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%。     

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     

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.     

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。     

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...     

高压缩比米勒循环发动机设计与分析

为提高发动机的热效率,提出了高压缩比结合米勒循环的解决方案。在某2.0 L自然吸气发动机的基础上,通过增加发动机活塞顶凸台的方法实现了压缩比从10到13的提高,并采用遗传算法对凸轮型线进行了选型,通过进气门晚关(LIVC)方式实现了米勒循环。试验结果表明,与原发动机相比,高压缩比米勒循环发动机最低燃油消耗率下降10.4 g/(k W?h),低油耗范围明显扩大,且主要是向低转速小负荷的方向扩展。     

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。     

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。     

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。     

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。     

丰田汽车公司最新的环保型汽油机

<正>丰田汽车公司以低燃油耗与高功率为目标,开发了几款全新的环保型汽油机。(1)直列4缸2.5L汽油机(2AR-FSE型):2.5L2AR-FSE型汽油机应用阿特金森循环(膨胀比高于压缩比,可提高热效率)与四冲程汽油机的D-4S燃油直喷系统相结合的技术,实现了最大热效率38.5%的目标。所采用的新技术包括:新D-4S燃油直喷系统;双可变气门正时智能系统;多点活塞冷却机油喷嘴;低张力活塞环;排油量可     

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。     

非常规热力循环内燃机的节能技术

为实现内燃机热效率指标的突破,出现了很多非常规热力循环内燃机节能技术。本文从数种典型非常规热力循环内燃机节能技术总结出两点共同特征:工质移缸和水蒸汽辅助。工质移缸技术可以让内燃机工质在多个气缸内完成一个工作循环,因而可以通过提高内燃机压缩比或实现充分膨胀循环的方式来提升内燃机热效率;水蒸汽辅助技术可以通过直接向高温气体中喷水或者利用热交换器的方式将水加热成蒸汽,通过降低内燃机排气温度把残余热能变为压力来实现做功,从而提高整机热效率。非常规热力循环内燃机节能技术为高效内燃机技术的发展提供了很多新思路。     

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。     

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。     

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%）。     

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。     

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。