发动机缩缸强化的不同理念分析

通过缩缸强化,1台自然吸气发动机被排量较小的增压发动机代替。过去,缩缸强化主要用于提高功率,但目前越来越多地被用来降低燃油耗。GM公司的分析揭示了增压发动机虽燃油消耗率较高,但却能使汽车的行驶燃油耗较低的原因。这时可达到的节油效果,除了取决于发动机扭矩特性外,还取决于缩缸强化比和汽车质量对发动机排量之比。     

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％。     

考虑大小交路的时刻表与车底运用计划一体化编制方法

为降低城市轨道交通大小交路开行方案对时刻表和车底运用计划编制的难度,更好地服务不均衡客流需求,提出一种考虑大小交路的城市轨道交通时刻表与车底运用计划协同优化方法。先针对大小交路开行方案,以提升时刻表服务质量和降低车底运用成本为双目标,通过优化发车间隔、车底接续关系和大小交路开行次序,设计能够统筹时刻表和车底运用计划关系的约束条件,构建两者协同优化模型;再结合模型特点引入辅助变量,将其重构为混合整数线性规划模型,从而实现对模型的有效求解;最后依托广州地铁2号线实际运营数据,验证方法的有效性。结果表明：与原方案相比,优化后的方案可降低车底出入库次数约4.65%,降低总发车间隔偏差约94.80%;在长时段复杂交路计划下,优化方法仍可在兼顾时刻表和车底运用效率的同时实现一体化编制,从而有效降低不均衡客流下的列车运行计划编制难度。     

铁路客技站车底作业排序模型与算法

作为铁路客技站核心工作之一的车底作业安排包括车底出入库安排、车底停留线运用和调机运用3方面的内容,是CTC（调度集中系统）条件下客技站分散自律控制的基本组成部分。以车底、调机运用、车底停留线为研究对象,利用排序理论,以总晚点数最小为第一目标和调机均衡运用为第二目标建立具有柔性流水作业性质的车底取送模型,以客技站股道均衡运用为目标函数构造车底停留线运用模型。运用排序思想和两阶段法,并结合松弛算法提出了车底作业计划表的原始算法以及基于4种解改进优化策略的调整优化算法。实例表明,提出的模型及算法能够快速、合理地确定车底的出入库作业安排、车底停留线运用方案以及相应的调机运用方案,并能充分运用车站的各项资源。     

MTU公司研制出混合驱动系统

发动机制造商MTU公司最近研制出一种新型混合驱动系统的样机。该混合驱动系统带有排气后处理装置，其目标市场是具有更高效率的地区列车。     

新旧交替列车运行图客车车底周转图智能编制方法研究

编制新旧交替列车运行图客车车底周转图的实质是确定新运行图中所需客车车底的来源与旧运行图中所运用车底的去向,以实现新旧列车运行图的顺利交替。探讨交替期客车车底周转图的约束满足优化问题模型及其智能求解算法。模型以减少停运列车数量为目标,以车底技术作业时间、车底上下线地点为车底配属站等作为约束条件。利用启发式知识设计智能求解算法,得出新旧交替列车运行图客车车底周转图的满意解。     

城轨线路车底空驶出场路径与时刻表综合优化

探讨城轨线路运营时段前车底空驶出场路径与时刻表综合优化问题,给定运营时段内运行图和车底交路,路径问题指派运营时段初列车需要车底的配属车场及其运营时段前从车场到列车始发站的出场路径,时刻表问题确定车底在其选择路径上途经车场、中间站和折返站的到发时刻。通过网络抽象提前生成所有列车的可行车底出场路径,以车底出场总空驶距离和总空驶时间最小为目标,考虑车场和车站能力,构建混合整数线性规划模型。为避免车底在途不必要停站,设计两阶段算法,对出场方案进行二次优化。采用大规模实际案例验证所提出方法的可行性和有效性。     

替代缩缸强化趋势的节油高效柴油机

AVL公司与Renault公司合作开发了所谓的“高效柴油机”,以替代众所周知的缩缸强化柴油机。这种新理念由于具有适度的功率密度,降低缸内最高燃烧压力,有时甚至比增压汽油机的最高燃烧压力还低。因此,与常规的和缩缸强化的柴油机相比,可明显降低机械摩擦和燃油耗。     

机车和船舶发动机未来的排放要求（上）——面临的挑战、技术方案以及来自其他重型发动机应用领域的经验借鉴

未来世界范围内的船舶和机车废气排放法规要求大幅减少废气中的有害物（尤其是氮氧化物）的排放量。大幅减少尾气排放,同时保持低的燃油消耗也是目前重型发动机和工业用发动机的开发重点。根据从这些开发工作中获得的经验,可以得出结论：严格的排放限值标准不能仅通过一个技术阶段（发动机机内措施／安装排气后处理净化系统）来实现,而必须开发一整套经济有效的手段,其中包括降低发动机本身输出的排放值,辅之以满足要求的高效排气后处理措施。 关于氮氧化物的减排,在重型发动机和工业用发动机领域,当前主要是研究和采用SCR（选择性催化还原）技术。虽然船舶和机车发动机与公路用重型发动机和较小的工业用发动机在具体要求和边界条件方面有显著不同,但是已经取得的经验（尤其是在公路应用领域）仍可用于未来船舶和机车低排放方案开发。 在本文第一部分,将对船舶和机车发动机在排放法规和典型运用边界条件方面与公路用重型发动机和小型工业用发动机进行比较。进一步指出公路用重型和工业用小型发动机应用领域的新技术和发展趋势,包括基本发动机减排方案（EGR、增压、喷油系统等）、后处理技术（柴油机氧化催化器、SCR、主动／被动式柴油机颗粒过滤器、颗粒物氧化催化器等）以及传感器和控制技术。在此基础上,提出适用于船舶和机车应用的技术方案,对于这类应用场合,将考虑具体的边界条件（例如：法规要求、燃油品质及具体运行模式）。 将来把基本发动机与后处理措施结合起来,将会明显增大系统布置和校准方面的难度和工作量。尤其是大型船舶和机车发动机,在最终应用之前对大量金属部件变体进行试验将会受到很大的限制。在这方面,高效开发工具（诸如后处理系统的详细一维模拟,在综合气体试验台上确定催化剂的特性,根据模拟对控制方案和传感器方案进行评估）以及针对公路应用开发的高效标准程序,都可以用来提供可靠的系统布置和校准,同时又可保持短的开发周期和发动机试验时间。     

低峰值气缸压力高功率柴油机的研究

对1台采用斜顶燃烧室和直气道的高速高功率柴油机进行了试验研究。目标是要在最高气缸压力增幅最小的情况下提高发动机的升功率。市场和社会都期望改善柴油车的驾驶性能,并期待提高发动机的升功率,以减小排量,进而减少二氧化碳排放。当采用会伴随最高气缸压力大幅增加的传统方法来提高升功率时,发动机的质量会增加,摩擦状况会恶化。因此,对提高升功率的新技术进行了试验研究,通过将转速由基准发动机的4000r／min提高到5000r／min,能使最高气缸压力的增幅最小,同时又能使制动平均有效压力保持基准发动机的原有水平。为了确定发动机额定转速增加1000r／min后的进、排气系统技术参数,首先进行了发动机的循环模拟研究。在模拟研究结果的基础上,制造了1台采用斜顶燃烧室和直气道的单缸发动机。这些参数的更改导致了燃烧恶化,并且,总指示平均有效压力比基准发动机的低。分析了试验中燃烧恶化的原因,确定了斜顶燃烧室的形状和能提供更佳燃烧的喷油系统技术规格。然后,按照这些技术参数制造了1台4缸发动机。在5000r／min的额定转速下,测得的升功率为76kW,比基准发动机的高25％以上,同时实现了最高气缸压力和排气温度增幅最小的目标。结果还发现,除了提高额定转速外,提高进气质量流量也是抑制最高气缸压力和排气温度升高的影响因素之一。     

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。     

V型柴油机采用定压和脉冲增压系统对性能影响的比较

在1台高速12缸柴油机提高转速、功率的改进设计过程中,应用性能分析软件AVL-BOOST对该机采用了不同的增压系统及其影响进行了分析计算比较.并以满足功率、油耗、排温及爆发压力等指标要求为目标,并对压缩比、增压压力、排气系统等进行优化,为提高柴油机性能提供综合依据与改进方向.     

高效而环保的铁路牵引动力战略

现代技术缓解了提高能源效率和降低有害物排放战略之间目标的冲突.介绍了对未来铁路柴油机的要求及所要采用的减排措施;有关柴油机改进的内部措施,主要是开发一种优化的燃烧过程;介绍了柴油机排气后处理措施的设计原理;提出未来要考虑燃料的多样性;指出铁路机车动车动力装置的混合动力化将成为提高效率、实现环境友好的铁路动力发展战略.     

用于混合动力车的新型排气热回收装置POWEREV

日本双叶电子工业公司开发了新型排气热回收装置POWEREV。排气热回收装置被安装在混合动力车或寒冷地区车型的排气系统中，其作用是回收发动机排出的气体余热，快速加热发动机的冷却水，提高发动机的预热速度，改善车内供暖性能。     

涡轮增压系统优化与发动机开发的整合

车辆动力系统在提高功率、降低燃油耗和排放方面提出了越来越高的要求，使得整机在优化过程中外协件的集成化程度也越来越高。因此，废气涡轮增压器在未来动力系统方案中对降低二氧化碳排放起着重要的作用。原因是，一者能量转换机技术复杂；二者涡轮增压器对提高行驶性能和降低燃油耗具有巨大的影响力，而后者特别能迎合发动机缩缸强化的发展趋势。FEV公司与亚琛工业大学内燃机研究所进行了合作研究，介绍了一种在动力系统研发过程中通过不同工具和方法组合来研发和优化涡轮增压器的方法。     

轨道车辆嵌入式主动径向执行单元设计及控制指令优化研究

为进一步推广主动径向转向架的工程应用,提出一种嵌入式主动径向执行单元设计方案。该方案将嵌入式主动径向执行单元内嵌于轴箱,简化了主动径向控制和纵向悬挂机构的结构布置,便于用户运维。同时,基于主动径向系统各轮对间的空间同步要求,提出了一种控制指令优化模式,并针对设计方案中液压齿轮泵流量死区特性对执行单元控制精度的影响,提出了该优化模式中控制步长这一关键参数的边界条件。最后通过试验验证了该优化模式的有效性。     

低排放GE-7FDL大功率中速机车柴油机的开发

概述低排放的GE-7FDL系列机车柴油机的技术开发。开发的重点放在明显地减少发动机的NOx排放并减少和控制其他可见和不可见的排放物上,与此同时对发动机燃油效率的不利影响要尽可能小和对发动机系统和零部件的改动要尽可能少。使用一台单缸7FDL试验研究用发动机对几种设计概念进行了分析与研究。制造了一台低排放的16缸7FDL发动机和一台GE机车样车,并对其进行了性能验证、功能评估:和设计优化试验。GE公司的低排放7FDL发动机和机车已投入批量生产。新开发的低排放机车发动机达到美国环保局制定的0级排放限制标准而对燃油效率没有不良影响。这一目标的实现仅导致对发动机系统和零部件作了极少的改动,理想的发动机可靠性仍保持不变。新的发动机可与以前的7FDL基型发动机互换,因而现有基型发动机升级到低排放型发动机很容易。     

新开发的4B11型涡轮增压发动机

介绍日本三菱汽车公司新开发的、配装于Lancer Evolution X车上的直列4缸涡轮发动机。这款新开发的4811型涡轮发动机（2．0L）经改用铝制压铸机体和直动式配气系统之后，重量减轻12．5kg，并采用进、排气侧均可变正时的三菱可变正时气门机构MIVEC^TM，通过在全部运行区域设定最佳气门正时，实现了提高性能、降低燃油耗及排放的目标。进而，通过降低进、排气系统的压力损失，并重新设定涡轮增压器的规格，大幅度提高了低、中速扭矩及响应性。同时，还考虑到环保要求，采用了高性能金属催化器等，由此达到比2005年排放标准降低50%排放的水平。     

Hyundai—Kia运动型多功能车用V6—3L柴油机的研发

为了满足高级运动型多功能车的要求,新开发了一款V6—3L柴油机。该发动机的有效功率提供了良好的行驶舒适性,并达到欧4排放标准。通过燃烧和排气后处理方案的优化,该发动机的基本设计方案可成为未来达到欧5排放标准的基础。同时,为了满足美国Tier 2 Bin 5排放标准的要求,正在开发采用尿素喷射的氮氧化物排气后处理系统。     

利用虚拟发动机进行发火次序优化

现代发动机机械负荷和热负荷不断增大,迫切需要在多个方面大范围地对发动机结构进行优化。许多发动机零部件的开发过程是由计算机仿真支持的,目前这类开发技术相当先进和成熟,高度优化的产品不断涌现。不过,有些设计变量的优化(诸如发火次序)对发动机运行的影响涉及多个学科,目前仍具挑战性。在施加高燃烧压力的情况下,多缸商用发动机发火次序的合理布局对于减轻曲轴乃至整机振动和减轻主轴承负荷是一种有效的手段,与此同时,还能在保持进、排气系统良好流体动力学特性的情况下控制发动机的平衡。推荐的四冲程柴油机通用发火次序选择方法(尤其是其第一部分—基于曲轴系统扭转振动的发火次序优化法)是文章主题。德国FEV公司开发专用算法,为预定的曲轴布局产生一系列发火次序,然后针对其结果进行发动机仿真。此种方法可减少理论上可能的发火次序方案数,只剩下与给定发动机设计边界相符且技术上可行的方案。最后,对每种给定发火次序的影响,利用多准则优化技术(例如所推荐的愿望指数法)进行分析评估。针对典型的发动机结构和曲轴布局,给出技术上可行的发火次序方案数,是上述算法的一种进一步改进。文章介绍了确定发火次序方案数的方法,并以V16商用柴油机为例,介绍了发火次序对曲轴扭转振动的影响。