气,对这台发动机进行了改装。通过控制喷油定时和点火定时研究了氢气的均相和分层燃烧。另外,还研究了联合使用火花点火的扩散燃烧(即火花点燃辅助扩散燃烧)。结果显示,采用高压直喷的分层扩散燃烧与传统的均相燃烧相比,指示热效率提高了约3%。热效率提高的原因是:(1)分层扩散燃烧改善了冷却损失与等容度之间的折衷关系;(2)接近上止点喷射的压力恢复效应十分有利于热效率的提高;(3)在废气再循环(EGR)与扩散燃烧相结合的情况下,能使EGR更为有效。通过抑制喷束的贯穿度以减少较多的冷却损失,使这台小型发动机达到了52%的优良指示热效率,并通过计算流体动力学和可视化缸内燃烧研究得到了证实。另外,还获得了一些有价值的认识:EGR除湿能增加工作气体的比热比,并能在降低NOx的同时提高热效率。