Atkinson循环发动机配气机构改进分析

基于发动机燃油经济性升级需求,将传统的Otto循环发动机改为阿特金森(Atkinson)循环发动机,其中,配气机构的改进是完成循环改型的关键。对某汽油机配气机构建立模型,并进行运动学和动力学计算分析,进而对凸轮型线进行优化设计,对配气正时进行再设计研究。利用进排气凸轮轴的双VVT机构,在不同转速和负荷下对改型后的发动机进行了双VVT的优化控制设计。台架试验结果表明,发动机成功地完成了Atkinson循环的转换,最低燃油消耗率由原机的250g/(kW·h)降低到232g/(kW·h),且低油耗区向常用发动机工况移动,验证了配气机构设计方法的正确性和有效性。     

Atkinson循环发动机紧凑型燃烧系统研究

基于Atkinson理论循环建立混合动力汽油机的性能仿真模型,确定出合适的压缩比与配气正时。分别采用增加活塞顶面凸起高度(上凸型燃烧室)和减小缸盖上燃烧室高度的方式来满足Atkinson循环汽油机对压缩比的要求。同时为适应紧凑结构减小气门升程、直径(紧凑型燃烧室)。通过三维CFD计算分析,比较了两种燃烧室缸内燃烧及流动特性,发现紧凑型燃烧室能够在火核形成及扩散时期在缸内产生更高的湍动能,有利于加快火焰传播,使燃烧持续期缩短9.8%~24.4%,可显著提高燃油经济性。在混合动力用Atkinson循环发动机开发中使用紧凑型燃烧室,具有重要的应用价值。     

Atkinson循环发动机性能改进研究

本文中利用理论计算、结构及参数改进和试验标定相结合的方法,将某自然吸气Otto循环汽油机改为Atkinson循环混合动力发动机。首先通过减少活塞顶部凹坑容积将压缩比从10.5提高到13以克服Atkinson循环中由于进气门晚关所带来的有效压缩比的降低;然后利用AVL Excite Timing Drive软件重新设计了满足Atkinson循环要求的进、排气凸轮型线;最后通过发动机台架试验标定了Atkinson循环发动机万有特性下的过量空气系数、配气相位和点火正时等参数。试验结果表明:在保证动力性满足要求的前提下,改型后Atkinson循环发动机的燃油消耗率在整体上比原Otto循环发动机低得多,尤其在中低转速中大负荷时。另外,改型后Atkinson循环发动机的低油耗区域范围比原Otto循环发动机大得多,且低油耗区向低转速和较小负荷区域移动。改型后的Atkinson循环发动机最低燃油消耗率由原来的250g/(kW·h)降低到234.5g/(kW·h),达到了目标要求。     

基于无凸轮式进气型线的发动机进气性能研究

建立某增压CNG发动机仿真模型,验证模型的准确性。设计了进气晚关角为0°的无凸轮式进气型线并使节气门全开,模拟分析了转速1 600 r/min、进气管压力120 kPa时,无凸轮式进气型线对该发动机进气性能的影响,并与原机进行对比。结果表明:该工况下,采用无凸轮式进气型线,进气门在下止点关闭时,能够有效防止进气回流,发动机充量系数相比原机提高1.70%,指示功率相比原机提高1.29%,燃油消耗率相比原机降低2.88%,由进气过程进气道及缸内速度场切片和一维仿真数据可知,循环进气量提高1.45%,进气更为充分;进气压力与转速升高时,无凸轮式进气型线对应的最佳进气晚关角也应增大。     

小排量汽油机增压升级节油潜力的研究与分析

某1.0L自然吸气汽油机增压升级后,发动机的有效燃油消耗率比原机高,引起了对汽油机增压升级后节油机理的疑义。利用GT-Drive平台搭建模型模拟同一车型分别搭载该1.0L增压样机与1.3L自然吸气式汽油机的燃油消耗,并分析不同使用工况下整车的节油潜力。结果表明,与搭载1.3L自然吸气式发动机相比,搭载该1.0L增压发动机在保持整车动力性不变的条件下,整车油耗平均下降5.18%。同时,通过分析排气背压对节油潜力的影响,提出了增压样机进一步节油的改进措施。     

低散热压燃式自由活塞发动机燃烧特性研究

基于某自由活塞发动机(FPE)建立活塞动力学模型和多维燃烧模型,改变传热模型参数实现缸内的低散热,并优化活塞运动,仿真分析原机、低散热FPE以及优化运动后低散热FPE的燃烧特性。结果表明:与原机相比,低散热FPE在燃烧后缸内温度和压力较大,而优化后缸内温度和压力进一步增大,其峰值分别比原机高162.77K和1.53 MPa;放热率峰值依次增大,且峰值相位也逐渐提前。与原机相比,低散热FPE具有相对较短的滞燃期和速燃期,缓燃期和后燃期更长;而优化后的低散热FPE滞燃期和速燃期较长,缓燃期和后燃期相对较短,燃烧放热规律更理想。原机、低散热FPE及优化低散热FPE的指示热效率分别为45.8%,48.4%,51.5%,即采用低散热技术和优化活塞运动能进一步提高FPE的热效率。     

非同步排气门正时对GDI汽油机缸内流场和工作性能的影响

利用三维CFD软件建立了某1.5T缸内直喷汽油机的模型,分析比较了在2 000 r/min全负荷时非同步排气门正时策略下缸内流场、燃油雾化和燃烧过程变化的规律。结果表明:采用非同步排气门正时,缸内流场与原机有明显不同。湍流动能呈现"三峰"变化,缸内的平均湍流动能均大于原机(排气门1提前20°开启时变化最大);相比原机,缸内气体的平均流速有所增加,提高了燃油蒸发速率,上止点时缸内混合气更加均匀,但也会使得缸内的残余废气质量增大。排气门1提前20°开启时,缸内的燃烧速度比原机略快,缸内最高燃烧压力增加了0.3 MPa,但温度比原机略低,因此氮氧化物的排放低于原机,CO与原机持平。排气门1延迟20°开启效果不明显。综合考虑,排气门1提前20°开启能提升原机的动力性和排放性能。     

高负荷下应用米勒循环提升高压比汽油机热效率机理研究

对高负荷工况下应用进气阀早关(EIVC)或者迟关(LIVC)技术实现的米勒循环进行仿真计算,基于热力学第一定律比较分析两者改善高压缩比增压直喷汽油机热效率的机理。结果表明:几何压缩比的增加提高了发动机的理论热效率,但由于高负荷时的爆震限制使油耗恶化了1.9%;米勒循环的应用可以有效降低爆震倾向,与原发动机相比,采用EIVC与LIVC策略燃油经济性的分别提升2.4%和3.0%;对比分析EIVC与LIVC对汽油机热效率的影响发现,LIVC策略能使燃烧相位更加优化、缸内燃烧更为充分,使得其燃油改善效果好于EIVC策略。     

丰田汽车公司最新的环保型汽油机

<正>丰田汽车公司以低燃油耗与高功率为目标,开发了几款全新的环保型汽油机。(1)直列4缸2.5L汽油机(2AR-FSE型):2.5L2AR-FSE型汽油机应用阿特金森循环(膨胀比高于压缩比,可提高热效率)与四冲程汽油机的D-4S燃油直喷系统相结合的技术,实现了最大热效率38.5%的目标。所采用的新技术包括:新D-4S燃油直喷系统;双可变气门正时智能系统;多点活塞冷却机油喷嘴;低张力活塞环;排油量可     

大缸径天然气发动机几何压缩比与米勒度协同优化

利用GT-Power建立了某大缸径天然气发动机的一维热力学循环仿真模型,用原机台架试验数据标定,使仿真模型计算准确后,研究了发动机设计参数几何压缩比以及米勒度对发动机性能的影响.以提高发动机热效率和降低排气温度为目标,利用神经网络建模与遗传算法对发动机设计与控制参数进行协同优化.优化结果表明,在保证发动机扭矩输出的条件下,通过对几何压缩比与米勒度的协同优化可以提高指示热效率,降低排气温度,改善发动机性能.     

Electromagnetic valve train for gasoline engine exhaust system

Electromagnetic valve train (EMVT) in camless engine offers large potential for both part load fuel economy and high load engine torque. However, it is more difficult to be applied on exhaust system than intake system. Because the gas pressure brings high demands for driving force, especially at high engine speed and full load. Based on the working characters of actuator, a method by increasing the transient currents in windings during valve’s opening motion is suggested to overcome the gas pressure. But this will cause more energy losses and heat. In order to make the EMVT used on exhaust system better, quantitative analysis is carried out against the additional power consumption caused by gas pressure under different conditions. Furthermore, an approach is introduced to define the optimal exhaust valve opening motion at full load conditions. It aims at making a better compromise between the engine power output and exhaust valves’ power consumption, thus both the efficiency of EMVT and engine performance are enhanced.     

二级可调增压器旁通阀与喷油参数调节规律的仿真分析

利用Wave仿真软件建立了某二级可调增压V型8缸电控单体泵柴油机的仿真分析模型,应用台架试验数据对模型进行了标定,以最佳燃油经济性为目标,计算了外特性条件下排气旁通阀开度与喷油提前角对柴油机性能的影响规律,得到两者的优化匹配规律。计算结果表明:旁通阀阀门开度及喷油参数直接影响二级可调高增压柴油机系统的燃烧和换气过程;高转速高负荷工况时需要打开排气旁通阀,并适当增加喷油提前角以降低过高的排气背压,减少泵气损失,且转速越高放气阀开度越大、喷油提前角越大;中低转速高负荷工况时,排气背压低于进气压力,泵气损失功小,不需要打开排气旁通阀,并且应适当减小喷油提前角。     

乙醇汽油灵活燃料汽油机仿真计算

能源和环境问题推动了新能源汽车的开发和使用,乙醇作为替代燃料之一逐渐引起了人们的重视。通过一款4气门灵活燃料乙醇汽油发动机在3种比例E10,E50,E90下的热力学计算,对发动机燃烧乙醇汽油的工作过程进行了工作特性计算研究。着重对最大扭矩工况下发动机燃烧乙醇汽油混合燃料时压缩比、对点火提前角、进气门迟闭角及空燃比耦合作用下的发动机工作过程进行优化计算。对3种燃料进行对比分析,对整机性能做出预测。为优化汽油机结构和进一步的三维计算分析提供了依据。     

旁通阀开度对增压中冷CNG发动机性能影响的研究

采用定油量、定转速、定点火提前角、只改变旁通阀开度的试验方法,研究了不同混合气浓度下旁通阀开度对增压中冷CNG发动机性能的影响。试验结果表明,随着旁通阀开度的增加,排气压力在旁通阀小开度时明显降低,之后下降缓慢。当排气压力减小时,活塞推动气体排出燃烧室的负功减少,扭矩有所提升,燃气消耗率下降,经济性变好,燃气消耗率可降低5%左右。     

废气旁通阀开度对增压直喷汽油机部分负荷性能的影响

汽油机节气门产生的节流损失对增压发动机泵气损失的影响相当严重,尤其是在中小负荷时,针对这一问题采用试验的方法研究了中小负荷下旁通阀开度对增压直喷汽油机性能的影响。研究结果表明,在节气门开度较小的小负荷工况下,涡轮增压器不宜工作,否则排气背压过大,对发动机非常不利;而废气旁通阀全开可以减小排气背压,能使发动机的动力性和经济性提高3%左右。对废气旁通阀的合理控制可以实现发动机在自然吸气和涡轮增压两种模式之间的转换。     

基于冷却液温度的内燃机能量流试验研究

内燃机能量流试验是评估不同控制策略下内燃机能耗和指明其改善方向的重要方法。通过试验对1台涡轮增压缸内直喷汽油机进行了基于冷却液温度的能量平衡分析,基于热力学定律,将能量平衡项分为有效功、冷却液损失、排气损失和通过辐射传热产生的未计入热损失。结果表明:小负荷时,随着冷却液温度的升高,燃油消耗率略有下降,NO_x排放量增加;全工况下,HC排放量随着冷却液温度的升高而减少,CO和CO_2排放量变化不大;有效功占比和排气损失占比随负荷的增大而增大,几乎不受冷却液温度的影响;冷却液损失占比随冷却液温度的升高而减小。     

电液驱动可变气门机构性能试验及应用

基于电液驱动可变气门机构,设计了负气门重叠配气策略,并研究了其对汽油压缩着火(GCI)燃烧性能的影响。通过研究电磁阀输入信号对气门正时的影响,发现气门正时随电磁阀输入信号线性变化,在此基础上设计了负气门重叠控制策略。进一步地,在发动机着火状态下,验证气门升程曲线的可重复性,结果表明排气门升程波动比进气门略大,其最大波动幅值为0.2 mm,最大标准差为0.056 mm,重复性较好,满足使用要求。同时,随着气门开启持续期的减小,气门升程出现小幅降低。在上述基础上,研究了进、排气门正时对GCI燃烧性能的影响,其中排气门关闭时刻对内部EGR率的改变影响较大,对GCI燃烧性能的影响占主导作用。     

喷水对氩气循环天然气发动机爆震及热效率的影响分析

基于一台汽油/天然气两用燃料的涡轮增压三缸发动机，建立 GT-Power仿真模型，研究喷水对准氩气动力循环发动机工作过程的影响。结果表明，在低负荷工况下，喷水后缸内的温度和压力都下降；增大水气比 （水和甲烷的质量比） 和推迟点火则传热损失减少但排气损失增加，存在热效率提升的较宽水气比范围和最优的水气比，推迟点火时刻和喷水对于爆震有良好的抑制作用。在大负荷爆震工况下，喷水能够显著抑制爆震，提前点火时刻可以得到更优的燃烧效率，喷水可使制动平均有效压力 （Brake Mean Effective Pressure，BMEP） 为0.6 MPa时指示热效率提高0.2%、有效热效 率提高0.1%，0.8 MPa工况的指示热效率提高0.4%、有效热效率提高0.2%，1.2 MPa工况的指示热效率提高1.2%、有效热效率提高0.8% （水气比为1工况相对于水气比为0.4工况）。结合低负荷工况和高负荷工况的表现，发现喷水能有效抑制发动机的爆震，并能提升发动机的热效率。     

车用汽油机可变气门定时技术作用机理及应用策略

在分析调节配气定时参数降低燃油消耗及减少排放机理的基础上,对比了进气门定时单独连续可变,排气门定时单独连续可变,进排气门定时联动连续可变及进排气门定时独立连续可变4种可变气门定时技术对汽油机性能的影响,并给出了其在汽油机上的应用策略.最后,使用这种策略对配有进排气门定时独立连续可变技术的汽油机进行了气门定时优化试验,并...