利用进气流控制降低燃油耗和排放的研究

近年来，车用发动机不断追求高功率和低燃油耗，所以对能二者兼顾的可变进气流技术进行了模拟计算（流体动力学计算）和实机试验。通过部分阻挡进气歧管，使进气流偏向，从而改善燃烧和燃油耗，并用实车道路试验来验证改善燃油耗的效果。关于排放，以减少冷起动HC排放为目标，进行配组试验。特别是通过测量燃烧辉光，从表示油滴燃烧状况的后辉光分布与HC的关系着手进行分析。部分阻挡进气歧管后强化了空气流动，使燃油液滴分布明显偏向，致使HC排放增加，但形成能抑制油滴壁面附着的进气流时，发现后辉光和HC有所减少。     

将内燃机摩擦减小到最低程度

降低摩擦为汽油机和柴油机进一步降低燃油耗和CO2排放提供了巨大的潜力。Daimler公司通过对实际案例的分析评价,得出最为有效的技术措施。     

高功率低燃油耗的新一代蜗壳式增压器

德国HandtmannSystemtechnik公司重新启用蜗壳式增压器的理念,以期通过增压提高汽油机的功率,并对其进行了全面的改进。这一项目的合作伙伴Bertrandt公司对发动机工作过程进行仿真,证实了蜗壳式增压器相比其他增压系统所具有的优越性。介绍了HandtmannSystemtech—nik公司的蜗壳式增压器在发动机缩缸强化理念中的应用。单级和两级蜗壳式增压器适用于汽油机和低排放柴油机。     

未来汽油机的小型化

近年来,汽油机小型化已成为降低燃油耗和二氧化碳排放的重要技术措施之一。以Mahle公司1．2L汽油机为例,小型化率已达到50％,与同排量的自然吸气汽油机相比,其新欧洲行驶循环燃油耗的优势高达30%。     

降低汽车燃油耗的摩擦学技术

降低发动机燃油耗和减少二氧化碳排放是满足日趋严格的排放法规要求的必经之路。针对降低发动机燃油耗的课题,以发动机周边零部件为中心,着重介绍丰田汽车公司开展的摩擦学相关研究。就利用摩擦学技术降低燃油耗的具体方法,阐述了在优化气缸内圆面（工作表面）、改进活塞组件、优化气门机构及曲轴轴承等方面采用的新技术和新工艺,评价了上述技术措施对降低燃油耗及二氧化碳排放的效果。同时指出,即便是当代先进的内燃机。在利用摩擦学技术与手段优化其内部摩擦及降低燃油耗方面．仍具有很大的发展潜力。     

Fiat公司极度小型化的2缸汽油机

新型0．9L2缸增压汽油机是Fiat动力传动技术公司发动机开发的重要里程碑。被命名为“Twinair”的汽油机是极度小型化的杰出代表,不仅其总排量被减小,而且气缸数也减少了。通过废气涡轮增压与Multiair可变气门机构相结合,达到了出众的发动机功率,即相当于排量比其大50％的自然吸气发动机的功率,而且至少节油25％,废气排放满足目前实施的欧5排放标准。此外,Twinair2缸汽油机的整个系统是按欧6排放标准要求设计的。由于采取了全面的优化措施,其噪声一振动一平顺性性能也成了小排量发动机的新标杆。     

排量减小50％、效率提高30％的直接喷射汽油机

Mahle公司对内燃机缩缸强化的潜力进行了研究,并于2007年作为一种新技术推出1款3缸1．2L直接喷射汽油机。当然,这种当时新开发的示范性机型尚无法为其开发目标值提供佐证。然而,这种3缸直接喷射增压汽油机达到了比2．4L自然吸气汽油机更好的全负荷特性指标,在保持功率特性的同时,使新欧洲行驶循环的燃油耗和二氧化碳排放降低了30％以上。     

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。     

GM公司采用均质充量压燃技术的汽油机

GM公司介绍了一种以缸内压力为发动机控制基础的均质充量压燃-燃烧过程。一种可变气门机构在工作中控制残余废气量,并且采用直接喷射均衡了气缸差异。研究认为,为了调节最大效率的燃烧重心位置和弥补在实际运行中无法控制的边界条件的影响,必须有一种能对发动机可靠控制的缸内压力传感技术。     

摩擦功率优化的发动机活塞环组

立法者通过汽车排放法规确定了内燃机的发展方向。为了满足排放限值的要求,工业界对新的燃烧方法、机械效率的改善,以及新的排气后处理系统进行了研究。在由活塞、活塞环和气缸滑动表面所组成的摩擦系,即所谓的“动力单元”中,活塞环组具有巨大的降低燃油耗的潜力。Mahle公司得出结论,最佳的低摩擦功率活塞环组可使燃油耗降低5％。     

降低直接喷射汽油机未燃排放物的研究

通过一种独特的混合气形成方法,使直接喷射火花点火汽油机在低负荷分层燃烧时的效率得到改善。使用扇形燃油喷雾,使混合气中的燃油分配更均匀。并通过一个局部隔热的活塞和高温废气再循环（EGR）进一步降低了未燃排放物。为了达到局部隔热的目的,使用钛合金隔热板,从而使该区域因喷雾撞击提高了表面温度,并消除了湿壁现象。即使在利用高EGR率降低NOx排放的情况下,高温EGR也阻止了火焰传播的衰减。     

小型4缸汽油机系列的设计和升级改进（第1部分）

在BMW公司的主持下,BMW公司和PSA公司合作开发了一种小型汽油机系列,这一系列具有进气道喷射自然吸气和缸内直接喷射增压2种机型。这是合作双方在降低二氧化碳排放方面迈出的关键一步。这种先进的小型汽油机系列在同等级排量的汽油机上首次应用了全可变气门机构（配气相位和气门升程调节）、体积流量可调的机油泵和可脱开的机械传动冷却水泵,并将双涡道增压器与缸内直接喷射相结合,同时充分挖掘了减少摩擦损失的潜力,以降低摩擦功率,使得所有机型的扭矩特性曲线更为丰满,燃油耗显著降低。自2006年起,这一技术被应用于BMW公司的Mini轿车,以及PSA集团Peugeot和Citroen的所有车型,2010年又进行了升级改进设计,在改善动力性能的同时,燃油耗和排放大幅度降低,令世人所瞩目。这种集成了当代最先进技术的汽油机系列堪称同类型汽油机的典范,其在设计和升级改进方面的成功经验值得国内同行借鉴。     

高效汽油机用的电晕放电点火系统

为了进一步降低燃油耗,未来的汽油机将以稀薄空燃混合气和较高的平均有效压力运行。Federal—Mogul公司面临这一挑战,并开发出一种电晕放电点火系统,目的是在高平均有效压力下能可靠地点燃过量空气系数大和废气再循环率高的混合气。发动机试验表明,这种新型点火系统具有高达100A的直接节油效果。     

传统汽油机机油耗与缸孔变形的关系

众所周知,内燃机运转时的缸孔变形对机油耗（LOC）影响很大。目前这方面的分析报告不多。试验采用传统的直列4缸汽油机,旨在阐明缸孔变形与LOC之间的关系。用旋转活塞法测定3、4号气缸的缸孔变形,并用硫示踪法测量了每缸的LOC。通过改变活塞环张力来测量LOC,以研究活塞环与气缸的贴合性及其对LOC的影响。结果显示,发动机低负荷区域的缸孔变形较小,而高负荷区域的变形较大。3、4号缸在上止点前后的变形趋势不同,但LOC差别不大,当环张力减弱时,发动机的总LOC增加。用可预测环对变形缸孔贴合性的模型计算出活塞环油膜厚度,其结果被用于计算进入燃烧室的机油量及气缸壁机油蒸发量。计算证实,低张力环与气缸贴合不严导致环油膜变厚,机油流量增加,但蒸发的机油量无明显变化。由此可得出结论,环的张力变化会影响其与变形气缸的贴合性,反过来又会影响LOC。     

降低颗粒排放对直接喷射汽油机的新挑战

全球废气排放法规正日益收紧,除了直接喷射汽油机颗粒质量排放限值普遍收紧之外,首次计划实施汽油机颗粒数排放限值,因此,降低颗粒排放越发成为汽车及内燃机产品研发人员关注的问题。德国柏林汽车与交通工程有限公司详细分析了影响直接喷射汽油机废气排放中颗粒数的各种因素,提出了在批量生产中降低颗粒排放的措施,并在批量生产方案中验证了这一措施。     

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。     

降低摩擦和燃油消耗的新工艺

车轴通过轴承和用于钢轨表面油润装置的非接触式密封来减少能耗。新一代的迷宫式密封EcoTum已由Timken公司研制成功,可用于最佳地保持润滑和消除脏污。在轮轨接触时,为了减少摩擦和磨损以达到节约能源的目的,其关键技术就是使用摩擦调节装置。     

马自达汽车公司的新型Skyactiv—G汽油机

马自达汽车公司为新一代汽车开发了命名为“Skyactiv”的新技术,该技术将汽车的驾驶乐趣与环保性和可靠性相结合,对马自达汽车公司长期的技术开发规划作出了贡献。介绍一种压缩比高达14．0的新型高效缸内直接喷射汽油机的开发。     

Mercedes—Benz公司新型1．8L轿车汽油机

Mercedes—Benz公司M271型4缸汽油机在C级、E级和SLK级轿车上的使用证实,它是一种非常好的机型。M271evo型汽油机是该公司多年来在现已量产的小型化机型基础上进一步研发的成果。虽然重点已转移到降低燃油耗的措施上,但丝毫未放松提高功率和扭矩值的要求。     

Accord插电式混合动力车用新型汽油机的开发

作为本田公司的下一代发动机系列,配装于Accord插电式混合动力车的新型2．0L汽油机具有燃油耗低和排放性能好的特点。采用可变气门正时及升程电子控制系统,具有2种特定凸轮（即功率凸轮和燃油经济性凸轮）。功率凸轮作用持续期短,用于大功率输出和发动机起动;燃油经济性凸轮作用持续期长,可通过延迟进气门关闭正时,获得阿特金森循环效应。还采用了冷却废气再循环（EGR）技术,并对控制系统进行了改进,实现了低燃油耗目标。首先,能确保EGR阀前后压差的新型控制系统改善了EGR流量的控制性能。其次,改进了扭矩控制,可以预测因点火延迟引起的发动机扭矩下降。驱动性和燃油经济性在极苛刻的条件下保持原有水平。最后,采用了基于大气压力改变运行点的控制技术,即使环境发生变化,仍可保持低油耗性能。开发了混合动力车用催化转化器的新型快速预热系统。在发动机起动阶段,通过改变电机运行来控制发动机负荷,这样可有效预热催化转化器,从而使尾气排放降低到能满足特超低排放车SULEV20标;住的水平。