以具备多连杆机构的可变压缩比系统提高发动机性能的研究

介绍了一种应用多连杆机构的可变压缩比（VCR）系统的基本结构及其工作原理,并描述了该系统实现压缩比连续可变控制的特点与潜力,以及设计紧凑、低振动、低摩擦的VCR原型机的方法。另外,还着重研究了VCR系统应用于涡轮增压发动机时对发动机性能的影响,以及改善燃油经济性等多种应用效果。     

采用两级可变压缩比系统提高车用汽油机的效率

发动机小型化与涡轮增压相结合是目前实现汽油机二氧化碳减排目标的主要技术措施之一。发动机小型化具有众所周知的优点．但其缺点是在高负荷时易发生爆震,并且需要通过提高增压度来补偿功率的下降,所以必须采取降低发动机压缩比的措施。另外,部分负荷时的增压压力升高会导致其效率变差。采用两级可变压缩比（VCR）系统可以弥补上述缺点。动力长度可变的两级VCR系统可以采用长度可变的传动部件来代替传统的传动部件,因此,只需对现有的发动机结构作较小的改动。在过去几年中,研究人员一直在研发这种长度可变的连杆系统。根据目前的发展状态。详细阐述该系统的工作原理和特性,对各种压缩比的范围和驱动转速的考虑进行详细讨论,将两级VCR系统与全可变VCR系统进行比较,并展望如何在现有的先进汽油机中,利用两级VCR系统的潜力降低二氧化碳排放。     

利用摩擦分析技术开发的发动机新机构

日产汽车公司开发了一种应用多连杆机构的可变压缩比系统,并从其各部分的具体结构及工作原理入手,分析该系统实现连续可变控制的特点,以及开发中存在的尚待解决的问题。研究中,将重点集中在可变压缩比系统的摩擦技术上,运用了最新的润滑分析工具,即弹性流体动力润滑分析方法。较详细地介绍了连杆连接销的润滑分析实例,说明了所应用的计算方法及弹性流体动力润滑分析结果,从而提出了开发发动机新机构的一种途径,即在可变压缩比系统的基本几何学设计阶段,就将构件的摩擦性能纳入到基本设计中。     

2．0L涡轮增压进气道喷射与缸内直接喷射汽油机应用无节气门负荷控制策略的对比研究

对1台2．0L涡轮增压进气道喷射汽油机和1台对比用的2．0L涡轮增压缸内直接喷射汽油机进行了台架试验研究,这2台汽油机都采用全机械式连续可变气门升程技术的无节气门负荷控制策略。对比中使用的基础发动机是不带连续可变气门升程机构的缸内直接喷射涡轮增压汽油机。运行试验重点是研究部分负荷时的燃油耗及全负荷时的低速最大扭矩。在这2种发动机运行模式下,采用连续可变气门升程机构后,发动机性能比无连续可变气门升程机构的涡轮增压发动机更好。这是因为更好的涡轮增压器响应优化了扭矩特性。带连续可变气门升程机构的涡轮增压进气道喷射发动机的扭矩与涡轮增压直接喷射的基础发动机相当,但低速状态下扭矩比基础发动机更好。涡轮增压连续可变气门升程缸内直接喷射汽油机在全负荷低速状态下能获得最大扭矩。涡轮增压连续可变气门升程进气道喷射汽油机在降低燃油耗方面具有更大的潜力。     

KSKolbenschmidt公司的新型钢活塞

KSKolbenschmidt公司推出一种轿车发动机用的新型钢活塞。据制造商称，结合采用适配的活塞结构，可降低摩擦功率损失，根据不同用途，这种钢活塞可使发动机燃油耗降低4％。凭借材料优势，可大大缩小活塞裙部和气缸孔之间的安装间隙，进而在怠速和冷态工况点大幅改善噪声特性。2014年，这种轿车用钢活塞将被批量装用在OEM机型上。     

以同时降低燃油耗和排放为目的的两级增压系统研究

为降低重型柴油机的实际燃油耗和排放,对采用不同低压涡轮流量和进气控制策略的2种两级增压系统进行对比研究。结果表明,所选择的增压系统可在发动机宽广转速及负荷范围内获得更高的增压压力,如再结合较高的压缩比,就能在改善车辆实际行驶工况排放性能的同时,降低燃油消耗率。     

活塞的表面处理工艺

对车用发动机来说,降低二氧化碳排放和改善燃油经济性是重要的课题。鉴于发动机活塞要求减轻质量和降低摩擦,介绍了用于活塞第1道环环槽和活塞裙部的表面处理工艺,这些技术有利于活塞的轻量化和降低摩擦。     

马自达汽车公司的新型4缸Skyactiv—D柴油机

马自达汽车公司推出了新一代Skyactiv—D柴油机。通过优化燃烧室形状、采用两级涡轮增压和减小机械摩擦,使该发动机的效率得以提高。Skyactiv—D柴油机的特点是压缩比为14．0,在不采用氮氧化物催化器或低压废气再循环的情况下仍能达到欧6排放标准,此外,它的燃油经济性比现有发动机提高了15％～20％。作为Skyactiv技术的一部分,该发动机具有优异的驾驶性能、良好的环保性和安全性。     

通过优化热管理降低涡轮增压直接喷射汽油机的二氧化碳排放

在Behr、Behr—Hella热管理和AVL三家公司共同合作的项目中,为降低涡轮增压直接喷射汽油机的二氧化碳排放,对各种热管理技术进行了试验研究。通过对外部废气再循环的冷却,能在发动机典型的工作点部分负荷时使燃油耗降低5％,在全负荷时由于避免了加浓而使燃油耗下降18％。在实际运行中可节省燃油约6％。在暖机阶段,通过停止冷却液的供给使新欧洲行驶循环中的燃油耗进一步降低约3％。此外,发动机试验表明,通过按工况控制的节温器在不同的负荷点改变冷却液温度（最大为10K）能进一步挖掘降低燃油耗的潜力1．4％。     

内燃机活塞的摩擦分析

研究分析类金刚石碳涂层对活塞销及裙部的减摩效果。采用浮动缸套法和弹性流体润滑仿真方法分析活塞裙部摩擦。试验结果表明，类金刚石碳涂层减小了活塞销对缸套的摩擦，并且在发动机低转速和活塞销偏置较大的条件下效果尤为明显，尤其减小了上止点和下止点附近的摩擦。弹性流体润滑仿真证实，类金刚石碳涂层活塞销能够影响活塞的运动，减小活塞裙部与缸套之间的接触压力。     

车用发动机活塞及销组件中涂层的成本效率评价

就活塞销上涂覆性价比好的磨合润滑剂问题，对取消车用发动机活塞连杆组件中连杆铜套的可行性进行了研究。典型的车用发动机活塞都带有活塞销的销孔和销座。连杆上也同样有一个销孔，高硬度的钢制活塞销穿过这些孔连接活塞和连杆。一般来说，在连杆销孔内紧压一个铜套。铜套的作用是在润滑较差的情况下提供一个与活塞销偶合的接触面，以降低摩擦、磨损及刮伤等。然而，衬套增加了连杆质量[1.2]（在保持连杆小头厚度不变的情况下，去掉衬套的连杆小头外径较小，因而较轻），同时增加了活塞组件的制造成本和工艺，而活塞组件的强度并没有提高。在活塞销与活塞销孔，以及活塞销与连杆衬套的接触表面间磨损或刮伤是一种常见的失效形式，在发动机起动时尤为严重。以前的试验已证实，固体薄膜润滑剂可以预防刮伤和磨损，但是，通常都比不上带衬套连杆的成本效率。用Falex公司的试验装置对6种不同的润滑剂进行了试验，试验按照美国材料试验标准（ASTMG77）在环块试验机上进行。试验监控了摩擦系数、负荷、温度、表面特性、刮痕宽度及磨损材料的体积。根据试验结果，针对2种涂层在16台发动机上进行了无连杆衬套的台架试验和现场试验。     

可变进气歧管在发动机部分负荷工况降低C02排放的潜力

可变进气歧管除了能提高发动机的全负荷工况性能外,还对部分负荷工况性能有益处。在MANN4-HUMMEI。公司和IAV公司的共同研究项目中,研究人员在现有的2款汽油机上,按新欧洲行驶循环验证了可变进气歧管降低CO2排放和燃油耗的潜力。     

机油对活塞环的摩擦和擦伤的影响

作者以专用测试装置研究了不同粘度的机油和在机油中加入添加剂对活塞环摩擦与擦伤的影响。结果表明，在活塞行程的中央、其摩擦方式以粘性摩擦为主，在止点附近则产生边界摩擦。针对这一特点，采用了在低粘度机油中加入摩擦调节剂的润滑方式，既降低了粘性摩擦时的摩擦力，     

富士重工公司的新一代水平对置发动机

介绍日本富士重工公司开发的新一代水平对置4缸发动机。与原有的水平对置发动机相比,新型发动机加长了活塞的行程,设计的燃烧室非常紧凑,实现了主运动系零部件的轻量化,进、排气门均采用主动气门控制系统,并配装了高效率的小型机油泵,降低了发动机的摩擦损失,使燃油耗降低约10％。     

高几何压缩比活塞的燃烧室形状探讨

提高几何压缩比与延迟进气门关闭正时技术相结合的目的是为了在维持最高燃烧压力不超过机械限制的前提下改善燃油经济性。另外,利用数值模拟方法,分析燃烧过程的变化,以观察高几何压缩比条件下的排放性能恶化过程。根据研究结果,改进燃烧室形状,以改善发动机的排放性能。数值模拟和试验结果均证实,改进燃烧室形状,并与延迟进气门关闭正时的技术措施相结合,可以显著改善发动机的排放性能和燃油经济性。     

满足欧5排放标准的涡轮增压直喷汽油机催化剂起燃时间及减排研究

未来动力总成的开发目标是具有更好的燃油经济性。为了实现这一目标,在研发新车型时．发动机将更多地采用涡轮增压技术。涡轮增压发动机的动力性和燃油经济性较好,但排放性能欠佳．这是因为涡轮增压发动机冷起动时。由于涡轮响应滞后而会损失大量热能。因此．对于涡轮增压发动机。需要采用相应技术缩短催化剂起燃时间,以降低排放。尤其是配装涡轮增压发动机的车型按新欧洲行驶循环测试时,在城市低速循环起动阶段。其排放不能满足欧5标准要求。研究得出缩短催化剂起燃时间和降低排放的方法,使涡轮增压直喷汽油机满足欧5排放标准要求。进行全面的排放测试,如增加贵金属用量及载体的孔密度,缩短到催化剂的距离,以及采用二次空气系统等附加装置。通过这些独到的试验研究．使发动机逐步达到欧5排放标准。     

机车柴油机现代技术与发展

介绍了机车柴油机行程缸径比、平均有效压力、活塞平均速度、燃油喷射技术及增压技术等的现状,并论述了国外在降低燃油消耗率、降低废气排放、提高耐疲劳寿命、开发代用燃料等方面的发展趋势,同时找出我国机车柴油机在燃油喷射系统、增压系统等与国外的差距.     

带有可变气门正时和升程的新一代V8发动机的开发

介绍了为Infiniti FX50车开发的新款5．0L V8发动机VK50VE。VK50VE发动机配备了能够对气门正时和升程进行连续控制的机构,即可变气门正时和升程（VVEL）机构,以及对进、排气凸轮轴都能控制的液力可变气门正时控制系统,即双可变气门正时控制（D—VTC）系统。与之前用于FX45车的VK45DE发动机相比,这款新型发动机能够在节气门全开时获得较高的动力性,同时提供更佳的燃油经济性。另外,通过VVEL和D-VTC优化气门正时,这款发动机的排放性能较之VK45DE也有所改善。介绍了VK50VE发动机的技术特点,以及新近为改善带有VVEL和D-VTC系统的废动机性能而开发的控制技术．     

柴油机增压系统的改进

调车内燃机车由于工况不稳定，不仅使排放的有害物质比干线内燃机车多出好几倍，而且由于燃烧不完全，使气缸活塞组的动负荷和热负荷也大为增加。为了解决这一问题，提出一种向柴油机增压集流管中供送压缩空气的辅助供气系统，并在чмэ3型调车内燃机车上使用。结果表明：不仅有害物质减少了30％－40％，而且燃油消耗率也降低了9％。     

AcuraRLX轿车用新型V63．5L汽油机的开发

本田公司应用最新的动力总成技术“地球梦科技”,开发了1款3．5I。V6汽油机。该发动机的总体设计目标是降低二氧化碳排放,并向客户提供驾驶乐趣。“地球梦科技”的理念旨在降低排放的同时改善燃油经济性。为达到这一目标,并为用户提供驾驶乐趣,采用了三级可变气门正时及升程电控技术和可变气缸管理系统。将这种配气机构技术与缸内直接喷射技术相结合,可提升3．3％的功率,并降低燃油耗20％。为满足中型豪华轿车对噪声及振动水平的要求,开发了新型发动机悬置系统,以改善3缸运行模式的发动机振动。阐述了带可变气缸管理系统及缸内直接喷射系统的三级可变气门正时及升程电控技术、减摩技术,以及新型发动机悬置系统的结构及优势。