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。     

传统发动机效率体系的全面质疑

基于传统发动机固有缺陷的重大发现:致使传统发动机效率不高的根本原因主要在于机械转换损失(见附件一),而机械转换损失则是曲轴连杆机构构成的固有缺陷,那么作为非曲轴连杆机构发动机则拥有巨大的热效率提高潜力,并在探索热效率的机理中,不仅发现了奥托理论热效率明显小于真实的指示热效率,而作为实际循环的指示热效率本应还低于理论循环2%左右的热损失,还发现作为传统发动机效率根基的卡诺循环热效率并不适用奥托理论热效率,因为卡诺循环热效率的温度热源完全与奥托理论热效率的压缩比无关,既没有符合性也没有相关性。如果卡诺循环热效率不适用奥托理论热效率,那么建立在卡诺循环热效率基础之上的奥托理论热效率就是错误的。因此,传统发动机的整个效率体系将会面临全线崩塌的尴尬境地。     

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。     

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。     

基于热力学计算的氢燃料氩气动力循环发动机性能影响因素分析

基于热力学计算和燃烧相位扫掠,分析了不同因素对氩气动力循环发动机性能的影响。结果表明:提高压缩比可提高氩气动力循环发动机的热力学效率,但增加传热损失;提高氩气比例可减小实际工质的影响和传热损失,从而提高热力学效率;提高进气压力可补偿高氩气比例所导致的低平均有效缸压;提高冲程缸径比和排量也可减少传热损失并提高热力学效率。综上,优化各种影响因素后,在最优燃烧相位和考虑传热损失条件下,可实现高于60%的热力学效率和高于1.6 MPa的平均有效缸压。同时,采用适当喷水策略在不显著牺牲热力学效率的前提下有利于抑制爆震。     

提高CA10B型汽车发动机压缩比时应注意的几个问题

汽油发动机是根据奥托循环进行工作的,理想气体循环的指示热效率与压缩比之间的关系可用下式表示: η_i=1-ε~(1-k)式中η_i——指示热效率; ε——压缩比; k——循环指数,在室温下为1.41。从上式可看出,指示热效率是随着压缩比的提高而提高的。对解放牌CA10B型汽车发     

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。     

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。     

浅谈改变配气相位在发动机性能优化中的应用(1)

由发动机原理可知,在一定范围内增大压缩比,可以提高发动机有效热效率,合理设计配气相位角,可提高充气效率,进而达到提升发动机性能的目的。基于这一思想,本文对增大压缩比和改变配气相位角这两种方案在发动机性能优化过程中的应用进行探讨。     

电子增压器对增压米勒循环汽油机性能影响的试验研究

为提高发动机有效热效率和动力响应性,在一台三缸增压米勒循环汽油机上,研究了电子增压器对发动机经济性和动力响应性的影响。结果表明:经济性方面,电子增压器能显著提高发动机低转速大负荷时的低压废气再循环引入能力,发动机在2 000 r/min、平均有效压力为1.4 MPa时低压最大EGR率从15%提升到25%,实现了39.5%的有效热效率。从能量平衡角度分析,热效率提升的主要因素是传热损失、排气损失和未燃HC损失的减少。动力响应性方面,发动机在1 500 r/min时,电子增压器的接入显著提高了发动机增压阶段的压力升高率,瞬态响应时间缩短了58%;同时,电子增压器起到发动机功率放大器的作用,消耗3 kW的电耗使发动机功率增加12 kW。     

高压缩比直喷汽油机离子电流与燃烧特性的研究

本文中通过对奥迪EA888 2.0L TFSI直喷汽油机进行台架试验,对比研究了压缩比改变前后发动机的离子电流与燃烧特性。结果表明:提高压缩比可使燃烧相位和离子电流相位提前;离子电流起始相位Ion10和离子电流差分谷值相位dIonvalley在反映燃烧相位时具有一致性,始终滞后于燃烧始点CA10和燃烧中心CA50一定的曲轴转角,约10°CA;压缩比从9.6提高到11.5,IMEP可上升约0.02MPa,相应指示热效率提高2%~3%;离子电流积分值Ionint与IMEP有很强的相关性,能够准确反映IMEP的变动;高压缩比使发动机爆燃倾向加剧,而离子电流振荡幅值fIonm和差分峰值dIonpeak与爆燃强度有很强的正相关性。     

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.     

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。     

采用低热损失燃烧概念的高效率柴油机——丰田直列4 缸2. 8 L ESTEC 1GD-FTV 发动机

为了应对柴油机日益增长的需求,并力求在提高扭矩性能的同时实现节能,开发了1 款新型高效率2． 8 L 直列4 缸柴油机。该发动机以1 种创新的燃烧概念为基础,通过减少冷却损失,使发动机效率得到了提高。通过限制缸内气流及改善燃烧室隔热,减少了冷却损失。为了避免限制气流对排放产生影响,开发了1 种能够通过优化缸内燃油分布来提高缸内气体利用率的新燃烧室形状。采用了1 种能够根据气体温度改变壁面温度的新型隔热涂层来提高燃烧室的隔热性能,因而减少了冷却损失,并避免了进气加热的协调作用。为了采用这种燃烧概念,并同时提高动力性能,必须着重调整进排气道的高流量特性。通过采用具有独立功能的进气道、优化进气门的直径和布置、以及提高进排气系统的总体效率实现了这种调整。由于优化气道形状需要更大的设计自由度,因此开发了1种具有较高密封性能的新型气缸盖衬垫,这种缸径为92 mm 的气缸盖衬垫仅采用4 个缸盖螺栓。由于整台发动机都贯彻这种燃烧概念,并结合各种减小摩擦的技术,该发动机的CO2排放比原有机型的减少了约15%,最高热效率约达到44%。     

单缸风冷汽油机高压缩比燃烧室的优化设计仿真研究

针对燃油经济性问题,论文以非道路单缸风冷170F汽油机为研究对象,高热效率为核心目标,运用仿真软件对燃烧室形状和压缩比进行优化。在保证不发生异常燃烧的前提下,使用CONVERGE建立仿真模型,并设计仿真了四款高压缩比燃烧室对发动机性能的影响。通过对仿真数据的具体分析来确定较为理想的燃烧室模型。研究结果表明,在自身小型强化技术进一步完善的前提下,可考虑轻微爆震的压缩比情况,此时压缩比为10.5,整机指示热效率较原机提升46.61%,理论燃油消耗率下降至252.69 g/(kW·h),较原机下降31.79%。该种燃烧室改良方法有较好的节能减排前景,在同类机械不同机型上有一定的应用普适性,具有实用推广的能力。     

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。     

汽油机燃用纯甲醇的研究

本文介绍了在492QA型汽油机上燃用纯甲醇的研究。通过改进原机的燃烧室结构和提高压缩比(从7.2到9.5),以及改变化油器喉管的流通截面,进行了发动机性能试验,并测取了示功图。试验结果表明,发动机燃用纯甲醇时,性能良好,运转稳定,功率和扭矩指标达到了原机水平。在外特性的整个转速范围内。甲醇的燃料消耗率(按重量计)为原机燃用汽油时的1.51—1.69倍。最高有效热效率达34.9%,比原汽油机提高32.7%。     

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。     

乙醇HCCI发动机工作区域的模拟研究

应用0-D单区HCCI发动机模型耦合乙醇氧化反应详细化学动力学机理,对乙醇HCCI发动机的工作区域进行了模拟研究。确定了由过量空气系数(φa)和EGR率表示的HCCI工作区域,分析了工作区域内的排放性能、动力性能以及指示热效率。研究结果表明,在无EGR的工况下,从a=3.2到φa=8.5乙醇可以实现HCCI燃烧,φa<3.2时,出现爆震,必须加入EGR才能抑制爆震燃烧,最大的EGR率达到52%。在HCCI工作区域内,NOx排放较低,最大排放为140×10-6,CO排放较高,φa和EGR率对其影响很大。工作区域内的热效率较高,最大可达到34%,指示平均有效压力受EGR的影响较大,最大峰值达0.5 MPa。     

丰田汽车公司在非混合动力ESTEC发动机上实现阿特金森循环

<正>丰田汽车公司开发了应用阿特金森循环的非混合动力ESTEC发动机。具有高压缩比的阿特金森循环是混合动力车用发动机提高热效率的常用技术。采用高压缩比的缺点是发动机的扭矩会降低,在混合动力车中,电动机转矩补偿了发动机扭矩的降低。然而,低负荷区的热效率对传统发动机来说更加重要。新型1.3LESTEC直列4缸汽油机(1NR-FKE)具有优异的热效率和燃油经济性,其输出功率达到73kW,具有高达38%的热效率,与混合动力发动机的水平相当。此外,在低