新型发动机降低单位油耗的途径

从化学能转化为机械能的角度来看，带有曲轴一连杆机构的传统活塞式发动机还不完善，因为汽油机的热效率不到35％，柴油机的热效率也仅为45％。也就是说，仅仅不到一半的燃料能量被用来使发动机作有效功。     

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。     

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     

汽油机掺烧甲醇裂解气试验研究

在1台电喷汽油机上进行了掺烧甲醇裂解气试验研究,设计了甲醇裂解系统,利用发动机高温排气裂解甲醇,并将裂解气送入气缸燃烧,研究了掺烧甲醇裂解气对发动机经济性和动力性的影响.试验结果表明:在管式裂解器中,甲醇裂解的主要产物是H2和CO,体积分数分别为60.7%~64.8%,19.1%~23.1%;汽油掺烧甲醇裂解气会导致发动机输出扭矩降低,发动机当量燃料消耗率下降,热效率增加,甲醇替代比为20%时,不同负荷下当量燃料消耗率均下降6%以上,最大可降低8.8%,有效热效率由原机32.47%提高到35.57%;原机和掺烧裂解气发动机的有效热效率均随过量空气系数的增加而增加,相同过量空气系数条件下,掺烧裂解气发动机热效率比原机高.     

热效率超过42%的高效率汽油发动机的开发

汽油发动机的最大热效率正在逐步提升，目前已有机型达到了40%。研究了热效率超过40%的汽油发动机提升潜力。     

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%。     

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。     

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。     

氩氧氛围下天然气发动机的燃烧特性研究

为提高内燃机热效率,将发动机进气由空气替换为氩氧混合气,试验研究了过量氧气系数、氩气比例、点火正时对发动机指示热效率、平均指示压力(IMEP)及燃烧循环变动的影响.试验结果表明:在过量氧气系数为1时,直接用79％氩气比例的氩氧混合气代替空气可使发动机的指示热效率从36.9％提高到43.0％,平均指示压力从0.81 MP...     

天然气/氢气混合燃料发动机的稀燃极限和排放特性试验研究

在东风EQD210N-20天然气发动机上进行了天然气与天燃气/氢气混合燃料体积混合比例为10%、30%和50%的稀燃极限和排放特性试验研究.实验结果表明:燃烧混合燃料比燃烧天然气时的稀燃极限大,并且随着掺氢比例的增大,燃烧过程的火焰发展期和快速燃烧期缩短,发动机的指示热效率、平均指示压力和NO2的排放增加;但是当发动机在大于天然气/氢气混合气的稀燃极限工作时,其指示热效率、平均指示压力和NO2的排放迅速下降,平均指示压力变动系数、CH4和CO的浓度迅速上升.     

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。     

提高汽油机热效率的技术

鉴于防止能源危机和全球气候暖化的目的,改善发动机热效率的要求越来越迫切。介绍了废气再循环技术对混合动力车发动机热效率的影响。同时,介绍了稀燃增压技术对发动机热效率的影响,阐明了燃料的研究法辛烷值与发动机热效率之间的关系。     

一款令人神往的超高性能发动机

根据《奥托理论热效率的大幅突破》和《传统发动机的污染排放与爆燃诠释》,非曲轴连杆机构发动机不仅拥有传统发动机100%的热效率提高潜力,还有近零排放巨大的降低空间,不仅如此,由于省去了曲轴连杆机构而使得结构更为简明紧凑,由于近零排放及其低温燃烧的稀燃特性使得缸内燃烧温度减低而无需冷却系统,由于没有惯性负荷下的滑动摩擦使得没有机件之间的较大磨损而无需润滑系统,更由于两大性能之高而无需任何先进复杂的高难技术和眼花缭乱的辅助装置,非曲轴连杆机构发动机还可拥有极好的经济性能。既然非曲轴连杆机构发动机拥有如此之好的性能提升前景,那么可否打造一款从未奢望过的理想发动机呢?按照这一思路,以奥托定容循环为原则,以两大性能为目标,以高效清洁着火燃烧条件为基础,开启你的逻辑探索力,拓展你的空间想象力,模拟设计一款令人神往的超高性能发动机。     

电控喷射单一燃料CNG轿车发动机的性能试验

研究了过量空气系数及点火时刻对某电控喷射单一燃料压缩天然气发动机的动力性、经济性和排放性能的影响.试验结果表明,在整个转速范围内,该发动机的有效燃料消耗率比汽油机平均降低了约17.7%,有效热效率平均提高了9.68%.在此基础上得到了在变过量空气系数和点火时刻下,该天然气发动机的燃烧、排放规律.     

高热效率的低燃油耗技术ESTEC

混合动力车上市距今已近20年,这一技术为全球CO2减排作出了重大贡献。众多研究都致力于使混合动力发动机达到最低燃油耗(即最高热效率),可通过控制发动机运行区域达到这一要求。同时,考虑到气候变化和能源问题,关注常规车型的低燃油耗研究进展也同样重要。采用高压缩比的阿特金森循环是提高混合动力发动机热效率的常用方法,但缺点是会造成发动机扭矩下降。相比混合动力发动机,常规发动机的低负荷工况热效率更加重要,因此必须克服上述问题。介绍具有高热效率的低燃油耗技术ESTEC,叙述其实现高热效率的途径,以及将该技术用于常规发动机的具体方法。     

废气再循环对天然气发动机性能影响研究

利用1台增压中冷天然气发动机,在2 840 r/min,75%和50%负荷、过量空气系数a为1.1~1.3稀混合气条件下研究了EGR对天然气发动机性能影响。结果表明:不同负荷和a下,随着EGR增加,NOx排放迅速降低,与单纯采用空气稀释相比,稀混合气加EGR联合稀释的方式更具降低NOx排放的潜力,75%负荷、a=1.3发动机达到稳定运行界限时(循环变动系数为10%)NOx排放降低到0.3 g/(kW.h),而单纯采用空气稀释时只能降低到1.92 g/(kW.h);当EGR率小于10%时,随着EGR增加,HC和CO排放缓慢增加,有效热效率缓慢下降,当EGR率超过10%后,HC,CO排放增加和有效热效率下降的速度都加快。小负荷时产生的NOx排放较少,且达到相同NOx排放目标值时所需的EGR量也较少,但是会产生较高的HC和CO排放及较低的热效率。     

进气道喷水对氩气循环氢燃料发动机热效率与动力边界拓展的影响研究

针对氩气循环氢燃料发动机工质比热容比高，会引起异常燃烧现象，从而限制其热效率提升效果的问题，通过仿真和试验分析了进气道喷水对氩气循环氢燃料发动机的热力学参数和爆震的影响，并通过结合缸内直喷和进气增压，联合优化点火策略、喷射策略以及喷水策略，最终获得了最高62.41%的指示热效率（总指示热效率58.62%）。     

正丁醇预混合气对轻型柴油机热效率和排放的影响

对1台轻型柴油机进气道进行改装,从而在进气道中形成均质丁醇预混合气。研究了在不同工况下正丁醇预混比对发动机指示热效率和排放的影响。研究结果表明:随着丁醇预混比例的增加,发动机指示热效率呈现上升的趋势,转速为3 350r/min,平均指示压力为1MPa时指示热效率的提升率达到最大为4.3%;压力升高率过大,限制了在大负荷条件下使用更高的丁醇预混比例;随着丁醇预混比例的增加,发动机soot和NO_x排放明显改善,而CO和HC排放均随着丁醇预混比的增加而增大。     

氢燃料直喷压燃发动机的有效热效率潜力研究

通过零维和一维仿真耦合,来探究氢燃料直喷压燃发动机的最大热效率潜力。基于CHEMKIN软件建立氢均质混合气的压燃燃烧详细化学反应动力学模型,利用已有试验结果对模型的预测精度进行了验证。基于GT-Power软件建立发动机的一维流动和性能预测模型,通过GT-power和CHEMKIN耦合,实现对氢燃料直喷压燃发动机的燃烧预测和性能计算。利用GT-power进行试验设计和参数化计算,优化发动机的结构参数和效率。优化后的有效热效率达到51.38%,表明氢燃料直喷压燃发动机具有较大的热效率潜力。     

预混合氢气对柴油机爆震燃烧的影响

为了提高氢气利用率,了解预混氢气对发动机爆震的影响,以WP7.270涡轮增压6缸柴油机为试验对象,在不同转速和负荷下采用进气歧管喷氢方式进行台架试验,试验燃料总质量恒定,增加氢气替代率直到发动机发出爆震指示,并与原机数据进行对比。研究结果表明:氢气最大置换率为83%,喷油正时提前,发动机热效率最大提高7.7%,缸内峰值压力最大提高39.6%, CO_2、 CO、HC和炭烟排放减少,NO_x排放升高,但在30%负荷下NO_x排放明显降低,且CO_2排放几乎为零,但燃烧不稳定。