2013年型Accord轿车用2.4 L直列4缸汽油机的开发

全新开发的2.4 L带智能可变气门正时及升程电控系统的4缸直喷汽油机是本田公司下一代机型,应用了带多孔高压喷油器的直喷系统,实现了低二氧化碳排放和高功率输出。对气缸盖进气道和燃烧室形状、喷油器喷雾形状,以及燃油喷射控制都进行了优化,以确保形成均质混合气,实现稳定、高效的燃烧。全新的发动机结构使摩擦也得到降低。新型发动机的功率和扭矩都增加10%,燃油耗则降低5%。配装新发动机的2013年型Accord轿车配合高效率无级变速器,以及改进后的底盘,使组合行驶工况燃油耗降低11%,并达到美国加州空气资源委员会排放法规中准零排放车级别的排放要求。此外,新结构的发动机减轻了质量,并通过优化气缸体刚度,使噪声-振动-平顺性性能优于旧机型。     

用复合稀释燃烧改善直喷汽油机中小负荷油耗

为了降低直喷汽油机的泵气损失、提升热效率,提出了将稀薄燃烧与废气稀释相结合的复合稀释燃烧(LDC)的路线。在一台缸内直喷汽油机上进行了中小负荷下的试验,以研究影响复合稀释燃烧的因素,测量了发动机燃油经济性、燃烧特性及排放特性。结果表明:在200~600 kPa的平均有效压力下,复合稀释燃烧带来了4%~6%的油耗改善,同时,发动机的NOx排放不会急剧升高。对燃料能量分配的分析表明:稀释燃烧降低了发动机传热损失和泵气能量损失。因而,验证了复合稀释燃烧的可行性。     

小排量直喷增压汽油机喷水技术应用研究

汽油机喷水技术通过向燃烧室内喷水降低发动机爆震倾向,降低燃油消耗并改善排放,近年来逐渐成为新研究热点。首先对喷水器的喷雾特性进行了试验研究,并利用CFD仿真分析方法在某1.5 L直喷涡轮增压发动机上设计了进气道喷水方案,最后开展了3 000 r/min@1.4 MPa和5 500 r/min WOT工况下的台架试验研究。研究结果表明:汽油机采用喷水技术可以有效抑制爆震,改善燃油经济性。在高速大负荷工况,喷水可取代燃油加浓策略来降低排气温度,实现当量比燃烧。     

车用柴油机进气道优化设计及性能研究

针对某高强化2.0 L增压柴油机开发过程中出现的部分工况油耗偏高、烟度较大的问题,采用数值模拟与台架试验相结合的方式,研究了不同涡流比及流量系数进气道方案对整机燃油经济性、排放特性的影响。结果表明,原进气道方案存在气流对冲、涡流比及湍动能不足等问题,是导致燃烧效率偏低的关键原因。基于此提出了进气道优化方案,优化后涡流比提升了14.2%,流量系数提升了26.2%,经台架试验验证,优化方案的平均比油耗降低约5%,同时烟度值明显降低。     

五气门气道喷射发动机实施稀混合气燃烧的一种新解决方案

本文提出一种改善五气门电控气道喷射汽油机稀薄燃烧的新方案－组合喷射稀薄燃烧，并对影响稀燃性能和排放的因素进行了试验研究。试验结果表明，两个喷油器的喷油量和喷油定时对油耗和 明显的影响。采用组合喷射稀薄混合气燃烧与采用单进气道喷射相比，在部分负荷时的排放和油耗都有明显的改善。     

Hyundai公司新一代1.8 L汽油机

Hyundai公司开发出1款新型1.8 L汽油机,以替代紧凑型及中型轿车上的老机型。该汽油机首次被配装在2011年亮相北美市场的Hyundai公司新款Elantra汽车上。通过应用双连续可变气门正时系统,以及能获得中、低速大扭矩和高速大功率的两级可变进气系统,这一新机型实现了高动力性能和低燃油耗。此外,优化了下部结构件和进气系统零部件,与此同时,也十分重视减轻部件质量,以降低噪声水平。该汽油机符合美国特超低排放车和欧5排放法规。简要介绍了新一代1.8 L直列4缸汽油机(Nu汽油机),以及为提高动力性能、减少燃油耗、降低排放和振动噪声而采取的各种相关技术。     

中型柴油机国Ⅴ燃烧系统改进试验研究

在一台满足国Ⅴ排放法规的6缸中型柴油机上,进行了基于大压缩比和小孔数油嘴配合的燃烧系统改进试验研究。试验结果表明,大压缩比燃烧室可提升柴油机缸内燃烧速率,促进燃油经济性的改善,尤其在部分负荷更为明显,但会显著增加NOx排放和爆压水平;小孔数油嘴可弱化柴油机缸内油气混合,降低NOx比排放1~3 g/k Wh,在大喷油正时下经济性影响较小;结合油嘴垫片调节,可进一步优化燃烧室与油嘴配合,改善整机排放性能。通过燃烧系统改进,柴油机在满足国Ⅴ排放法规要求下,万有特性中低速油耗可改进1%~2%。     

电控168F 汽油机燃烧与排放特性分析

自主开发了通用小型汽油机电控燃油喷射系统,通过柔性控制混合气浓度优化燃烧性能和发动机排放及其他综合性能。将其应用于168 F汽油机,通过研究过量空气系数（φa ）对整机工作过程和排放特性的影响来制订控制策略。为满足美国EPA现行排放法规,标定工况需使用比功率混合气偏浓的混合气减少NOx 排放,部分负荷采用偏稀的混合气控制CO和 HC排放,同时需要控制发动机的循环波动。结合优化点火提前角（θ）研究形成了整机匹配的最佳φa 和θ并写入MAP ,汽油机整机动力性不变,排放和经济性能提高,能全面满足用户使用和美国EPAⅢ排放法规要求。     

喷油比对复合喷射汽油机暖机过程燃烧和排放的影响

在一台复合喷射汽油机上进行了不同喷射方式的暖机试验,研究了不同的喷油比对复合喷射汽油机暖机过程中燃烧和排放特性的影响。结果表明,随着冷却液温度的升高,汽油机燃烧和排放性能逐渐改善,喷油比为80%时发动机性能最佳,与纯直喷相比,使暖机过程缸压峰值平均提高了49.1%,HC排放降低了14.5%,CO排放降低了27.1%,NO_x排放上升了56.6%,PN排放降低了92.5%。随着暖机过程冷却液温度的升高,发动机燃烧改善,HC、CO排放和微粒总数逐渐减少。     

烯烃对发动机排放和燃烧特性影响的研究

在满足欧Ⅳ排放法规的汽油机上对3种不同烯烃含量汽油的排放性能和燃烧特性进行了试验研究.试验研究结果表明:随着烯烃含量的升高,发动机的THC排放降低,将汽油中的烯烃含量从10%提高到25%,可以降低THC排放18%,而对NOx和CO排放的影响与发动机转速有关,但影响幅度不大;在小负荷时,烯烃含量对发动机的燃烧特性没有明显影响,在大负荷时,提高烯烃含量能加快燃烧,缩短着火落后期和燃烧持续期;在所研究范围内,烯烃对催化剂的初始转化效率没有影响.     

进气压力对汽油混氢发动机性能影响的研究

在1台加装了电控氢气喷射系统的4缸汽油机上,研究了进气压力对混氢汽油机燃烧与排放性能的影响。试验结果表明:随着进气压力的增加,混氢前后发动机平均指示有效压力与指示热效率均有所升高;相同进气道压力条件下,混氢后发动机热效率有所提高,但进气压力较高时混氢后发动机平均指示有效压力有所降低;发动机HC与CO排放随进气道压力的增加而逐渐降低,但NOx排放随进气压力的增加而升高;相同进气压力条件下,进气混氢有利于改善发动机HC与CO排放。     

汽油机动力性能多目标优化及试验研究

针对某发动机高速动力性较同排量发动机偏低的问题，采用多目标优化与试验相结合的方法对发动机动力性能进行优化。建立并标定了发动机一维模型，采用DOE(试验设计)方法分析了进气延迟角、进气凸轮最大升程、压缩比等多因素对发动机外特性的影响，分析结果响应拟合度较高；采用遗传算法对发动机高速大负荷工况下的工作性能进行了多目标优化；对进气道流动特性进行了CFD(计算流体动力学)分析，通过改进进气道结构以提高其流量系数。最后搭建了进气道稳流试验台和发动机试验台，试验结果表明：改进后的进气道流量系数最大提高了6.51%,发动机功率提高了15.59%,扭矩提高了11.92%,燃油消耗率降低了3.33%。     

LNG缸内直喷发动机的开发

开发了液化天然气(LNG)缸内直喷多缸发动机,通过对不同的燃烧室设计和喷嘴布置方案进行仿真分析,开发了新的燃烧系统,设计了电控系统软硬件和满足天然气缸内直喷的LNG燃料供给系统.对LNG缸内直喷发动机、原汽油机和天然气进气道喷射发动机进行了台架试验对比研究,结果表明:直喷机中低转速时动力性与原汽油机相同,总功率和最大扭...     

汽油机智能可变气门升程系统的开发

中国燃油耗法规与排放法规的不断发展,对汽车发动机的燃油耗和排放都提出了更高的要求。可变气门升程技术可以有效降低发动机的燃油耗和排放。介绍了1种由上汽集团技术中心自主研发的两级智能可变气门升程(I-VVL)系统。结合计算机辅助工程(CAE)的仿真分析,设计了该系统的核心结构。开发了一整套适用于该系统的零件加工工艺,并完成了配气机构性能试验和耐久试验验证。结果表明,该I-VVL系统结构紧凑,对周边零部件影响小,功能性和可靠性满足设计要求。     

进气道喷水对汽油机燃烧特性影响的三维数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)软件对1台缸内直喷汽油机在转速5500r/min、平均有效压力(BMEP)约为2MPa的工况下建立了缸内直喷汽油、进气道喷水的双喷射发动机三维性能仿真模型。研究了不同喷水比例和点火时刻下的缸内油气混合和燃烧特性的结果,评估了进气道喷水对于提高发动机效率的潜力。研究结果表明,进气门开启初期液态水蒸发较快。随着喷水比例的提高,过量空气系数增大,缸内温度和过量空气系数的均匀性均得以优化。相对于不喷水状态,进气道喷水能够有效降低缸内温度。在BMEP相近时,相对于不喷水状态,进气道喷水的指示热效率有所增加。进气道喷水可以降低火焰传播速度,需提前点火时刻来维持燃烧相位。     

热能管理在新一代货车中应用与前景未来货车达到欧VI排放法规的措施与Rankine循环的应用开发

欧洲将在2013年实施更为严格，的欧VI排放法规。为了应对这样形势，强化发动机废气排放系统热管理控制系统起着重要作用。德国贝洱（Behr）公司研发的性能优异的发动机冷却系统为满足欧VI排放法规的货车能够降低油耗3％～5％。对于未来商用汽车进一步开发前景可以通过综合采用热力学的兰金循环方法（Rankine Prozess）能使油耗降低到5％。     

某直喷发动机稀释燃烧的试验研究

选取1台非针对稀薄燃烧设计的量产汽油增压直喷发动机进行台架标定试验,了解并研究了在稀释燃烧模式下的燃油经济性、原始排放特性和燃烧噪声特性等性能影响。试验结果表明,随着稀释燃烧发动机负荷的变化,泵气损失和爆燃点火效率分别对比油耗的改进具有影响。稀释燃烧通过选取过量空气系数目标,在小负荷时,可以兼得最佳比油耗、燃烧噪声和排放优化;在中大负荷时,比油耗、燃烧噪声和排放优化不可兼得,氮氧化物排放与比油耗和碳氢排放呈反向趋势。稀释燃烧在中小负荷区域燃烧噪声可以得到有效降低,而在中高负荷区域,最佳比油耗工况点的燃烧噪声反而有所上升,但针对排放平衡优化点的燃烧噪声可基本持平或降低。     

东风1.4 L增压直喷高性能汽油机开发

为满足近阶段油耗法规的要求,进行了东风1.4 L增压直喷汽油发动机(简称14TD)的开发,针对该发动机的直喷燃烧系统开发、涡轮增压器的匹配、NVH开发和标定开发等关键技术进行了论述。通过设计、仿真、试验相结合的开发方式,解决了增压直喷发动机特有的燃油湿壁、喷油系统噪声、颗粒物排放超标等重点问题,最终达到了14TD发动机的所有设计目标。     

高轨压燃烧系统对车用柴油机性能及排放的影响研究

为降低柴油机的排放,满足当前国六排放法规要求,分析了更高轨压燃烧系统对发动机性能和排放的影响。在同一台发动机上进行了台架对比试验,基于试验结果分析了高轨压燃烧系统匹配不同的气道方案、燃烧室方案对发动机燃油经济性、排放特性的影响。结果表明,高轨压燃烧系统能够使发动机中、高负荷区域碳烟排放降低约20%,小涡流比大流量系数的气道、扁平化燃烧室结构方案能够使发动机性能更佳。相对于原燃烧系统,高轨压燃烧系统WHSC测试循环碳烟排放降低了约60%,发动机排放明显降低。     

一种减少二氧化碳和氮氧化物排放的有效解决方案

燃油耗低和低速扭矩大的涡轮增压柴油机动力总成在欧洲轻型载货车市场占有较大份额。预计,全球二氧化碳(CO_2)排放法规和用户对燃油价格的期望,会进一步迫使发动机提高燃油效率。但是,法规对氮氧化物(NO_x)和颗粒排放的限制可能会进一步增加柴油机动力总成的成本。对价格敏感度最高的1 400 kg以下紧凑型车型需要寻求一种替代方案,以面对CO_2排放限值的挑战,并保持对用户的吸引力。对小型化和降低转速的汽油机理念进行了研究,与此同时,通过提高平均有效压力来满足性能要求,以保持车辆良好的操控性能和起动性能。解决这一问题的关键措施是采用汽油直接喷射燃油系统。因为缸内汽油直接喷射和对进气进行分开控制,可以在不增加碳氢排放的情况下增强扫气效果。缸内汽油直接喷射还具有冷却充量的好处,有利于避免增压发动机的爆燃现象。研究了汽油直接喷射的几种可选方案,包括多孔式和单孔轴针式喷油嘴,以及侧向布置与中央布置的对比。对排量减小至1.2 L的涡轮增压3缸机和4缸机的基本结构进行了研究。减少气缸数有利于改善碳氢排放、热损失和扫气效率。从安装和成本方面考虑,减少气缸数也有一定好处,其次要考虑的是排气后处理系统。理论当量比燃烧涡轮增压直接喷射汽油机可以采用传统的三效催化转化器,故成本最低。分层燃烧直接喷射汽油机预计需要附加稀燃NO_x捕集器,而满足欧6标准的柴油机则需要附加柴油颗粒过滤器(DPF),并可能要采用NO_x后处理系统。虽然,目前对满足欧6 NO_x排放标准的后处理系统尚不了解,但增加的DPF、带稀燃NO_x捕集器的DPF,或带尿素选择性催化还原的DPF系统,都会使发动机在成本和安装方面面临挑战。对3缸涡轮增压直接喷射汽油机和其他发动机在降低CO_2排放与系统成本之间的价值权衡进行对比分析,并给出了结论。分层燃烧涡轮增压直接喷射汽油机与进气道燃油喷射4缸基本型汽油机相比,其CO_2排放量减少22%以上。采用可变气门驱动装置和传统三效催化转化器的理论当量比燃烧直接喷射汽油机的CO_2排放有可能减少18%。在欧6排放水平下,理论当量比燃烧涡轮增压直接喷射3缸汽油机动力总成具有理想的使用价值。在无稀燃后处理系统的情况下,如果3缸涡轮增压柴油机能满足NO_x排放标准的要求,则其价值能与汽油机的相当。因发动机本身NO_x排放较高而需要采用稀燃后处理系统的动力总成劣势明显。基于紧凑型汽车对价格的敏感性,根据价值分析预测,3缸涡轮增压直接喷射汽油机符合动力总成的选择要求。