基于LIVC和双VVT技术的增压直喷汽油机抑制爆震试验研究

在1台涡轮增压缸内直喷汽油机上,利用双可变气门正时(双VVT)技术结合进气门晚关凸轮轴(LIVC凸轮轴)来抑制爆震。在实现爆震抑制策略后,采用更高的几何压缩比来进一步提高热效率,改善发动机的燃油经济性。试验结果表明,在1 300r/min,200N.m这一典型的爆震工况点,通过减小气门重叠角,降低发动机扫气量,可以有效提高燃油经济性。推迟进气门和排气门相位均可以实现对爆震的抑制,结合使用LIVC凸轮,使得发动机抗爆震性能进一步大幅度提升。在原机9.3的压缩比下,点火角得以提前,接近最大扭矩点火角(MBT点)。将几何压缩比由9.3提高到了10.9后,抗爆震性能和原机相当,并明显改善了发动机的热效率,从而进一步改善了燃油经济性。     

气门重叠角对GDI发动机性能和微粒排放的影响

本文中研究了可变进气正时(IVT)、可变排气正时(EVT)和可变进排气正时策略(IEVT)形成的气门重叠角对缸内直喷汽油机燃烧和微粒排放的影响。研究发现在小负荷下3种正时策略中正气门重叠角的增加均会导致缸内残余废气量增加,滞燃期和燃烧持续期推迟和延长,油耗和HC排放均先减小后增加,NO_x排放减小。在相同气门重叠角下,EVT的残余废气量最多,IVT对泵气损失改善最大达15.6%。相比IVT和EVT,IEVT在60°CA的重叠角仍稳定燃烧且减少了传热损失和排气损失,油耗可降低8.67%,NO_x减少了96.57%,微粒总数减少了89.43%。     

喷油正时对正丁醇缸内直喷发动机性能影响分析

为解决正丁醇燃料应用于缸内直喷发动机时易造成混合气质量差的问题,以某款缸内直喷发动机为例,基于发动机的工作过程,采用三维计算流体力学(CFD)软件搭建了缸内直喷发动机的单缸物理模型,分析不同喷油正时对发动机性能的影响。研究结果表明,相对于推迟喷油,提前喷油提供了更多空气与燃料的混合时间,能够获得更好的混合气质量,从而能够达到较高的缸内压力,并能减少CO、soot和HC的排放,但NO_X的排放增加。     

EVCT对直喷汽油机燃烧和微粒排放的影响

本文研究了排气门关闭正时（EVCT）耦合点火正时（IT）对火花点火汽油直喷（GDI）发动机在5种不同工况下燃烧、性能和微粒排放的影响。研究结果表明,EVCT的延迟导致燃烧持续期（CA5-CA90）延长和燃烧中心（CA50）延迟。而IT的提前可以提前CA50,缩短燃烧持续期。EVCT结合IT可有效改善发动机油耗和微粒排放,有效燃油消耗率（BSFC）可降低4.66%,微粒总数最多可减少95%。随着负荷或转速的增加,EVCT对微粒排放和燃料消耗的影响减弱。     

直喷汽油发动机的配气相位控制研究

针对直喷汽油发动机的电子控制部分,通过分析发动机电子控制的配气相位原理,结合实际售后市场上发生的发动机熄火故障案例,阐述了配气相位控制对于直喷汽油发动机的有利方面和实际应用过程中的挑战,得出了适用于直喷汽油发动机开发设计、应用的方法和策略,以指导新型内燃机的研发和售后问题调查。     

缸内直喷增压汽油机热负荷分析及优化设计

研究了CA4GC气门口喷射(PFI)汽油机缸盖和机体的热负荷,并在此基础上对以CA4GC为基础开发的某缸内直喷(GDI)涡轮增压汽油机热负荷进行了仿真计算.结果表明,与原PFI汽油机相比,该GDI涡轮增压汽油机热负荷明显增大,且有些部位最高温度超过许用限值.通过仿真优化,确定了在两缸之间采用双水孔冷却方案.结果表明.该方案可以较好地降低该GDI涡轮增压汽油机缸套间的温度.从而解决其热负荷问题.     

缸内直喷汽油机多孔喷油器喷雾特性试验研究

为了研究缸内直喷汽油机多孔喷油器的喷雾特性,建立了定容喷雾试验装置,对不同环境压力和不同喷油压力条件下的自由喷雾和碰壁喷雾过程进行了拍摄,分析了壁面距离和壁面倾角对喷雾特性的影响。研究发现:多孔喷油器与传统的旋流式喷油器的喷雾特性存在较大差异。多孔喷油器的喷雾锥角受环境压力影响较小;随着环境背压的增大,贯穿距离和喷雾锥角呈现先增大后减小的特点;喷雾锥角随着喷射压力的提高略有增加。在碰壁喷雾发展过程中,不同环境压力下喷雾油束与壁面接触面积接近;随着壁面距离的增加,碰壁喷雾高度递减,碰壁后的喷雾高度存在波动;随着壁面倾角的增大,碰壁喷雾高度和增大。在壁面倾角的增大过程中,影响碰壁喷雾半径的因素较多,呈现出较复杂的变化规律。以上研究为多孔喷油器的设计及其与燃烧室的匹配提供了理论依据。     

空气辅助缸内直喷发动机ECU设计与试验研究

针对某型空气辅助缸内直喷发动机,设计了发动机电子控制单元(Electronic Control Unit,ECU)的硬件和软件;在此基础上进行了发动机冷起动工况的台架试验,试验结果表明研制的ECU稳定可靠,满足发动机冷起动工况的基本功能和要求。     

可变气门升程与正时对直喷汽油机缸内流动特性的影响

利用CFD三维数值模拟软件模拟了1台缸内直喷汽油机的进气及压缩过程,分析比较了不同最大气门升程及进气正时下缸内流场的变化规律。结果表明:减小最大气门升程可以使进气行程中缸内气体的速度及湍动能显著增加,但在压缩末期的滚流比要略小;在小气门升程下,进气门早开或者晚开都会使得进气过程的湍动能显著增加,在距上止点5mm,10 mm,15 mm的3个横截面上,早开和晚开进气门会使最大平均湍动能分别增加28.29%和43.47%,20.7%和40.81%,23.07%和49.58%,但在压缩后期间,进气门早开或者晚开时对缸内的平均湍动能影响不大;在小气门升程下,进气门的开启时间对压缩末期湍动能的分布有较大的影响,早开或者晚开进气门会使缸内的湍动能趋于一致。     

汽油机缸内直喷技术开创发动机新时代

奥迪轿车装备的发动机采用缸内直喷技术,这种缸内直喷发动机被称为汽油直喷式发动机（FSI）,直喷式发动机的动力性和燃油经济性均得到了较大提升。     

缸内直喷技术在小型汽油机上的应用研究

在1台单缸发动机上进行了汽油缸内直喷研究,设计了燃油供应系统、燃油电控喷射及台架测试系统。对部分台架试验结果进行研究分析,结果表明:改装的小型缸内直喷汽油机动力性能和排放性能均有明显改善;喷射时刻对排放有重要影响;在缸内直喷分层难以实现时,缸内直喷均质混合方式也是可行的研究开发方向。     

燃料喷射对缸内直喷LNG发动机性能影响的试验研究

将某4气门车用4缸汽油机改装成缸内直喷LNG发动机,分析了燃料的喷射正时对发动机性能的影响.结果表明:在中等转速范围内,气轨压力较高,喷射持续时间短;在低、高转速范围内,气轨压力较低,喷射持续时间长;在相同转速条件下,随着负荷的增加,气轨压力减小,喷射持续时间延长;在中等负荷范围内.发动机经济性较好.     

缸内直喷汽油机颗粒排放的热物理特性研究

为了研究缸内直喷汽油机颗粒的热物理特性,基于某发动机试验台架设计了二级热稀释系统。采用EEPS3090粒谱仪对不同稀释比、加热温度、蒸发温度下的颗粒粒径分布和浓度进行了试验研究。试验结果表明:不同稀释比下颗粒数量浓度随粒径的增大呈现对数正态双峰分布,不同加热温度和蒸发温度下颗粒数量浓度随粒径增大呈现三峰分布;较大稀释比对核态数量总浓度影响较大,加热温度高于200℃后颗粒数量浓度趋于稳定,蒸发温度对积聚态颗粒有较大影响。     

利用扫气抑制增压直喷汽油机爆震的试验研究

通过台架试验研究了扫气对增压汽油机爆震的抑制效果。在转速为1 800 r/min,扭矩分别为150,200,250 N.m工况下,分析了扫气对点火提前角、进气流量和涡轮前端温度的影响。研究了相同节气门开度不同配气相位情况下,利用扫气改善大负荷下扭矩的潜力。结果表明:随着负荷的增加,扫气效果逐渐增强,发动机的点火提前角并不随着负荷的增加而推后,只是在一定区域内波动,进气流量增加,涡轮前端温度先降低后增加;大负荷下利用可变气门技术形成的扫气可以有效提高充气效率和动力性;在1 800 r/min下,发动机扭矩可以提高50 N.m。     

缸内直喷汽油机喷油及燃烧过程三维数值模拟

对某直喷汽油机部分负荷时的进气、喷油、混合气形成及燃烧过程进行了数值模拟。分析了喷油正时对混合气分布、燃烧性能及排放性能的影响。模拟结果显示,在喷油开始时刻为480°曲轴转角时混合气分布比较理想,达到了分层稀燃的目标。生成物NO的主要来源是参与燃烧的空气中的氮,NO的生成随温度的提高而急剧增加;炭烟生成的条件是高温和缺氧,局部较浓混合气相对缺氧导致炭烟生成。     

气门相位对高膨胀比发动机性能影响的研究

在1台几何压缩比为12的双独立可变凸轮相位汽油机上,在转速1 500~5 500 r/min、全负荷工况下进行了不同进排气相位对发动机输出扭矩、燃油消耗率、爆震倾向影响的试验研究,分析了不同转速下进排气相位优化的规律以及对发动机性能的影响。试验结果表明,采用可变相位技术后,低速时扭矩提高超过8%,中高速时功率增长达10%~14.8%,转速在4 500 r/min以下燃油消耗率平均降低5%,在2 000 r/min时最低燃油消耗率达到250 g/(kW.h)。     

一款1.5L缸内直喷汽油机的燃烧系统设计

基于进气道三维流场测试装置、定容弹喷雾试验台和光学单缸机测试系统组成的缸内直喷汽油机燃烧系统可视化开发平台,开发设计了满足设计要求的高性能进气道,并匹配了缸盖燃烧室和活塞,有助于缸内混合气的形成,提高燃烧速率;综合考虑排放与机油稀释量的基础上,优化设计了喷雾靶点。对所设计的燃烧系统进行了光学单缸机试验和热力学多缸机试验验证。结果表明,进气道和燃烧室组织引导的气流在缸内形成高滚流,对喷雾油束有强烈的弯卷作用,极大促进了均质混合气的形成,并减小喷雾碰壁的风险;喷雾靶点的合理设计有效避免喷雾油束与壁面的碰撞,减少了机油稀释率和起燃工况HC排放;所设计的燃烧系统搭载1.5TGDI发动机实现了80kW/L、最大扭矩250N·m、排放较低的性能指标。     

利用扫气抑制增压直喷汽油机“超爆”的研究

"超爆"是增压汽油机的一种异常燃烧模式,这种燃烧在火花塞点火之前自发着火,但又不同于HCCI(汽油机均质压燃)燃烧。结合"超爆"发生的条件,提出了利用扫气功能降低混合气温度,部分消除"超爆"发生的条件,并对比了不同配气正时策略下扫气功能抑制"超爆"的效果。试验结果表明,扫气能有效抑制"超爆",气门正时"进排气门都提前打开和关闭"控制策略相对"进排气门都滞后打开和关闭"控制策略抑制"超爆"效果更好。     

直喷汽油机最佳点火提前角控制算法的研究

通过试验研究了点火提前角对直喷汽油发动机性能的影响,依据发动机实际运行情况通过理论分析与试验相结合,研究了外界因素对直喷汽油发动机最佳点火提前角的影响,给出了各因素对直喷汽油发动机最佳点火提前角相应的修正补偿,结合目前实际运用中对汽油发动机点火提前角的控制提出了一种对直喷汽油发动机最佳点火提前角的控制算法,该控制算法可更简单,更精确,更有效地实现对汽油直喷发动机的最佳点火提前角的控制。